基于动态分簇的低开销WSNs时间同步协议研究

时间同步是无线传感器网络（WSNs）的重要支撑技术。现有的同步协议RBS,TPSN与CHTS等较多考虑的是平面网络或是如何提高时间精度问题,带来了较大的能耗。在充分考虑了WSNs与能耗有限的特点的基础上,提出了一种基于动态分簇的低开销同步协议。该算法利用LEACH协议进行簇首节点的选择,簇成员节点的选择采用广度优先生成树拓扑结构。时间同步分为参考节点与簇首间的同步和簇首与簇内成员间的同步2个阶段,综合了单向同步和双向成对同步技术。性能分析和实验结果表明：该算法减少了同步开销,提高了精度,适用于WSNs。     

基于分簇的双簇首水下传感器网络时间同步算法

水下传感器的时间同步会受到节点移动、传播时延、能耗等因素的影响,陆地传感器的时间同步算法无法直接应用于水下环境。综合考虑水下通信的特点,提出一种基于分簇的双簇首辅助时间同步算法。基于节点能耗和深度对其进行分簇,从簇中选取2个最优节点作为主副簇首,引入节点移动模型以减小节点移动性造成的计算误差,并使用移动信标节点完成簇首间的同步。在此基础上,利用双簇首对普通节点进行同步,并考虑声速动态变化对同步性能的影响。仿真结果表明,与TSHL、MU-Sync、multi-hop、D-Sync等算法相比,该算法的能耗较低,同步精度较高。     

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。     

基于多普勒测速的水下传感器时间同步算法

时间同步是水下传感器网络的关键技术,由于海洋中采用水声通信时传播时延高且存在多普勒频移,导致使用射频通信的陆上时间同步算法无法直接应用于水下环境。基于多普勒测速原理和节点在水下的移动性,提出一种新型的时间同步CD-Sync算法。利用具有聚类特性的分簇模型选择合理的簇首节点,并与水面信标节点进行簇内同步,且在同步过程中,同步节点利用多普勒原理估算节点间的相对移动速度,从而计算节点间的传播延迟。实验结果表明,与基于分簇时间同步MU-Sync算法和分布式时间同步NU-Sync算法相比,该算法可在缩短节点间距离并加快节点间同步收敛速度的同时,有效提高时间同步的精度。     

基于分簇的无线传感器网络时间同步算法

时间同步是无线传感器网络中一个重要支撑技术,为了提高时间同步精度,提出了一种基于分簇的无线传感器网络时间同步算法;在部署无线传感器网络的初期阶段,建立簇状拓扑结构,首先是基站与簇首节点实现同步,然后簇内实现同步,最终建立一个全网统一的时钟,在同步过程中,采用了成对节点间的同步算法,很好利用了多信道广播方式;该算法能很好地满足无线传感器网络低能耗的要求;性能分析和实验结果表明,该算法减少了同步层次,提高了同步精度。     

适用于周期休眠MAC协议的分簇时间同步算法

无线传感器网络中节点能量有限,常采用周期休眠的方式工作,而周期性休眠机制的实现依赖于节点间的时间同步方法.基于竞争的周期性休眠MAC协议的典型代表是S-MAC,在S-MAC协议的时间同步算法基础上,通过引入簇控制和边界节点控制方法提出一种分簇时间同步算法,该算法适用于周期性休眠的MAC协议.仿真和物理实验表明,分簇时间同步相比S-MAC时间同步方法能够有效控制网络中的簇数和边界节点数,减少时间同步开销和端到端传输时延,从而节省能耗,延长网络生存周期.     

无线传感器网络中多跳时间同步算法的研究

提出了一种基于簇型的多跳时间同步算法——CBTS。利用Leach算法将网络划分成不同的簇,在此基础上把节点间的时间同步分为水平同步和垂直同步两个阶段来完成。在水平同步阶段,通过构建基站与簇头节点的层次拓扑结构,采用双向消息交换同步机制来完成簇头节点与基站的时间同步。在垂直同步阶段,采用双向消息交换和参考广播相结合的同步机制,来完成簇头节点和簇成员之间的时间同步,并利用最小方差线性拟合的方法估计了节点的时钟偏差,提高了时钟同步的精度,最终实现了整个网络节点的时间同步。经过仿真测试,证明该算法具有较低的消息交换开销和不错的同步精度。     

无线传感器网络时间同步与成簇算法

无线传感器网络的时间同步和成簇算法是目前国际上研究的热点。在目前的研究中,往往假设节点间的数据通信是没有冲突的,忽略了避免消息冲突机制的设计。在设计节点时间同步算法的基础上,提出了一种节点自组织成簇的算法,着重对算法的设计思想和工作过程进行了分析和论述。算法通过综合考虑候选节点的剩余能量、节点的度等参数来优化簇头的选择,同时,通过更换簇头,减少和均衡每个传感器耗能,以延长全网寿命,实验结果表明了算法的有效性。     

