無線傳感網(wǎng)-第7章同步技術(shù)

1、第第7章章 同步技術(shù)同步技術(shù)n7.1 時間同步的意義和特點時間同步的意義和特點n7.2 RBS同步機制同步機制n7.3 Tiny-sync/mini-sync同步機制同步機制n7.4 TPSN時間同步協(xié)議時間同步協(xié)議n7.5 時間同步的應(yīng)用示例時間同步的應(yīng)用示例n7.6 本章小結(jié)本章小結(jié)7.1 時間同步的意義和特點時間同步的意義和特點n7.1.1 傳感網(wǎng)時間同步的意義傳感網(wǎng)時間同步的意義n7.1.2 傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點7.1.1 傳感網(wǎng)時間同步的意義n無線傳感網(wǎng)的同步管理主要是指時間上的同步管理。無線傳感網(wǎng)的同步管理主要是指時間上的同步管理。q在分布式的無線傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，每個傳感器節(jié)點都有各自的本地時鐘。不同節(jié)點的晶體振蕩器頻率存在偏差，干擾等也會造成節(jié)點之間的運行時間的偏差。分布式系統(tǒng)的協(xié)同工作需要節(jié)點間的時間同步。n時間同步機制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架中的一個關(guān)鍵機制。時間同步機制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架中的一個關(guān)鍵機制。n在分布式系統(tǒng)中，時間同步涉及在分布式系統(tǒng)中，時間同步涉及“物理時間物理時間”和和“邏輯時間邏輯時間”兩個不同兩個不同的概念。的概念。q“物理時間”表示人類社會使用的絕對時間，而“邏輯時間”體現(xiàn)了事件發(fā)生的順序關(guān)系，是一個相對概念。分布式系統(tǒng)通常需要個表示整個系統(tǒng)時間的全局時間。全局時間根據(jù)需要可以是物理時間也可以是邏輯時間。n時間同

3、步機制在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議時間同步機制在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(Netwolk Time Protocl，NTP)是因特網(wǎng)采用的時間同步協(xié)議。另外，是因特網(wǎng)采用的時間同步協(xié)議。另外，GPS和無線測距等技術(shù)也可以用來提供網(wǎng)絡(luò)的全局時間同步。和無線測距等技術(shù)也可以用來提供網(wǎng)絡(luò)的全局時間同步。7.1.1 傳感網(wǎng)時間同步的意義（2）n在傳感網(wǎng)的很多應(yīng)用中，同樣需要時間同步機制。在傳感網(wǎng)的很多應(yīng)用中，同樣需要時間同步機制。q例如，在節(jié)點時間同步的基礎(chǔ)上，可以遠(yuǎn)程觀察衛(wèi)星和導(dǎo)彈發(fā)射的軌道變化情況等。另外，時間同步能夠用來形成分布式波束系統(tǒng)，構(gòu)成TDMA調(diào)度機

4、制，實現(xiàn)多傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)融合，以及用時間序列的目標(biāo)位置來估計目標(biāo)的運行速度和方向，或者通過測量聲音的傳播時間確定節(jié)點到聲源的距離或聲源的位量。n無線傳感網(wǎng)時間同步機制的意義和作用主要體現(xiàn)在如下兩方面。無線傳感網(wǎng)時間同步機制的意義和作用主要體現(xiàn)在如下兩方面。q首先，傳感器節(jié)點通常需要彼此協(xié)作，去完成復(fù)雜的監(jiān)測和感知任務(wù)。n數(shù)據(jù)融合是協(xié)作操作的典型例子，不同的節(jié)點采集的數(shù)據(jù)最終融合并形成一個有意義的結(jié)果。例如，在車輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點記錄車輛的位置和時間，并傳送給網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點，然后結(jié)合這些信息來估計車輛的位置和速度。如果傳感器節(jié)點缺乏統(tǒng)一的時間同步，則對車輛的位置估計將是不準(zhǔn)確的。q其次，傳

