高精度低功耗无线传感器网络时间同步协议与算法改进研究

发布时间：2019-12-05 02:53

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)中存在着两个突出的问题,一个是由于其节点特性造成的能耗问题,一个是在信息传递过程中的时间同步问题。无线传感器网络MAC层协议与时间同步协议是解决WSN中能耗问题与同步精度问题的关键方法。MAC层技术的优劣关系着无线传感器网络能耗均衡的问题;而时间同步协议的优劣是WSN能高效运行的前提。所以,本文针对无线传感器网络的MAC层协议与时间同步技术进行研究。第一,本文介绍了无线传感器网络中MAC层协议和时间同步协议的相关概念和研究现状,总结出了无线传感器网络中能量消耗的绝大部分就是在信息的发送、接收以及侦听阶段;以及时间同步协议精度不高的原因是没有考虑到时钟偏差和时钟漂移问题。第二,本文分别围绕无线传感器网络的MAC层协议与时间同步协议提出了一种基于ZigBee的低功耗无线传感器网络的改进协议(An improved low-power wireless sensor networks protocol based On ZigBee),和一种融合DMTS与 TPSN算法的时钟晶振频率偏差补偿协议(An Algorithm Combined DMTS and TPSN using Quartz Oscillator Frequency Deviation Compensation)。AILWSNP(An improved low-power wireless sensor networks protocol based On ZigBee)算法是分析出传统ZigBee网络协议栈中的MAC层是一直保持通信状态,造成了节点能耗的大量损失,因此针对此问题在其MAC层中加入了基于S-MAC机制的周期性工作/睡眠方法来减少能量消耗,同时结合了 DMTS算法来进行时钟同步。通过MATLAB进行仿真得出:与传统MAC层相比,改进后的算法能够大幅度降低网络整体工作能耗,且随着时间增长具有更大优势。DTQOFD(An Algorithm Combined DMTS and TPSN using Quartz Oscillator Frequency Deviation Compensation)算法针对DMTS算法时间同步精度较低,且没有考虑到由时钟偏差引起的时钟漂移问题,提出了融合DMTS与TPSN算法的时钟晶振频率偏差补偿协议。首先将通信路径分为主次两种路径,在主路径上采用TPSN算法进行同步,在次路径上采用DMTS算法进行同步,同时在每次信息传递过程中及时补偿节点引发的时钟偏差来消除时钟漂移,达到时间高精度同步。通过仿真实验表明:DTQOFD算法能够出色的解决由时钟偏差引起的时钟漂移,从而提高时间同步的精度。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212.9;TN929.5

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本文编号：2569875