无线传感器网络-李善寿-第章时钟同步学时

第七章WSN的时钟同步技术主讲：李善寿安徽建筑大学电信学院第七章：WSN的时钟同步技术一时钟同步的基本概念二典型时间同步协议三WSN的新型同步机制简述WSN的定义，分析现有无线网络与WSN的不同点简述拓扑控制与路由的关系，叙述DRNG算法实现的基本过程简述DD协议实现的基本过程，回答DD协议存在的不足。简述MAC协议中的CSMA/CA机制和随机退避时间技术简述ZIGBEE网络中三种节点类型，分析ZIGBEE组网过程。简述质心定位算法、RBS同步协议的基本原理。WSN时间同步技术背景集中式系统与分布式系统集中式：事件间有着明确的时间先后关系，不存在同步问题分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同无线传感器网络时间同步典型的分布式系统是无线传感器网络应用的基础需要解决的问题同步精度功耗可扩展性WSN时间同步机制的主要性能参数最大误差：一组传感器节点之间的最大时间差或相对外部标准时间的最大差值。同步期限：节点保持时间同步的时间长度。同步范围：节点保持时间同步的区域范围。可用性：范围覆盖的完整性。效率：达到同步精度所经历的时间以及消耗的能量。代价和体积：需要考虑节点的价格和体积。时间同步技术的分类排序、相对同步与绝对同步递进关系各自具有典型的协议代表外同步与内同步参考源不同局部同步与全网同步同步对象的范围不同时间同步技术的应用场合多传感器数据压缩与融合低功耗MAC协议、路由协议测距、定位（位置相关报务，LBS）分布式系统的传统要求协作传输、处理的要求......时钟模型硬件时钟模型软件时钟模型软件虚拟时钟一般是个分段连续、严格单调的函数相关术语信标节点和未知节点邻居节点跳数、跳段距离基础设施到达时间、到达时间差接收信号强度指示到达角度视线关系、非视线关系传统诵与挑茎战传统屿同步命方法NT莲P：网讨络时同间协差议GP忍S：全液球定抢位系漫统传感蒸器网捏络的拍挑战NT河P（Ne遥tw杏or宪k革Ti花me营P革ro岩to伞co浴l）体系谈结构永（网训络）NT月P（Ne煎tw滋or栗k漆Ti灯me将P壶ro哀to趁co米l）体系亮结构泉（单鲜机）NT仙P（Ne础tw业or寇k仅Ti咏me桃P笛ro金to阶co技l）NT父P不适膨合于WS山N体积哭、计沉算能抽力和效存储丑空间劈燕存在幼限制传输狗方式孟不同忽：无跟线而渔非有肤线目标腐不同搭：局蝴部最否优而该非全抚局最洽优GP掌S（Gl烫ob驻al凉P拨os壮it猴io击n站Sy阳st网em）从根垒本上豆解决荒了人从类在疲地球股上的浴导航洋与定催位问旁题。每颗丘卫星财上配恳备有离高精夹度的珠铷、茅铯原购子钟鸭，并档不断省发射骄其时志间信敞息地面矛接收债装置蒙同时布接收4颗卫重星的北时间学信息易，采图用伪激距测垂量定溉位方黄法可狂计算蜘出时认间和病位置镰信息缺点隐（室岗内、蛾功耗悬、安祖全性芽、分碌布式紫）传感蜻器网虽络的访挑战室内企、矿液井、帜森林标，有找遮挡低功臭耗、淘低成难本和再小体盖积传输季延迟误的不斤确定益性可扩秒展性倚、移臭动性健壮魔性、班安全僚性网络吧规模陆大、介多点涨协作挑战--传输房诚延迟寒的不育确定洁性SendtimeAccesstimeTransmissiontimeReceptiontimeReceivetimePropagationtimeSenderReceiver发送站时间鸦：发减送节火点构鼓造和哥发送里时间轨同步砍消息们所用丈时间悔。e.萄g.嫩,系统络调用我时间休；内饲核调堵度时慰间；鸡消息蹲从主望机发怜送到刷网络柜接口援时间佣。访问猴时间皮：发蚊送节柏点等持待访馅问网讽络传各输信搭道的酿时间堆。传播份延迟黄：发滤送节孝点传廊输到良接收贸节点并所经浩历的裂时间畏。接收悔时间争：从密接收阀节点脆的网诞络接座口接速收到震消息盼到通臭知主养机消哗息达冈到事失件所队经历帖的时拆间间旅隔。传输绝延迟贪的进曲一步定细化(在Mi稼ca隶2上)时间典型值特性Sendtime&Receivetime0~100ms不确定，依赖处理器负载、操作系统系统调用开销Accesstime10~500ms不确定，依赖信道负载。Transmissiontime&Receptiontime10~20ms确定，依赖报文长度和发送速率。Propagationtime<1μs（距离<300米）确定，依赖收发方物理距离和传播媒质特性。Interruptwaitingtime在大多数情况下<5μs，在重负载下，可达30μs不确定，依赖处理器类型和处理器负载。Encodingtime&Decodingtime100~200μs，<2μs的抖动确定，依赖射频芯片的种类和设置。Bytealignmenttime0~400μs确定，依赖发送速率和收发字节偏移。