基于WIA-PA传感器网络的能量有效时间同步算法

WIA-PA协议是一种新型工业级无线传感器网络国际标准;当WIA-PA网络内节点数目增多时,传统的参考广播同步算法RBS以及改进型ERBS算法网络开销非常大;针对这一严峻的问题,提出了一种能量有效的局部最优时间同步算法;该算法对相邻的接收节点在多个参考广播消息的条件下求取平均相位偏差,然后对此平均相位偏差进行最大后验估计,最后根据此估计值调整本地时钟;仿真结果表明,所提时间同步算法在同步精度方面比RBS约提高168％,比ERBS约提高24％;同时,同步过程中的网络能耗也大大减少.     

基于分量解耦融合的无线传感网时钟同步算法

无线传感器网络(WSN)时间同步精度的提高通常以增加额外同步能耗为代价,针对时间同步的高精度与低能耗的权衡问题,提出一种基于分量解耦融合的时钟同步算法。该算法结合双向广播同步机制和节点间时钟的相关性,利用分量解耦融合思想计算被同步节点与基准节点间的时钟偏差,同时根据线性无偏最小方差准则估计各个分量加权参数的取值。仿真结果表明,该算法能够在不增加额外同步能耗的条件下,相比PBS、TPSN和RBS算法,20轮同步后同步精度分别提高4.52μs、13.8μs以及25.48μs。     

基于分量解耦融合的无线传感网时钟同步算法

无线传感器网络(WSN)时间同步精度的提高通常以增加额外同步能耗为代价,针对时间同步的高精度与低能耗的权衡问题,提出一种基于分量解耦融合的时钟同步算法。该算法结合双向广播同步机制和节点间时钟的相关性,利用分量解耦融合思想计算被同步节点与基准节点间的时钟偏差,同时根据线性无偏最小方差准则估计各个分量加权参数的取值。仿真结果表明,该算法能够在不增加额外同步能耗的条件下,相比PBS、TPSN和RBS算法,20轮同步后同步精度分别提高4.52μs、13.8μs以及25.48μs。     

基于生成树的无线传感器网络时钟同步算法

考虑到无线传感器网络时钟同步多跳误差累积问题,提出一种基于动态生成树的全网时钟同步算法,只需由根节点开始沿树边广播一次同步消息,全网待同步节点即可采用时钟偏差补偿,并结合贝叶斯后验估计算法对时钟进行准确估计。一个同步轮次内每个节点至多广播两次消息即可完成全网同步。使用OMNeT++软件进行仿真实验表明算法有效降低了多跳累积误差,提高了同步精度,且具有较快的收敛速度和较低的开销。     

无线传感器网络RBS的优化算法

通过对无线传感器网络时间同步以及RBS(参考广播同步)算法的研究,提出了一种RBS的优化算法.在RBS算法时间同步的过程中,针对节点时钟的不稳定性,以及节点间消息交换延迟所引起的同步误差,基于已存在的RBS时间同步算法,利用贝叶斯估计的先验知识和后验分布来减少同步误差.通过使用opnet仿真软件进行仿真,实验显示优化后的算法比原算法的同步精度有了显著的提高.     

能量有效的无线传感器网络时间同步算法

针对无线传感器网络时间同步能耗问题,提出一种能量有效的时间同步算法。该算法结合了TPSN协议和RBS协议的特点,利用无线信道的广播特性,在两个参考节点广播域里的所有节点通过监听参考节点之间的数据包交换而达到同步。并提出一种同步节点选择方法,将该同步算法扩展到多跳网络。实验结果表明,该算法在保持同步精度的同时降低了能量消耗。     

