基于一致性時鐘同步協(xié)議設(shè)計及實驗研究.pdf

1、時鐘同步作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個基礎(chǔ)問題，在眾多應用中發(fā)揮著非常重要的作用。近年來，基于一致性的時鐘同步協(xié)議由于其完全分布式且可以同時補償斜率與偏移，受到了越來越多的關(guān)注。然而，在實際應用中，由于在硬件制造過程中以及網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，存在著各種各樣的不確定性，這些一致性時鐘同步協(xié)議在實際場景中的性能，仍然是一個非常具有挑戰(zhàn)并且意義重大的問題。本文主要從實際應用的角度出發(fā)，開展了基于一致性的時鐘同步協(xié)議設(shè)計以及實驗研究工作，主要內(nèi)容包括如

2、下幾點:
　　1)首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念和應用場景，并介紹了時鐘同步問題的基本現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，其中主要介紹了兩類一致性時鐘同步協(xié)議，即基于平均一致性的時鐘同步協(xié)議（AverageTimeSynchronization，ATS）和基于最大一致性的時鐘同步協(xié)議(MaximumTimeSynchronization，MTS)。
　　2)然后，從理論上分析了ATS和MTS的同步精度和節(jié)點時鐘不確定性之間的關(guān)系。同時搭建了一個

3、由Micaz傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺，并在該平臺上對ATS和MTS進行實驗研究，分析了這兩種協(xié)議的同步性能。實驗結(jié)果表明在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中MTS協(xié)議的時鐘同步性能要優(yōu)于ATS協(xié)議。
　　3)再者，通過實驗發(fā)現(xiàn)MTS協(xié)議得到的同步時鐘要快于理想時鐘。為了克服這個不足，采用最大一致和最小一致相結(jié)合的方法，提出了一個新的基于最大/最小一致性的時鐘同步協(xié)議(Maximum/MinimumTimeSynchronization，MM

4、TS)。MMTS可以得到一個接近理想時鐘的同步時鐘，同時保持了MTS的收斂速度快和同步精度高的優(yōu)勢。大量的仿真和實驗都表明了MMTS協(xié)議的有效性。
　　4)最后，研究了基于一致性時鐘同步協(xié)議在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的同步性能。通過對移動動態(tài)網(wǎng)絡(luò)進行拓撲建模，從理論上分析了節(jié)點之間的概率接觸對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的影響，并基于此對MTS的同步性能進行分析。大量的仿真和實驗的結(jié)果驗證了有關(guān)概率接觸的理論分析，同時還顯示在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，MTS仍然比ATS有著