无线传感器网络时钟同步的研究

在无线传感器网络中,时钟同步是十分必要的．有限的电池能量,存储以及带宽限制等传感器固有的特性的存在,导致传统的时钟同步算法不适合无线传感器网络．本文阐述了时钟同步问题和时钟同步的必要性,介绍了一些传感器网络的时钟同步算法,并深入研究了在考虑节点移动的情况下,利用节点的移动来传递时钟信息的思想,模拟证明我们的算法性能良好。     

多层动态分簇的WSN时间同步算法

无线传感器网络受多跳传输延迟和节点中的晶振准确度的影响,造成时间同步误差较大.为了减小同步误差,传统解决方法提高了同步算法的频率,这使得算法面临两个问题:①通信能耗较高;②精度与能耗之间的不平衡.针对以上问题,结合单向广播机制和双向成对机制,提出一种多层动态分簇的无线传感器网络时间同步算法.采用节点分层策略减少了同步通信开销;采用同步误差补偿机制降低了算法同步误差的影响,使用时钟补偿机制减少了传感器节点运行的累积误差.实验测试表明:在保证精度的前提下,本算法降低了同步次数,减少了同步通信开销,从而延长了网络的生命周期.     

WSN/WSAN中的时间同步算法研究

无线传感器网络实现了人类对现实世界的观测,由于网络中节点可以单独监测,因此在这样的网络中节点间需要时间同步,以确定事件发生的顺序。阐述了WSN时间同步的相关问题,并从同步报文传递方式的角度详细介绍了几种时间同步算法;从定性和定量两个方面对算法进行了比较。在此基础上,针对WSAN的新特点提出算法融合的设计思想。     

无线传感器网络TPSN-RBS联合时间同步算法

针对大规模多跳传感器网络节点间所存在的同步误差及其累积误差问题,提出了一种基于加权最小二乘法的TPSN-RBS联合时间同步算法.该算法充分利用可监听到的消息,通过加权最小二乘法估计得到节点逻辑时钟的时间偏移和频率偏移的最优解.用Cramér-Rao下界对本算法进行性能分析,同时与TPSN算法进行仿真对比,结果表明:该算法提高了节点间的同步精度,且在节点密集的大规模无线传感器网络中,在保证较低通信量的同时降低了累积误差.     

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。     

一种基于语义的无线传感器网络路由算法

在无线传感器网络中,为了监测多个事件,监测区域可能需要布置多种不同类别的传感器节点以监测不同的事件属性,通过对每个传感器节点感知属性信息的融合处理,来判别事件是否发生。如何快速地将生成的事件路由到sink节点是个重要的研究课题。文中将传统的路由算法与分布式事件存储和语义思想相结合,提出了一种基于语义的无线传感器网络路由算法。在该算法中,一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点,不需要知道整个网络的状况,算法具有冗余数据少,节能性好,网络生存周期比较理想,实现简单等特点。该算法也可以为无线传感器网络的时空查询算法的研究提供一定基础。     

无线传感器网络分布式连通算法

针对离散目标覆盖集的连通问题,设计了一种分布式构造连通集的算法,这种算法并不要求网络的全局信息,仅仅依赖每个节点的3跳内的邻居信息;对于大规模密集型的无线传感器网络,这种分布式算法更适合无线传感器网络的实际应用。     

一种基于语义的无线传感器网络路由算法

在无线传感器网络中，为了监测多个事件，监测区域可能需要布置多种不同类别的传感器节点以监测不同的事件属性，通过对每个传感器节点感知属性信息的融合处理，来判别事件是否发生。如何快速地将生成的事件路由到sink节点是个重要的研究课题。文中将传统的路由算法与分布式事件存储和语义思想相结合，提出了一种基于语义的无线传感器网络路由算法。在该算法中，一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点，不需要知道整个网络的状况，算法具有冗余数据少，节能性好，网络生存周期比较理想，实现简单等特点。该算法也可以为无线传感器网络的时空查询算法的研究提供一定基础。     

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。     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

一种超低功耗无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络中,能量是一个关键资源。传感器网络节点通常在大部分时间里处于休眠状态以节约能量。其中,节点间精确地同步和超低的休眠功耗能够本质上延长无线传感器网络节点的寿命。然而现实中节点在唤醒周期设置、时钟源选择和网络节点同步时很难满足理论研究时提出的要求。因此,提出了一种低功耗无线传感器网络MAC协议:允许节点使用多种时钟源实现功耗最优配置,在休眠时采用内部时钟以达到最低功耗,在工作时采用外部晶振以保证射频性能,同时为了解决多时钟源误差增大且休眠周期变化带来的问题,提出了多时钟源休眠唤醒机制和节点同步策略。最后文章在IEEE802.15.4硬件测试平台上完成了多时钟源MAC协议与SMAC协议的实证测试,结果表明对比SMAC协议的唤醒和同步机制,低功耗无线传感器网络MAC协议在传感器网络节点上能够极大地减少休眠功耗并显著地节约同步的时间,从而大大延长节点寿命。     