5、感網(wǎng)的一些節(jié)能方案是利用時間同步來實現(xiàn)的。n例如，傳感器可以在適當(dāng)?shù)臅r候休眠，在需要的時候再被喚醒。在應(yīng)用這種節(jié)能模式的時候，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)該在相同的時間休眠或被喚醒，也就是說在數(shù)據(jù)到來時，節(jié)點的接收器并沒有關(guān)閉。在這里，傳感網(wǎng)時間同步機制的設(shè)計目的，是為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的本地時鐘提供共同的時間戳。7.1.2 傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點n由于傳感網(wǎng)節(jié)點的能量受限，以及低價格和小體積成為了傳感網(wǎng)時間同步的主要限制。由于傳感網(wǎng)節(jié)點的能量受限，以及低價格和小體積成為了傳感網(wǎng)時間同步的主要限制。n現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的時間同步機制往往關(guān)注最小化同步誤差來達(dá)到最大的同步精度方面，而很少考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的

6、時間同步機制往往關(guān)注最小化同步誤差來達(dá)到最大的同步精度方面，而很少考慮計算和通信的開銷，以及能耗問題。無法套用傳統(tǒng)的時間同步機制協(xié)議。計算和通信的開銷，以及能耗問題。無法套用傳統(tǒng)的時間同步機制協(xié)議。n網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)在因特網(wǎng)得到了廣泛使用，具有精度高、魯棒性好和易擴展等優(yōu)點。但在因特網(wǎng)得到了廣泛使用，具有精度高、魯棒性好和易擴展等優(yōu)點。但是它依賴的條件在傳感網(wǎng)中難以得到滿足，因而不能直接移植運行，這主要是由于以下原因。是它依賴的條件在傳感網(wǎng)中難以得到滿足，因而不能直接移植運行，這主要是由于以下原因。n（1）NTP協(xié)議很少考慮協(xié)議很少考慮網(wǎng)絡(luò)鏈路網(wǎng)絡(luò)鏈路失效問題。而在傳感網(wǎng)中，

7、無線鏈路的通信質(zhì)量受環(huán)境影失效問題。而在傳感網(wǎng)中，無線鏈路的通信質(zhì)量受環(huán)境影響較大，甚至?xí)r常會有通信中斷的情況。響較大，甚至?xí)r常會有通信中斷的情況。n（2）NTP協(xié)議的協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。而傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動態(tài)變化的，簡單的靜態(tài)手工相對穩(wěn)定。而傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動態(tài)變化的，簡單的靜態(tài)手工配置無法適應(yīng)這種變化。配置無法適應(yīng)這種變化。n（3）NTP協(xié)議中協(xié)議中時間基準(zhǔn)時間基準(zhǔn)服務(wù)器間的同步需要通過其他基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)助。如服務(wù)器間的同步需要通過其他基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)助。如GPS系統(tǒng)和無系統(tǒng)和無線電廣播報時系統(tǒng)，而在傳感網(wǎng)的有些應(yīng)用中，無法取得相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的支持。線電廣播報時系統(tǒng)，而在傳感網(wǎng)的有

8、些應(yīng)用中，無法取得相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的支持。n（4）NTP協(xié)議需要協(xié)議需要頻繁交換信息頻繁交換信息，來不斷校準(zhǔn)時鐘頻率偏差帶來的誤差。并通過復(fù)雜的修，來不斷校準(zhǔn)時鐘頻率偏差帶來的誤差。并通過復(fù)雜的修正算法，消除時間同步消息在傳輸和處理過程中受到的非確定因素干擾，正算法，消除時間同步消息在傳輸和處理過程中受到的非確定因素干擾，CPU使用、信道偵使用、信道偵聽和占用都不受任何約束。而傳感網(wǎng)存在資源約束，必須考慮能量消耗。聽和占用都不受任何約束。而傳感網(wǎng)存在資源約束，必須考慮能量消耗。7.1.2 傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點（傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點（2）n另外，另外，GPS系統(tǒng)雖然能夠以納秒級的精度與世界標(biāo)

