無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù).ppt
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù),,TimeSynchronizationinWirelessSensorNetworkSystem,提綱,,,,,一,,,,三,概述,MAC層協(xié)議分類,,,,二,MAC層避免信道沖突技術(shù),,,,四,基于多信道的MAC層技術(shù),時間同步,由于物理上的分散性，網(wǎng)絡(luò)無法為彼此間相互獨立的節(jié)點提供一個統(tǒng)一的全局時鐘，每個節(jié)點各自維護它們的本地時鐘。由于這些本地時鐘的計時速率、運行環(huán)境存在不一致性，因此即使所有的本地時鐘在某一時刻都被校準，一段時間后，這些本地時鐘間也會出現(xiàn)失步。為了讓這些本地時鐘再次達到相同的時間值，必須進行時間同步操作。時間同步就是通過對本地時鐘的某些操作，達到為分布式系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一時間標度的過程。傳感器網(wǎng)絡(luò)自身協(xié)議的運行及基于其上的應(yīng)用，如標記數(shù)據(jù)采集時間、時分多址接入、協(xié)同休眠、定位、數(shù)據(jù)融合等都需要網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的時鐘保持同步。時間同步算法設(shè)計必須考慮到兩方面的因素：1)減少時間同步自身帶來的能量消耗；2)提供較高時間同步精度以有效減少其它關(guān)鍵技術(shù)帶來的能量消耗。,WSN時間同步技術(shù)背景,集中式系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)集中式：事件間有著明確的時間先后關(guān)系，不存在同步問題分布式：同步是必需的，只是對同步的要求程度不同無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步典型的分布式系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)同步協(xié)議需要解決的問題同步精度功耗可擴展性,時間同步技術(shù)的分類,排序、相對同步與絕對同步遞進關(guān)系排序只能區(qū)分事件發(fā)生的先后相對同步：維持本地時鐘的運行，定期獲取其他節(jié)點的時鐘偏移和飄移，經(jīng)過換算達到同步的目的。如RBS協(xié)議絕對同步：本地時鐘和參考時鐘保持一致，修改本地時鐘。如TPSN協(xié)議外同步與內(nèi)同步參考源不同，前者參考源為網(wǎng)絡(luò)外部，如GPS。后者參考源為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部某個節(jié)點的時鐘局部同步與全網(wǎng)同步同步對象的范圍不同,時間同步技術(shù)的應(yīng)用場合,多傳感器數(shù)據(jù)壓縮與融合鄰近傳感節(jié)點對相同事件的感知數(shù)據(jù)需要融合，基于時間戳判斷是否同一事件，需要時鐘同步低功耗MAC協(xié)議、路由協(xié)議不發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點處于休眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的同步休眠需要時鐘同步測距、定位（位置相關(guān)報務(wù)，LBS）距離測量和定位是基于無線電信號的傳輸時間，時間同步越準確，距離測量也越準確分布式系統(tǒng)的傳統(tǒng)要求分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫查詢，狀態(tài)等一致性的要求協(xié)作傳輸、處理的要求協(xié)作傳輸是基于電磁波的能量累加效應(yīng)，多個節(jié)點以相同的調(diào)制解調(diào)方式同時發(fā)送信號，使得遠處的匯集節(jié)點能接收到信號,硬件時鐘模型,基本名詞時間、晶振、時鐘（RTC）時鐘偏移（clockoffset）：是指兩個時鐘瞬時讀數(shù)的差。晶振計時的時刻與實際時刻的差值，反映計時的準確性ClockSkew：是指兩個時鐘的頻率差。它可以看作是Clockoffset的一階導(dǎo)數(shù)。時間漂移(ClockDrift)：是指時鐘頻率的變化，反映晶振的穩(wěn)定性。實際晶振的頻率有可能隨著外界環(huán)境溫度、濕度的變化而有所改變。ClockDrift可以看作是Clockoffset的二階導(dǎo)數(shù)。速率恒定模型該模型認為頻率保持恒定不變，最常用，但不適應(yīng)環(huán)境變化劇烈的場合飄移有界模型常用于確定同步誤差上下界，頻率穩(wěn)定度常用ppm（百萬分之一）飄移變化有界模型時鐘的漂移變化率是有限的。,軟件時鐘模型,軟件虛擬時鐘一般是個分段連續(xù)、嚴格單調(diào)的函,時間同步的不同目的,第一種是最簡單的一種，要求也最低，它只需要保證節(jié)點之間事件發(fā)生的相對順序，這樣就不需要節(jié)點具有相等的本地時間；第二種時鐘同步問題是保證節(jié)點之間的相對時鐘，在需要的時候，節(jié)點的本地時間可以與其他節(jié)點的本地時間相互轉(zhuǎn)換，目前大多數(shù)時鐘同步算法，都是針對該種同步問題；第三種即最高要求的同步就是全網(wǎng)同步，全網(wǎng)所有節(jié)點隨時都要與網(wǎng)絡(luò)中的一個參考時鐘同步，這就需要在網(wǎng)絡(luò)中傳播公共的時間標記。,傳統(tǒng)同步：NTP與GPS,NTPNTP不適合于WSN體積、計算能力和存儲空間存在限制GPS每顆衛(wèi)星上配備有高精度的銣、銫原子鐘，并不斷發(fā)射其時間信息地面接收裝置同時接收4顆衛(wèi)星的時間信息，采用偽距測量定位方法可計算出時間和位置信息缺點（室內(nèi)、功耗、安全性、分布式）,節(jié)點上的時鐘,hardwareclock振蕩器以固定頻率產(chǎn)生脈沖每隔一定脈沖后計數(shù)寄存器增加1OnlyregistercontentisavailabletosoftwareRegisterchangerategivesachievabletimeresolutionNodei’sregistervalueatrealtimetisHi(t)Convention:smallletters(liket,t’)denoterealphysicaltimes,capitallettersdenotetimestampsoranythingelsevisibletonodesA(node-local)softwareclockisusuallyderivedasfollows:Li(t)=qiHi(t)+fi(沒有考慮計數(shù)寄存器的益處)qiisthe(drift)rate,fithephaseshift時間同步就是要修正qi和fi,而不是計數(shù)寄存器,同步精確性,外部同步與外部的時間表（如UTC）同步Nodesi=1,...,nareaccurateattimetwithinbounddwhen|Li(t)–t|下載提示(請認真閱讀)
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