基于分簇型无线传感器网络时间同步机制的研究

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无线传感器网络是一种传感器节点广泛部署在监测环境中,能够自动感知采集信息,并将信息按照网络设计的要求进行数据处理而后传递给网络监控者的新型网络。近年来,随着微传感器技术、计算机技术和无线网络技术的迅速发展,无线传感器网络成为一个广受国内外研究者关注的新兴研究领域。时间同步技术是无线传感器网络重要的基础组成部分。时间同步机制性能的优劣直接关系到无线传感器网络中相关技术能否正常运行。同时,对于面向应用对象的无线传感器网络来说,缺乏精确时间的信息是毫无用处的。已经在传统互联网领域广泛应用的NTP时间同步协议和GPS时间同步技术由于受到无线传感器网络自身条件的约束,不能直接适用在无线传感网络中。因此,时间同步机制成为广大无线传感器网络研究者重点关注的热点。本文在重点分析了几种现行经典的时间同步算法。较多的时间同步算法适用在单跳网络中,时间同步精度也达到了微秒级。但是随着无线传感器网络技术的发展,大规模化必然成为该技术的发展趋势。但是,现有的多跳网络中的时间同步机制是在牺牲部分传感节点的能耗基础上提高网络的时间同步精度。因此,如何在较低的能量消耗基础上,提高多跳网络的时间同步精度成为本文的研究课题。本文提出了一种基于分簇型网络结构的多跳无线传感器网络时间同步算法,在该算法中,主要做了以下工作:1.提出一种基于LEACH算法的优化拓扑结构控制算法,在该算法中,重新设计了簇首节点的选取阈值,并提出了助理簇首节点的概念及选取阈值,同时根据簇首节点的剩余能量设定簇首节点工作时间门限值。通过优化拓扑控制算法,均衡了簇首节点的能量消耗,提高网络的能量利用率,避免了簇首节点在同步过程中因能量消耗过多而失效;同时也降低了无线传感器网路的跳数,避免了时间同步误差随着网络跳数的增加而积累。2.在算法的时间同步阶段,同时采用双向时间同步机制和单向广播时间同步机制,降低了时间同步消息的时间延迟,提高了时间同步精度。3.最后,本文对优化拓扑结构控制算法和时间同步算法进行了实验仿真,实验结果显示本文算法在提高时间同步精度的同时,降低了网络的信息交换量和节点的能量消耗,提高了网络的寿命。
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