基于SFD捕获的无线传感器网络时间同步方法研究

【摘要】作为一个融合无线通信技术、传感器技术和嵌入式技术的新兴网络技术，无线传感器网络将客观世界的物理对象信息同传输网络连接在一起，成为一种具有广阔应用前景的信息获取途径，也是国内外研究的热点。时间同步作为传感器网络的一项重要技术，为分布式的传感器网络提供统一的时间，是无线传感器网络数据获取和数据处理的的基础和保障。本文首先介绍了无线传感器网络的发展和系统结构，然后描述了时间同步的定义、时间模型和影响时间同步精度的因素，介绍了时间同步的算法分类：基于发送者-接收者的时间同步方法和基于接收者-接收者的时间同步方法，其中发送者-接收者的时间同步方法又分为基于发送者-接收者的单向时间同步方法和基于发送者-接收者的双向时间同步方法。详细描述了上述分类的代表性时间同步算法：DMTS算法、TPSN算法和RBS算法。之后提出了一种基于SFD捕获的无线传感器网络时间同步方法，实现传感器节点间的点对点的时间同步。然后，将上述点对点的时间同步方法用于链状拓扑结构的传感器网络，分析这种方法在传感器网络应用上的不足，之后，在点对点的时间同步方法基础上，提出一种基于SFD捕获的结合发送者-接收者同步和接收者-接收者同步的无线传感器网络时间同步方法，实现传感器网络的全网时间同步。传统的发送者-接收者同步方法同步过程简单，但是误差较大，传统的接收者-接收者同步方法的误差较小，但是同步过程复杂，尤其是大规模网络中，会导致同步能耗非常高。而且不适用于存在没有可通讯的邻居节点的链状拓扑结构网络。本文提出的基于SFD捕获的结合发送者-接收者同步和接收者-接收者同步的无线传感器网络时间同步方法解决了上述两个问题，用洪泛的方式进行网络同步，在同步过程中动态构建虚拟网络层次结构，从而达到整个传感器网络的时间同步。与传统的发送者-接收者同步方法比较，本文的同步方法提高了同步精度；与传统的接收者-接收者同步方法比较，本文的同步方法降低了同步过程的复杂度，减少同步能耗。基于SFD捕获的点对点的时间同步方法采用CC2530EM和SmartRF05EB-M开发板组成的CC2530开发套件进行实验，同步精度达到微秒级，并根据两点间的同步误差推算出发送者和接收者之间的SFD信号的延迟；基于SFD捕获的结合发送者-接收者和接收者-接收者的时间同步方法采用OMNeT++仿真平台，模拟无线传感器网络，实现了全网的时间同步，并从同步误差、同步周期和同步能耗三方面验证分析了该方法的正确性和可行性。
【作者】宋姗姗；
【导师】胡成全；
【作者基本信息】吉林大学，计算机技术，2014，硕士
【关键词】无线传感器网络；时间同步；SFD；CC2530；OMNeT++；

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