一种温度自适应无线传感网络时间同步方法

无线传感器网络节点中的廉价晶振极易受到温度、电压、湿度等工作环境因素的影响.节点晶振的这一特性,为室外大规模无线传感器网络时间同步技术带来了两方面的挑战:(1) 过高的通信开销;(2) 精度与能耗之间的不平衡.针对以上问题,提出了一种基于温度感知的、自适应的无线传感器网络时间同步算法.该算法能够依赖本地温度信息对节点时间频偏进行估计及补偿,在保证算法同步精度的同时,降低了网络通信开销.除此之外,提出一种动态同步周期调节机制,使得算法能够根据当前环境温度变化情况对节点同步周期进行动态调节,从而达到了能耗与精度之间的平衡.大量仿真实验结果表明:所提出的时间同步算法可将通信能耗降低至传统同步算法的10%;且在环境温度不断变化的情况下,80%的频偏估计值其误差小于0.5ppm.故,所提出的时间同步方法能够有效地适用于室外环境下部署的大规模无线传感器网络.     

基于簇的能量均衡无线传感器网络时间同步算法

针对现有时间同步算法应用于多跳无线传感器网络时存在的误差累计和能耗不均衡问题,提出一种基于簇的能量均衡时间同步算法。该算法基于簇状分层的网络拓扑,簇首之间采用双向监听机制代替双向交换机制,以减小通信开销和发送时延带来的同步误差;簇成员节点利用双向交换和单向广播相结合的机制与簇首同步,并通过最优剩余能量选取回应节点,均衡簇内节点能耗。对提出的新方法和传统的同步算法在精度和能耗方面进行理论分析和仿真验证,结果表明,该算法在保证较高同步精度的前提下可以减小通信开销,均衡网内节点能量消耗,延长网络生命周期。     

可变周期的基于贝叶斯估计的TPSN改进算法

文章在介绍无线传感器网络的时间同步协议TPSN的基础上,针对TPSN算法在节点间交换消息时因传递延迟引起的误差以及同步时的能耗问题,引入贝叶斯估计法以及可变周期同步法进行改进,以达到减小误差并降低能耗的目的;运用N2仿真环境进行仿真,仿真结果表明,改进后的算法不但同步精度得到提高,而且耗能显著减小,更有利于延长无线传感器网络的寿命。     

基于本地时钟自校正的无线传感器网络同步方法

通过分析TPSN同步协议和造成时钟偏差不确定性的各种因素,结合无线传感器网络低功耗的特点及其对时钟同步算法精度的要求,针对TPSN未对时钟频率漂移进行估计的问题,提出一种节点本地时钟自校正方法,并设计了平均时钟偏差指标对一个同步周期内时钟精度进行评价。对比实验结果表明本方法易于实现,在保证同步精度的同时可以延长同步周期,减少同步开销,节约了能耗。     

一种线型结构无线传感器网络的时间同步算法

针对煤矿井下液压支架模糊控制监测系统网络拓扑,提出了一种适用于线型结构无线传感器网络的时间同步算法。该算法同步过程分为簇间同步和簇内同步,簇间同步采用双向同步机制修正时间偏移的方法减少同步误差,簇内同步通过最小平方线性拟合方法构造逻辑时钟函数,从而得到簇内任一节点与簇首节点的频偏和相偏估计值,以提高同步精度。仿真结果表明,该算法能有效减少时间同步误差和能量消耗。     

一种节能的无线传感器网络多跳自适应时间同步算法

研究能量长期有效的时间同步协议是成功部署生命力强的无线传感器网络的一项关键策略,对此,提出一种低能耗的多跳自适应时间同步算法（MATS：Multi-hop adaptive time synchronization）,该算法设计了一套灵活的机制来调整同步模式、全网重同步周期以及每对节点同步时的信标数,并且利用最大似然估计原理同时对节点的时钟偏移和频率偏移进行估计,达到用最小的能量损耗完成长期的、全网的时间同步的目的,最后通过数学分析和仿真的方法对所提出的改进算法进行了验证。     

高精度低功耗无线传感器网络时间同步算法

通过对无线传感器网络参考广播同步（RBS）算法的研究,针对RBS多跳算法网络开销大和不能实现全网同步的问题,在基于环形网络拓扑的参考广播环形同步（RBRS）算法基础上,提出一种改进的RBRS （IRBRS）算法.该算法引入可变周期同步法：根据贝叶斯最大后验估计原理,估算出最大相位偏差来决定同步周期,从而减少节点同步次数,并且采用最小二乘线性回归法,周期性拟合时钟偏移.运用Matlab环境进行仿真,仿真结果表明：IRBRS算法同步精度显著提高,并且能量消耗显著减少,更有利于延长无线传感器网络的寿命.     