一种节能的无线传感器网络分簇时间同步算法

提出一种节能的无线传感器网络分簇时间同步算法（CBTS）。利用高性能的晶体振荡器稳定性原理,通过高性能簇头组成簇状拓扑结构实现时间同步,取得延长簇的同步更新周期和减少簇内节点双向同步交换数据包次数成效。实验结果表明,CBTS算法与TPSN算法相比,在精度一定条件下,能有效降低整个网络的能耗。     

基于精度分簇的无线传感器网络时间同步算法

无线传感器网络时间同步的精度主要受同步跳数的影响,同步精度随同步跳数增大而降低;网络分簇采用分簇技术以实现尽可能延长网络的生存周期的目标;基于精度分簇的无线传感器网络时间同步算法结合了两个方面的因素;该算法以网络内节点不同的同步精度要求为基础,精度要求高的节点推选为簇首,保证簇首节点与基站的高精度单跳同步,同时在簇首与普通节点同步采用简单的单向报文同步方式以降低整个网络的同步功耗;通过仿真和分析得出该同步方法能保证精度要求,降低了同步开销和能耗,具有一定的应用价值.     

WSN中基于事件驱动的簇型时间同步协议

针对事件驱动的无线传感器网络,提出一种K覆盖的簇型时间同步算法(K-CTSA).当节点检测到事件发生时,广播事件信息,邻居节点收到广播信息后,从休眠转为激活状态.为了保证监测事件的准确性,必须保证在监测区域的K覆盖.结合模糊逻辑在事件发生区域选举K个节点协同完成任务,并选举一个簇首节点.为了保证监测任务的可靠性,处于激活的节点必须保证时间的同步,簇首与成员节点之间采用最小线性二乘法估算时钟偏移与漂移.实验仿真表明,K-CTSA在保证同步精度的前提下,网络节点生存时间与稳定期都明显优于TPSN协议.     

无线传感器网络层次参考时间同步算法的研究

无线传感器在网络应用中要求节点间保持时间同步,但现存的经典时间同步算法,因节点的接收时间受时钟偏差和传输延迟的影响,其同步精度不高。为提高网络时间同步精度,均衡节点能耗,提出了一种改进的层次参考时间同步算法（Improved Hierarchy Referencing Time Synchronization,IHRTS）。该算法基于节点在层次结构中唯一物理位置的时间特性,采用贝叶斯估计对节点接收时间进行估算,缩小时间偏差的误差范围,获得比较精确的同步偏移量,从而改善时间同步精度;同时采用无线信道的广播特性与双向同步机制的同步思想,最小化了通信负载,均衡了节点能耗。通过仿真结果表明将贝叶斯估计方法应用到时间同步算法中,在均衡节点能量消耗同时有效地提高了网络同步精度。     

基于分簇的低功耗多跳无线传感器网络层次时间同步算法

针对典型时间同步算法在应用于多跳无线传感器网络(WSN)时主要集中于提高网络同步精度而忽略能耗、路径跳数、误差累积等问题,提出一种基于分簇的低功耗多跳WSN层次时间同步算法。该算法基于分簇的层次型网络结构,选取某一簇内节点与簇头进行双向同步,其邻居节点通过被动监听方式间接完成同步,减少了数据包传输数量,且数字签名方式保证了消息传输的安全性;引用了同步分组延迟的周期更新系数,以进一步减少报文开销。仿真结果表明,算法有效地降低了能量消耗,提高了网络寿命,具有一定的实用性。     

水声传感器网络中成簇时间同步协议研究

针对水声通信传播延迟长和节点移动性强的问题, 提出一种水声传感器网络中成簇时间同步协议。该协议将时间同步分为簇间同步和簇内同步两个过程, 并且通过簇间同步和簇内同步的局部并发执行减少同步过程中产生的报文数量。此外, 该协议在计算时钟频偏和相偏的过程中通过区分因为节点移动性造成的下游链路和上游链路传输延迟的不同来提高同步精度。仿真结果表明, 与其他同步协议相比, 成簇时间同步协议可以在降低同步误差的同时, 有效减少网络中同步报文的数量, 从而达到降低能量消耗的目的。     

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.     

基于拟合偏差的时钟同步

该文提出采用拟合偏差方法进行时钟调整的策略,以有效克服网络延迟和抖动对时钟同步的影响。开发NTP时间同步客户端,实现多种时间戳数据的采集和存储。分析本地节点的时间信息和来自于参考时钟服务器的时间戳信息,并构造时钟偏差趋势方程。利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型和利用该漂移率进行时钟的调整和稳定性分析。实验证明,该策略提高了客户端时钟同步的稳定性和安全性,能够更好地适应网络传输性能较差环境下的时钟同步。