無線傳感器網(wǎng)絡(luò)洪泛時(shí)間同步協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種典型的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),起著連接現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)虛擬世界的橋梁作用,其自身協(xié)議的運(yùn)行和應(yīng)用(比如數(shù)據(jù)融合、節(jié)點(diǎn)定位以及 TDMA調(diào)度等)都離不開時(shí)間同步。為了準(zhǔn)確有效地調(diào)整本地時(shí)鐘,必須提供一個(gè)合適的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的洪泛時(shí)間同步協(xié)議(FTSP)綜合考慮了能量感知、可擴(kuò)展性、魯棒性、穩(wěn)定性和收斂性等方面的同步要求,與經(jīng)典的 RBS、TPSN、DMTS時(shí)間同步協(xié)議相比具有較大的優(yōu)勢,

2、能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大部分應(yīng)用要求和性能指標(biāo)。然而,由于傳感器網(wǎng)絡(luò)自身?xiàng)l件的限制,該協(xié)議還有一定的缺陷。針對不同的情況,本文分別對其進(jìn)行了改進(jìn):
　　1、對于一個(gè)節(jié)點(diǎn)密度較大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說,采用洪泛廣播模式發(fā)送同步信息時(shí),所有節(jié)點(diǎn)都要參與轉(zhuǎn)發(fā)才能使同步信息從根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散至全部節(jié)點(diǎn)以達(dá)到全網(wǎng)同步,容易造成廣播風(fēng)暴和信息冗余。因此,本文引入了連通支配集(CDS)的方法對 FTSP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。首先對 Yao-Pin Tsai等

3、學(xué)者提出的連通支配集算法進(jìn)行優(yōu)化,使之在通信和計(jì)算復(fù)雜度不變的情況下,連通支配度更小,然后基于此算法構(gòu)造虛擬骨干網(wǎng)來限制 FTSP協(xié)議的洪泛廣播,即選擇 CDS中的節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)同步信息,CDS外的節(jié)點(diǎn)只接收而不再轉(zhuǎn)發(fā)同步信息。仿真結(jié)果表明改進(jìn)后的 FTSP協(xié)議減少了同步消息發(fā)送的次數(shù)和廣播風(fēng)暴問題,大幅降低了網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗。
　　2、FTSP協(xié)議利用線性回歸的方法來估算本地時(shí)間與全局時(shí)間之間的時(shí)間漂移和偏移,然而由于網(wǎng)絡(luò)

4、擁塞、節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘跳變以及各次觀測數(shù)據(jù)的精度不同,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常出現(xiàn)異常同步數(shù)據(jù)的情況,此時(shí)用普通最小二乘法(OLS)進(jìn)行線性回歸容易受到異常數(shù)據(jù)點(diǎn)的影響,估計(jì)的時(shí)間漂移率“失真”較大。因此,本文引入了加權(quán)最小二乘法(WSL)對 FTSP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),即在線性回歸過程中,對于所測得的數(shù)據(jù),選擇可信度高的給予較大的權(quán)重,可信度低的給予較小的權(quán)重。仿真結(jié)果表明改進(jìn)后的 FTSP協(xié)議減少了異常數(shù)據(jù)點(diǎn)對回歸估計(jì)的影響,有效地提高了時(shí)間漂移率