基于卡尔曼滤波估计的一致性时钟同步算法

针对无线传感器网络（WSN）的众多应用都需要依赖时钟同步的节点协同完成,而由于节点的晶体震荡器受自身以及外界环境的影响,使得节点时钟偏斜和时钟偏移两个参数发生变化导致时钟不同步问题,提出了基于分布式卡尔曼滤波估计的一致性补偿时钟同步算法DKFCC。该算法首先利用双向信息交换机制以及分布式卡尔曼滤波实现时钟偏斜和偏移两个参数的最优估计,然后基于时钟参数的最优估计值采用一致性补偿方法实现节点的时钟同步。实验结果表明：在100个节点随机部署的WSN中,采用虚拟全局一致性方式的DKFCC同步算法比异步一致性同步（AC）算法的同步均方根误差（SRAMSE）值降低了约95%,具有较高的同步精度;同时,所提出算法从时钟参数层面实现同步,无需频繁地进行时钟同步操作,相比AC算法更节能。     

基于最优时钟偏差的无线传感器网络同步算法

针对无线传感器网络固有的时钟偏移和时钟漂移问题,研究了不同的时间同步方法对同步精度的影响。以簇形网络结构时钟同步原理为依据提出最优时钟偏差算法,应用卡尔曼滤波方法,以最优化递归方式对成员节点的时钟偏差进行最小调整。与一般簇形同步算法进行比较发现,该算法不仅可以提高同步精度,还可以减少节点能耗。仿真结果也表明,该算法能准确地描述同步精度问题,是一种有效的时钟同步算法。     

无线传感器网络中基于层次结构的时间同步算法

时间同步作为无线传感器网络的关键技术之一,对整个网络的工作和发展有着至关重要的作用。提出了基于层次结构的传感器网络时钟同步协议(TPSN)改进算法：在层次建立阶段采取等级广播,在同步阶段采取直接双向和间接双向相结合的时间同步方式,获得相对较少的报文开销和系统维护开销;进行了时间频率偏移校正,以保证节点的时间同步精度。仿真实验结果表明,该算法不仅提高了网络的同步精度,也节约了网络的能量消耗,更加满足实际应用的需求。     

免时间戳交互的无线传感网隐含节点同步参数估计算法

能效是无线传感网(Wireless sensor networks, WSNs)时间同步机制设计时需考虑的一个关键因素. 近年来, 隐含同步和免时间戳同步两种低功耗同步机制备受关注. 前者利用监听方式节省了发送同步信息所带来的能耗; 后者则通过接收端的定时响应, 无需在交互过程中传递时间戳, 减少了能量开销. 将免时间戳同步与隐含同步相结合, 能够进一步降低无线传感网同步功能实施所导致的额外能耗. 但目前免时间戳交互下的隐含节点只能估计时钟漂移, 无法估计时钟偏移. 针对该问题, 提出了一种基于最大似然估计(Maximum likelihood estimation, MLE)的免时间戳同步参数估计算法, 实现对隐含节点时钟漂移和偏移参数的联合估计, 并推导获得了对应估计器的性能界限. 仿真结果验证了所提估计器的有效性.     

基于频率校正的触发型传感器网络同步算法

通过对现有时钟同步算法的分析,为消除触发型同步算法中时钟频率偏差对同步误差的影响,提出一种基于频率校正的触发型传感器网络同步算法。该算法中基站监测事件发生时,相关传感器节点通过线性回归计算时钟晶振频率偏差,通过同步信令的交互,估算往返时延和时间差值。仿真结果表明,该算法能达到良好的同步精度。