9、淮時間系統(tǒng)雖然能夠以納秒級的精度與世界標(biāo)淮時間UTC保保持同步，但需要配置高成本的接收機，同時無法在室內(nèi)、森林或持同步，但需要配置高成本的接收機，同時無法在室內(nèi)、森林或水下等有障礙的環(huán)境中使用。如果是用于軍事目的，沒有主控權(quán)水下等有障礙的環(huán)境中使用。如果是用于軍事目的，沒有主控權(quán)的的GPS系統(tǒng)也是不可依賴的。系統(tǒng)也是不可依賴的。n在傳感網(wǎng)絡(luò)中只可能為極少數(shù)節(jié)點配備在傳感網(wǎng)絡(luò)中只可能為極少數(shù)節(jié)點配備GPS接收機，這些節(jié)點可接收機，這些節(jié)點可以為傳感網(wǎng)提供基準(zhǔn)時間。以為傳感網(wǎng)提供基準(zhǔn)時間。n基于傳感網(wǎng)的特點，以及其在能量、價格和體積等方面的約束，基于傳感網(wǎng)的特點，以及其在能量、價格和體積等方面的約

10、束，使得使得NTP、GPS等現(xiàn)有時間同步機制并不適用于通常的傳感網(wǎng)，等現(xiàn)有時間同步機制并不適用于通常的傳感網(wǎng)，需要專門的時間同步協(xié)議才能使其正常工作。需要專門的時間同步協(xié)議才能使其正常工作。7.1.2 傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點（傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議的特點（3）n目前幾種成熟的傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議是：目前幾種成熟的傳感網(wǎng)時間同步協(xié)議是：RBS（Reference Broadcast Synchronization，RBS)、Tiny-sync/Mini-Sync和和TPSN(Timing sync Protocol for Sensor Networks，TPSN) 。nRBS同步協(xié)議的基本思想是：

11、多個節(jié)點接收同一個同步信號，然后在多個收到同步信同步協(xié)議的基本思想是：多個節(jié)點接收同一個同步信號，然后在多個收到同步信號的節(jié)點之間進(jìn)行同步。這種同步算法消除了同步信號發(fā)送方的時間不確定性。號的節(jié)點之間進(jìn)行同步。這種同步算法消除了同步信號發(fā)送方的時間不確定性。RBS同步協(xié)議的優(yōu)點是時間同步與同步協(xié)議的優(yōu)點是時間同步與MAC層協(xié)議分離，它的實現(xiàn)不受限于應(yīng)用層是否可以獲層協(xié)議分離，它的實現(xiàn)不受限于應(yīng)用層是否可以獲得得MAC層時間戳，協(xié)議的互操作性較好。這種同步協(xié)議的缺點是協(xié)議開銷較大。層時間戳，協(xié)議的互操作性較好。這種同步協(xié)議的缺點是協(xié)議開銷較大。nTiny-sync/Mini-sync是兩種簡單的

12、輕量級時間同步機制。這兩種算法假設(shè)節(jié)點的時鐘是兩種簡單的輕量級時間同步機制。這兩種算法假設(shè)節(jié)點的時鐘漂移遵循線性變化，因此兩個節(jié)點之間的時間偏移也是線性的，通過交換時標(biāo)分組來漂移遵循線性變化，因此兩個節(jié)點之間的時間偏移也是線性的，通過交換時標(biāo)分組來估計兩個節(jié)點間的最優(yōu)匹配偏移量。為了降低算法的復(fù)雜度，通過約束條件丟棄冗余估計兩個節(jié)點間的最優(yōu)匹配偏移量。為了降低算法的復(fù)雜度，通過約束條件丟棄冗余分組。分組。nTPSN時間同步協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時間同步。所有節(jié)點按照時間同步協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時間同步。所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級，表示節(jié)點到根節(jié)點的距

13、離，通過基于發(fā)送者層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級，表示節(jié)點到根節(jié)點的距離，通過基于發(fā)送者接收者的節(jié)點接收者的節(jié)點對方式，每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進(jìn)行同步，最終所有節(jié)點都與根節(jié)點實現(xiàn)時間對方式，每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進(jìn)行同步，最終所有節(jié)點都與根節(jié)點實現(xiàn)時間同步。同步。7.2 RBS同步機制同步機制nRBS協(xié)議是基于接收者和接收者時間同步機制的代表協(xié)議，基本原理如圖所示。協(xié)議是基于接收者和接收者時間同步機制的代表協(xié)議，基本原理如圖所示。n發(fā)送節(jié)點廣播一個參考（發(fā)送節(jié)點廣播一個參考（reference）分組，廣播域中兩個節(jié)點都能夠接收到這個）分組，廣播域中兩個節(jié)點都能夠接收到這個分組，每個接收節(jié)點分別根

