基于一致性时钟同步协议设计及实验研究

【摘要】时钟同步作为无线传感器网络中的一个基础问题,在众多应用中发挥着非常重要的作用。近年来,基于一致性的时钟同步协议由于其完全分布式且可以同时补偿斜率与偏移,受到了越来越多的关注。然而,在实际应用中,由于在硬件制造过程中以及网络传输过程中,存在着各种各样的不确定性,这些一致性时钟同步协议在实际场景中的性能,仍然是一个非常具有挑战并且意义重大的问题。本文主要从实际应用的角度出发,开展了基于一致性的时钟同步协议设计以及实验研究工作,主要内容包括如下几点：1)首先介绍了无线传感器网络的基本概念和应用场景,并介绍了时钟同步问题的基本现状和挑战,其中主要介绍了两类一致性时钟同步协议,即基于平均一致性的时钟同步协议(AverageTimeSynchronization,ATS)和基于最大一致性的时钟同步协议(MaximumTimeSynchronization,MTS)。2)然后,从理论上分析了ATS和MTS的同步精度和节点时钟不确定性之间的关系。同时搭建了一个由Micaz传感器节点组成的无线传感器网络硬件平台,并在该平台上对ATS和MTS进行实验研究,分析了这两种协议的同步性能。实验结果表明在静态网络中MTS协议的时钟同步性能要优于ATS协议。3)再者,通过实验发现MTS协议得到的同步时钟要快于理想时钟。为了克服这个不足,采用最大一致和最小一致相结合的方法,提出了一个新的基于最大／最小一致性的时钟同步协议(Maximum/MinimumTimeSynchronization,MMTS)。MMTS可以得到一个接近理想时钟的同步时钟,同时保持了MTS的收敛速度快和同步精度高的优势。大量的仿真和实验都表明了MMTS协议的有效性。4)最后,研究了基于一致性时钟同步协议在动态网络中的同步性能。通过对移动动态网络进行拓扑建模,从理论上分析了节点之间的概率接触对数据传输产生的影响,并基于此对MTS的同步性能进行分析。大量的仿真和实验的结果验证了有关概率接触的理论分析,同时还显示在动态网络中,MTS仍然比ATS有着更加优异的时钟同步性能。
【作者】李灏；
【导师】陈积明；
【作者基本信息】浙江大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】无线传感器网络；一致性时钟同步；最大/最小一致；实验研究；动态网络；

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