无线传感器网络时间同步机制研究

时间同步是无线传感器网络中一项重要的底层支撑技术,是实现节点的协同感知、通信、能量管理等网络功能的前提条件。针对无线传感器网络不同的应用需求,相继提出了不同种类的时间同步算法。归纳了无线传感器网络时间同步机制的分类方法,分析了每类典型的时间同步机制,最后总结了无线传感器网络时间同步机制的发展方向和未来的研究热点。     

适用于大规模超低占空比WSN的时间同步协议*

时间同步是无线传感器网络的重要组成部分。在超低占空比休眠机制的无线传感器网络时间同步中,迫切需要解决节点间的时钟漂移(Clock Drift)问题。目前,仅有少数解决超低占空比无线传感器网络时钟漂移问题的协议。本文引入同步子层思想,提出一种类根节点协同时间同步协议TPCRC(Time-synchronization Protocol with Collaboration from Root-node Class),采用首先实现同步子层的时间同步,然后实现同步子层间的时间同步,最后达到整个网络时间同步的方式,能有效解决时钟偏差(Clock Skew)校正后的时钟漂移问题。仿真实验表明,TPCRC协议能有效解决大规模超低占空比无线传感器网络时间同步中的时钟漂移问题。     

无线传感器网络时钟参数追踪与一致性同步*

针对无线传感器网络分布式时钟同步问题,本文提出了基于卡尔曼滤波的最大一致性时钟同步算法。在获得硬件时钟参数后,通过设置预定偏斜目标,各节点可不通过网络交换来调整时钟偏斜。为了进一步使节点间时钟偏移达到同步,本文设计了最大一致性控制方案来补偿节点,并基于图论给出算法收敛性证明。仿真结果表明本文的算法能够快速跟踪硬件时钟参数,较加权最大一致性时钟同步算法收敛速度更快,全局平均同步误差下降了一个数量级。     

层次传感器网络的交错同步休眠调度方法研究

结合层次传感器网络中基础层的多跳分簇结构、周期性短数据为主、有明显方向性的数据流特点,提出了一种交错的周期倍增同步休眠调度方案。该方案通过让不同层节点运行不同频率的激活/休眠周期可以达到降低时延和降低能耗的目的。将该机制应用到基础层MAC协议中,仿真证明可以保证簇中上下行两个方向的数据都有较低的时延,并且在节能和降低时延的同时拥有较大的吞吐量,能够较好的满足基础层的要求。     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

无线传感器网络时间同步综述

时间同步是无线传感器网络技术研究的一个新热点,很多无线传感器网络应用都要求传感器节点的时钟保持同步;由于无线传感器网络自身的特点,它在同步范围、能量消耗以及同步精度上都有特殊的要求,这使传统的时间同步方法并不适合无线传感器网络,对目前典型的无线传感器网络时间同步算法进行了论述,并指出了进一步的研究方向。     

大型发电机在线监测的无线传感器网络时间同步设计

准确的时间同步是实现传感器网络自身协议运行、数据融合、TDMA调度、协同睡眠、定位等的基础.本文首先剖析了大型发电机在线监测的无线传感器网络的体系结构,在比较性地分析已有无线传感器网络时间同步协议、机制和算法的基础上,提出了一种适用于电气设备在线监测的时间同步方案,此方案结合外同步和内同步,在进行同步的过程当中采用单向广播同步和线性回归结合的方法,最后用仿真软件NS对算法进行了仿真对比,结果证明该算法适合于监测网络的要求.     

EasiCC:一种保证带宽公平性的传感器网络拥塞控制机制

实用的传感器网络拥塞控制方案不仅需要满足多项网络性能指标,而且必须控制开销很小,提出了一种满足上述要求的拥塞控制机制EasiCC(EasiNet congestion control mechanism).在EasiCC中,数据流源节点将数据报文按比例划分到各优先等级中,各网络节点根据网络拥塞程度动态地、同步地调整报文过滤标准,结合报文过滤标准和报文优先级来调节网络流量,保证了无线信道带宽分配上的公平性;将网络准入控制和队列丢包手段相结合来调整网络流量,保证了网络综合性能指标.EasiCC控制开销很少,已在实际传感器网络平台中实现.模拟验证和实验测试结果显示,EasiCC能够公平地为各数据流分配发报速度和网络带宽,并且在报文传输成功率、传输延迟等性能指标上均有良好的表现.