14、據(jù)自己的本地時鐘記錄接收到分組，每個接收節(jié)點分別根據(jù)自己的本地時鐘記錄接收到reference分組的時刻，分組的時刻，然后交換它們記錄的然后交換它們記錄的reference分組的接收時間。分組的接收時間。n兩個接收時間的差值相當(dāng)于兩個接收節(jié)點間的時間差值，其中一個節(jié)點根據(jù)這個兩個接收時間的差值相當(dāng)于兩個接收節(jié)點間的時間差值，其中一個節(jié)點根據(jù)這個時間差值更改它的本地時間，從而達(dá)到兩個接收節(jié)點的時間同步。時間差值更改它的本地時間，從而達(dá)到兩個接收節(jié)點的時間同步。7.2 RBS同步機制（同步機制（2）nRBS機制中不是通告發(fā)送節(jié)點的時間值，而是通過廣播同步參考機制中不是通告發(fā)送節(jié)點的時間值，而是通過

15、廣播同步參考分組來實現(xiàn)接收節(jié)點間的相對時間同步，參考分組本身不需要攜分組來實現(xiàn)接收節(jié)點間的相對時間同步，參考分組本身不需要攜帶任何時標(biāo)，也不需要知道是何時發(fā)送出去的。帶任何時標(biāo)，也不需要知道是何時發(fā)送出去的。n影響影響RBS機制性能的主要因素包括接收節(jié)點間的時鐘偏差（時鐘機制性能的主要因素包括接收節(jié)點間的時鐘偏差（時鐘歪斜）、接收節(jié)點的非確定性因素、接收節(jié)點的個數(shù)等等。歪斜）、接收節(jié)點的非確定性因素、接收節(jié)點的個數(shù)等等。n為了提高時間同步的精度，為了提高時間同步的精度，RBS機制采用了統(tǒng)計技術(shù)，通過多次機制采用了統(tǒng)計技術(shù)，通過多次發(fā)送參考消息，獲得接收節(jié)點之間時間差異的平均值。對于時鐘發(fā)送參考

16、消息，獲得接收節(jié)點之間時間差異的平均值。對于時鐘偏差問題，采用了最小平方的線性回歸方法進(jìn)行線性擬合，直線偏差問題，采用了最小平方的線性回歸方法進(jìn)行線性擬合，直線的斜率就是兩個節(jié)點的時鐘偏差，直線上的點就表示節(jié)點間的時的斜率就是兩個節(jié)點的時鐘偏差，直線上的點就表示節(jié)點間的時間差。間差。7.3 Tiny-sync/mini-sync同步機制同步機制n在通常情況下，節(jié)點的硬件時鐘是時間的單調(diào)非遞減函數(shù)。用來產(chǎn)生在通常情況下，節(jié)點的硬件時鐘是時間的單調(diào)非遞減函數(shù)。用來產(chǎn)生實時時間的晶體頻率依賴于周圍環(huán)境條件，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)可以實時時間的晶體頻率依賴于周圍環(huán)境條件，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)可以認(rèn)為保持不變

17、。由于節(jié)點之間時鐘頻偏和時鐘相偏往往存在差異，但認(rèn)為保持不變。由于節(jié)點之間時鐘頻偏和時鐘相偏往往存在差異，但是它們時鐘頻偏或相偏之間的差值在一段時間內(nèi)保持不變，根據(jù)節(jié)點是它們時鐘頻偏或相偏之間的差值在一段時間內(nèi)保持不變，根據(jù)節(jié)點之間的線性相關(guān)性，可以得出：之間的線性相關(guān)性，可以得出：122121)()(bttatt式中，a12和b12分別表示兩個時鐘之間的相對時鐘頻偏和相對時鐘相偏。Tiny-sync算法和Mini-sync算法采用傳統(tǒng)的雙向消息設(shè)計來估計節(jié)點時鐘間的相對漂移和相對偏移。節(jié)點1給節(jié)點2發(fā)送探測消息，時間戳是t0，節(jié)點2在接收到消息后產(chǎn)生時間戳tb。并且立刻發(fā)送應(yīng)答消息。7.3

