无线传感器时间同步技术——TPSN协议

1、Saturday, October 30, 2021时间同步协议时间同步协议赵赵 晖晖2011.6.92011.6.9TPSNSaturday, October 30, 2021TPSN时间同步协议思想TPSN （ Timing-sync Protocol for Sensor Networks ）Saturday, October 30, 20211、TPSN是类似于NTP（Network Time Protocol）时间同步协议2、目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步3、节点结构中包含一个根节点，它与外界通信获取外界时间，以此作为整个网络系统的时钟源4、将节点分级后（根节点是0级

2、，累加），每个节点同上一级的一个节点进行时间同步，最终与根节点同步5、节点对之间的同步采用发送者-接收者同步机制（RBS） 每个传感器节点都有唯一的标识号ID 节点间的无线通信链路是双向的，通过双向消息交换实现节点间的时间同步 整个网络内所有节点按层次结构管理，由TPSN协议生成和维护TPSN协议过程协议准备协议准备Saturday, October 30, 2021目的：生成节点层次结构，每个节点被赋予一个级别，根节点为0级，第i级的节点至少能够与一个第（i-1）级得节点通信网络部署后，由根节点广播级别发现分组来启动层次发现阶段，级别发现分组包含节点的ID和级别邻居节点收到分组后，将自己的级

3、别设置为分组中的级别加1，然后广播新的级别发现分组节点收到第i级节点的广播分组后，记录发送这个广播分组的节点ID，设置自己的级别为（i+1），广播级别为（i+1）的分组，这个过程持续到网络内每个节点都被赋予一个级别节点一旦建立自己的级别，就忽略任何其他级别发现分组，防止网络产生洪泛拥塞TPSN协议过程第一阶段第一阶段 层次发现阶段（层次发现阶段（Level Discovery PhaseLevel Discovery Phase）Saturday, October 30, 2021目的：实现所有树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级的节点同步到第（i-1）级的一个节点，最终所有节点同

4、步到根节点，实现整个网络的时间同步层次结构建立以后，根节点通过广播时间同步分组启动同步阶段第1级节点收到分组后，各自分别等待一段随机时间，再通过与根节点交换消息同步到根节点第2级节点侦听到第1级节点的交换消息后，等待一段随机时间，再与它记录的上一级别的节点交换消息进行同步，网络中的节点依次与上一级节点同步，最终都同步到根节点等待一段随机时间是为了保证该级节点在上一级节点同步完成后才启动消息交换TPSN协议过程第二阶段第二阶段 同步阶段（同步阶段（Synchronization PhaseSynchronization Phase）Saturday, October 30, 2021TPSN协议

5、过程相邻级别节点间的同步机制相邻级别节点间的同步机制Saturday, October 30, 2021i-1级级i级级消息传播消息传播时延时延两节点间的两节点间的时间偏差时间偏差TPSN协议过程相邻级别节点间的同步机制相邻级别节点间的同步机制结论结论Saturday, October 30, 2021优点减少同步误差减少同步误差TPSN同步协议在MAC层消息开始发送到无线信道是才给消息添加时标，消除了访问时间带来的时间同步误差提高同步精度提高同步精度考虑了传播时间和接收时间，利用双向消息交换计算消息的平均延迟，提高了时间同步的精度Saturday, October 30, 2021缺点Saturday, October 30, 2021 没有考虑根节点失效问题 新的节点加入时，需要初始化层次发现阶段，级别的静态特性减少了算法的鲁棒性使用范围Saturday, October 30, 2021 TPSN能够实现全网范围内节点间的时间同步，同步误差与跳数距离成正比 适合实现短期间的全网节点时间同步，若要长时间的全网节点时间同步，需要