挑战--低功饱耗、关低成攀本和概小体付积软硬蛛件都运要受丽到该估限制存储讨与计岭算能羊力均胜比较劈燕小加剧休了电锻能供克应的垫紧张迷（电怀池体肤积）网络姨规模纪大、带密度网高通信根距离垒近分布迎式、锣协作挑战--可扩伶展性旱（Sc弊al惹ab繁il豪it台y）在大识规模滨网络帮中尤盯为重替要是大他规模翅无线剖传感说器网淘络软饥硬件锯设计担中非壳常重缝要的旁问题满足香不同笋的网乏络类毙型、金网络浩规模满足座不同甜的应常用需乳求挑战--健壮渡性外部缝环境届复杂堵，搞恢毁能房诚力需要强应对韵安全仆性挑唱战无线庄传感举器网罪络拓杏扑动胃态性确较强网络窜规模缩慧变化胶、需疤求变肿化典型振时间算同步登协议典型默时间德同步幕协议NT逐P（Ne裕tw肠or泛k份Ti栽me案P庙ro搁to菠co思l）DM泪TS（De送la强y痒Me谢as罪ur齐em阶en埋t天Ti底me租S砍yn抹ch筝ro滴ni蛛za蜻ti漫on）RB愈S（Re江fe会re较nc本e同Br缴oa辱dc末as漏t榜Sy扑nc浑hr愤on斧iz饱at紫io班n）TP蒜SN（Ti弓mi秩ng杆-s该yn冷c忠Pr代ot私oc量ol通f欣or赌S谱en冬so跃r盾Ne蓄tw鞭or胡ks）HR公TS（Hi仰er砖ar替ch欣y量Re嫂fe以re螺nc灵in杂g幼Ti登me帽S端yn略ch葡ro扩ni迟za兼ti碑on斧P阻ro碌to与co重l）FT穷SP（Fl忽oo镰di失ng犹T斗im赔e摊Sy纷nc旧hr斯on姐iz亿at叶io自n焦Pr括ot太oc或ol）GC忙S（Gl攀ob突al边C臣lo怜ckSy古nc研hr舍on挽iz腹at后io关n）发送煮者接收鹅者：DM犬TS最简捡单直若观单报家文同絮步同步陷精度逝低t0敏+n胡t+络(t哲2-壮t1穷)广播齐方式同化步能舰耗低发送者接收者发送前导码、同步字（nt）嵌入时标t0：发送端的处理延迟和MAC层的访问延迟接收前导码、同步字接收ACK接收数据发送ACK接收处理时标t1时标t2发送时间访问时间DM妇TS（De亿la萍y躁Me醋as泡ur袭em挠en娃t丛Ti罚me寻S伤yn屯ch臣ro浪ni倚za雅ti坦on）基于宪同步假消息亭在传轮输路饼径上寺所有丸延迟通的估膀计，逝实现品节点间猾的时前间同陵步接收卖者接收厌者：RB涂S（Re汗fe弓re筐nc即e复Br盗oa翅dc湿as谷t纷Sy谎nc爬hr至on开iz仗at勇io汪nReceiverNICSenderCriticalPathTimeNICSenderReceiver1CriticalPathReceiver2通过奇广播筐同步赞指示帽分组汗实现降接收罪点间誓的相视对时酱间同铺步RF信号及的传帅播时割间差协值非甜常小可以喝消除爸接收偷节点珍的接歼收协抹议处站理、驰上下享文切烤换、碍网络沃接口遵向主烟机传瞎送影响RB带S机制彩性能缸的因耐素：抚时钟牺偏差爬、接葱收点榆飞确私定性五因素剪以及颈接收末点的嚷个数RB国S（Re蜻fe套re芦nc世e橡Br住oa柿dc净as及t狸Sy依nc伍hr宋on幅iz龟at滚io芬n）接收旧者接收吓者同津步的册基本简依据史：接贝收者悠时间僚相移袖均值跳为0单跳RB职S用最挠小二孝乘法谷估计cl燥oc驼k务sk区ew信(时钟滑漂移)提高嫁同步趋精度多跳RB测S时间奸路由劈燕技术店：基伸于最膨短路替径查政找TP主SN（Ti连mi葬ng吉-s士yn结c径Pr衡ot末oc拦ol远f废or杰S勿en恰so换r螺Ne栋tw士or滤ks）否定袭：DM阁TSR红BS否定炒之否粥定：RB迈S佣TP爆SNTP汇SN：双赛报文步交换怖的发由送者话接忌收者杀同步节点A节点BT1T4T2T3RequestReply同步点TP虽SN（Ti逮mi芦ng过-s国yn迷c杆Pr量ot练oc雨ol望f敲or匹S受en亲so法r办Ne躬tw字or加ks）对同浪步误冠差的喉分析很重蛋要，梦是一圾种基亮本的蛛分析喂方法理论惩分析斧和实螺验证把明：TP托SN同步沃误差灶是RB箱S的一灰半结合片对cl呢oc津k容sk稠ew的估画计，关可以盒提高TP趟SN的精门度TP晋SN（Ti究mi棍ng父-s直yn熄c伙Pr豆ot快oc千ol疏f喜or酸S融en帆so胜r棋Ne灭tw熊or臣ks）多跳TP热SN全网咳周期威性同妹步“层果发现两”把转网络灶组织执成最症短生矿成树逐层凯在相视邻两穷层节齐点间想同步网络粉内两遥个节穗点的包同步“后善同步要”查思找两脚个节话点间情的路穿径在路咱径的顺相邻悬两个早节点嫁间进欺行TP挤SN同步HR膊TS（Hi对er括ar句ch压y搅Re贺fe膊re拢nc似in费g缴Ti济me异S信yn饱ch百ro划ni鸟za晓ti素on魔P伙ro妖to袜co困l）TP垮SN基于色双向伞报文戒交换催，因越此同亩步精蝇度高TP侄SN本质豆上是对同拴步，因翅此全昼网同劣步的雁同步冬能耗闹高由DM解TS发现泻，广播能降兵低全兰网同梢步能边耗结合广播和节点写间的渔双向筋报文疼交换同步HR碧TS协议

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