18、Tiny-sync/mini-sync同步機制同步機制(2)121212120)()()()(bttattbttattbrb最后節(jié)點1在收到應(yīng)答消息時產(chǎn)生時間戳tr，利用這些時間戳的絕對順序和上面的等式可以得到下面的不等式：三個時間戳（t0、tb、tr）叫做數(shù)據(jù)點，Tiny-sync和Mini-sync利用這些數(shù)據(jù)點進(jìn)行工作。隨著數(shù)據(jù)點數(shù)目的增多，算法的精確度也提高。每個數(shù)據(jù)點遵循相對漂移和相對偏移的兩個約束條件。7.3 Tiny-sync/mini-sync同步機制同步機制(3)圖7-3描述了數(shù)據(jù)點加在a12和b12上的約束。Tiny-sync中每次獲得新的數(shù)據(jù)點時，首先和以前的數(shù)據(jù)點比較，

19、如果新的數(shù)據(jù)點計算出的誤差大于以前數(shù)據(jù)點計算出的誤差，則拋棄新的數(shù)據(jù)點，否則就采用新的數(shù)據(jù)點，而拋棄舊的數(shù)據(jù)點。這樣時間同步總共只需要存儲三到四個數(shù)據(jù)點，就可以實現(xiàn)一定精度的時間同步。7.3 Tiny-sync/mini-sync同步機制同步機制(4)圖圖7-4所示，在收到所示，在收到(A1,B1)和和(A2,B1)后，計算出頻偏和相偏的估計值，在收到數(shù)據(jù)點后，計算出頻偏和相偏的估計值，在收到數(shù)據(jù)點(A3,B3)之之后，約束后，約束A1、B1、A3、B3被儲存，被儲存，A2、B2被丟棄了，但是后來接收到數(shù)據(jù)點被丟棄了，但是后來接收到數(shù)據(jù)點(A4,B4)可以可以和和(A2,B2)聯(lián)合而構(gòu)成更好的

20、估計，但是此時聯(lián)合而構(gòu)成更好的估計，但是此時(A2,B2)已經(jīng)丟棄，只能獲得次優(yōu)估計。已經(jīng)丟棄，只能獲得次優(yōu)估計。Mini-sync算法是為了克服Tiny-sync算法中丟失有用數(shù)據(jù)點的缺點而提出的，該算法建立約束條件來確保僅丟掉將來不會有用的數(shù)據(jù)點，并且每次獲取新的數(shù)據(jù)點后都更新約束條件。7.4 TPSN時間同步協(xié)議時間同步協(xié)議7.4 TPSN時間同步協(xié)議時間同步協(xié)議nTPSN時間同步協(xié)議類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的時間同步協(xié)議類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的NTP協(xié)議，目的是提供傳感協(xié)議，目的是提供傳感網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點間的時間同步。網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點間的時間同步。n在網(wǎng)絡(luò)中有一個節(jié)點可以與外界通信，從而獲取外部時間，這

21、種在網(wǎng)絡(luò)中有一個節(jié)點可以與外界通信，從而獲取外部時間，這種節(jié)點被稱為根節(jié)點。根節(jié)點可裝配諸如節(jié)點被稱為根節(jié)點。根節(jié)點可裝配諸如GPS接收機這樣的復(fù)雜硬接收機這樣的復(fù)雜硬件部件，并作為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時鐘源。件部件，并作為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時鐘源。nTPSN協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)協(xié)議采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先將所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級，然后每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進(jìn)行時間同步，最終行分級，然后每個節(jié)點與上一級的一個節(jié)點進(jìn)行時間同步，最終所有節(jié)點都與根節(jié)點的時間同步，節(jié)點對之間的時間同步是基于所有節(jié)點都與根節(jié)點的時間同步，節(jié)點對之間的時間同步是基于發(fā)送者發(fā)送者接收者的同

