無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式時(shí)鐘同步算法.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式組建的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有大規(guī)模、高精度、自組網(wǎng)等特點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、目標(biāo)跟蹤以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)融合是基本的操作。不同傳感器節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)融合的過程需要交換帶有時(shí)間戳的信息，這要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)共同的時(shí)鐘作為參考。然而，受本地計(jì)算、通信帶寬、能量供給以及環(huán)境因素等方面的影響，低成本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分布式高精度時(shí)鐘同步是

2、一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題。近年來,基于一致性的分布式協(xié)同控制理論逐步應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步算法設(shè)計(jì)中，在本地資源和通信受限的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本文綜述了國內(nèi)外關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法的最新研究進(jìn)展，考慮了傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘速率參數(shù)緩慢時(shí)變的特性，設(shè)計(jì)了基于比例積分估計(jì)器的分布式時(shí)鐘同步算法和基于一階濾波器的分布式時(shí)鐘同步算法，在時(shí)鐘同步算法的精度和能耗方面展開較為系統(tǒng)和深入的研究。本文的主要內(nèi)容如下:

3、
　　1.考慮本地時(shí)鐘速率緩慢時(shí)變的特性，提出了基于比例積分估計(jì)器的分布式時(shí)鐘同步算法(以下簡稱EBP)。EBP算法通過動態(tài)跟蹤本地時(shí)鐘速率，將網(wǎng)絡(luò)中的虛擬時(shí)鐘速率誤差同步到足夠小的范圍內(nèi)，有效提升了算法的同步精度，降低了后續(xù)再同步的頻率。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在時(shí)鐘速率緩慢時(shí)變的情況下，EBP比其他基于一致性的時(shí)鐘同步算法具有更高的同步精度。
　　2.考慮本地時(shí)鐘速率緩慢時(shí)變的特性，提出了基于一階濾波器的分布式時(shí)鐘同步算法(以下簡稱

4、FBP)。針對本地時(shí)鐘速率受環(huán)境噪音的影響緩慢時(shí)變特性，F(xiàn)BP在一致性算法基礎(chǔ)上引入一階濾波器，能夠有效過濾掉環(huán)境噪聲，提升同步精度。相比基于比例積分估計(jì)器的EBP算法，F(xiàn)BP算法在精度方面略有下降，但降低了算法每次迭代的運(yùn)算量，是一種更加節(jié)能的同步策略。
　　3.考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容易遭受各類形式的攻擊，提出了一種基于在線遞歸最小二乘的攻擊檢測算法，該算法與EBP和FBP相結(jié)合，可以在節(jié)點(diǎn)遭受攻擊的情況下有效檢測出消息操縱攻擊行