无线传感器网络时间同步的优化方案

发布时间：2017-03-31 11:10

  本文关键词：无线传感器网络时间同步的优化方案，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在对实时性要求较高的无线传感器网络中,往往需要节点之间具有相同的时间同步机制。在实际应用中,需要根据应用背景选择甚至设计符合应用需求的时间同步方案。本文主要研究应用于星型网络的时间同步方案。星型网络中的通信协议比较简单,现有的典型时间同步算法在实际应用中过于复杂,因此需要针对星型网络的特点和实际需求设计出合适的时间同步方案。本文首先对无线传感器网络中的几种典型的时间同步机制和时间同步性能的主要评估指标进行分析。由于TPSN算法主要应用于层次型的网络拓扑结构,而本文所研究的算法的应用网络可由基础的星型网路扩展为层次型网络结构,因此本文重点研究分析了TPSN算法。本文采用软件仿真的方法对TPSN算法进行研究,结合仿真结果介绍了项目中已有的时间同步方案—H-TS方案。由于H-TS算法在执行过程中存在一些问题,如同步周期过长、同步精度低以及能耗大等,因此本文在H-TS算法的基础上提出一种改进的时间同步方案C-TS算法。C-TS算法通过减少配置报文的长度来减少报文传输延迟,从而减少了同步误差和同步周期。此外,C-TS算法还通过减少传感器节点的计算量来减少能耗。本文最后将C-TS算法在实际的星型网络中实现,并与H-TS算法进行分析对比。本文设计了一种无线传感器网络中的时间同步的优化方案C-TS算法。研究结果证明C-TS算法在同步精度、同步周期、同步误差累积速度和能耗等方面,对H-TS算法进行了优化和改进。
【关键词】：星型无线传感器网络 时间同步技术 TPSN 同步方案设计 同步方案改进
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 无线传感网时间同步技术9-12
• 1.1.1 时间同步的要求10-11
• 1.1.2 时间同步算法分类11-12
• 1.2 课题背景12-13
• 1.3 本文主要工作13-15
• 第二章 无线传感器网络时间同步分析15-29
• 2.1 影响WSN时间同步的主要因素15-19
• 2.1.1 时钟偏移和时钟漂移15-16
• 2.1.2 报文传输时延16-19
• 2.1.3 晶振频率19
• 2.2 经典的WSN时间同步算法19-26
• 2.2.1 RBS时间同步算法20-21
• 2.2.2 TPSN时间同步算法21-23
• 2.2.3 FTSP时间同步算法23-24
• 2.2.4 DMTS时间同步算法24-25
• 2.2.5 LTS时间同步算法25-26
• 2.3 典型时间同步算法主要性能评估26-28
• 2.3.1 同步精度26-27
• 2.3.2 能耗27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 TPSN时间同步算法的仿真29-35
• 3.1 仿真软件介绍29-31
• 3.1.1 Simsync仿真原理29-30
• 3.1.2 时间事件队列30-31
• 3.2 TPSN算法仿真31-34
• 3.2.1 算法程序设计31-33
• 3.2.2 仿真结果分析33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 H-TS时间同步方案35-43
• 4.1 H-TS方案应用背景35-39
• 4.1.1 硬件平台介绍35-37
• 4.1.2 网络模型介绍37-39
• 4.2 H-TS时间同步方案介绍39-42
• 4.2.1 H-TS算法同步过程描述39-41
• 4.2.2 H-TS算法同步误差分析41-42
• 4.3 H-TS同步性能分析42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 改进型的时间同步方案—C-TS方案43-60
• 5.1 C-TS同步方案的描述43-44
• 5.2 C-TS算法性能分析44-48
• 5.3 C-TS方案测试48-55
• 5.3.1 硬件准备工作48-50
• 5.3.2 同步实现过程和信息帧的设计50-51
• 5.3.3 程序设计51-55
• 5.3.4 同步误差的测试55
• 5.4 测试结果分析55-59
• 5.4.1 同步误差比较56-59
• 5.4.2 能耗分析59
• 5.5 本章小节59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 研究工作总结60
• 6.2 未来工作展望60-61
• 6.3 本章小节61-62
• 参考文献62-64
• 附录1 程序清单64-74
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目74-75
• 致谢75

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