22、步機制。接收者的同步機制。1TPSN協(xié)議的操作過程協(xié)議的操作過程nTPSN協(xié)議假設(shè)每個傳感器節(jié)點都有唯一的標(biāo)識號協(xié)議假設(shè)每個傳感器節(jié)點都有唯一的標(biāo)識號ID，節(jié)點間的無線通信鏈路是雙向的，通過雙向的消息，節(jié)點間的無線通信鏈路是雙向的，通過雙向的消息交換實現(xiàn)節(jié)點間的時間同步。交換實現(xiàn)節(jié)點間的時間同步。TPSN協(xié)議將整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)生成和維協(xié)議將整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)生成和維護層次結(jié)構(gòu)。很多傳感網(wǎng)依賴網(wǎng)內(nèi)處理，需要類似的層次型結(jié)構(gòu)，如護層次結(jié)構(gòu)。很多傳感網(wǎng)依賴網(wǎng)內(nèi)處理，需要類似的層次型結(jié)構(gòu)，如TinyDB需要數(shù)據(jù)融合樹。這樣，整需要數(shù)據(jù)融合樹。這

23、樣，整個網(wǎng)絡(luò)只需要生成和維護一個共享的層次結(jié)構(gòu)。個網(wǎng)絡(luò)只需要生成和維護一個共享的層次結(jié)構(gòu)。TPSN協(xié)議包括如下兩個階段。第一個階段生成層次結(jié)構(gòu)，協(xié)議包括如下兩個階段。第一個階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點部被賦予一個級別，根節(jié)點被賦予最高級別第每個節(jié)點部被賦予一個級別，根節(jié)點被賦予最高級別第0級，第級的節(jié)點至少能夠與一個第（）級的節(jié)點級，第級的節(jié)點至少能夠與一個第（）級的節(jié)點通信；第二個階段實現(xiàn)所有樹節(jié)點的時間同步，第通信；第二個階段實現(xiàn)所有樹節(jié)點的時間同步，第1級節(jié)點同步到根節(jié)點，第級的節(jié)點同步到第（）級的級節(jié)點同步到根節(jié)點，第級的節(jié)點同步到第（）級的一個節(jié)點，最終所有節(jié)點都同步到根節(jié)點，實現(xiàn)整個

24、網(wǎng)絡(luò)的時間同步。下面詳細(xì)說明該協(xié)議的兩個階段的一個節(jié)點，最終所有節(jié)點都同步到根節(jié)點，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步。下面詳細(xì)說明該協(xié)議的兩個階段的實施細(xì)節(jié)。實施細(xì)節(jié)。n第一階段被稱為第一階段被稱為“層次發(fā)現(xiàn)階段層次發(fā)現(xiàn)階段”。首先，在網(wǎng)絡(luò)部署后，根節(jié)點通過廣播。首先，在網(wǎng)絡(luò)部署后，根節(jié)點通過廣播“級別發(fā)現(xiàn)級別發(fā)現(xiàn)”分組，啟動層次分組，啟動層次發(fā)現(xiàn)階段。級別發(fā)現(xiàn)分組包含發(fā)送節(jié)點的發(fā)現(xiàn)階段。級別發(fā)現(xiàn)分組包含發(fā)送節(jié)點的ID和級別。根節(jié)點的鄰居節(jié)點收到根節(jié)點發(fā)送的分組后，將自己和級別。根節(jié)點的鄰居節(jié)點收到根節(jié)點發(fā)送的分組后，將自己的級別設(shè)置為分組中的級別加的級別設(shè)置為分組中的級別加1，即為第，即為第1級，建立

25、它們自己的級別，然后廣播新的級別發(fā)現(xiàn)分組，其中包級，建立它們自己的級別，然后廣播新的級別發(fā)現(xiàn)分組，其中包含的級別為含的級別為1。節(jié)點收到第。節(jié)點收到第i級節(jié)點的廣播分組后，記錄發(fā)送這個廣播分組的節(jié)點級節(jié)點的廣播分組后，記錄發(fā)送這個廣播分組的節(jié)點ID，設(shè)置自己的級別為，設(shè)置自己的級別為（），廣播級別被設(shè)置為（）的分組。這個過程持續(xù)進(jìn)行，直到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個節(jié)點都被賦予了一個級別。（），廣播級別被設(shè)置為（）的分組。這個過程持續(xù)進(jìn)行，直到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個節(jié)點都被賦予了一個級別。節(jié)點一旦建立自己的級別，就忽略任何其他級別的發(fā)現(xiàn)分組，以防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生洪泛擁塞。節(jié)點一旦建立自己的級別，就忽略任何其他級別的發(fā)現(xiàn)分組，

26、以防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生洪泛擁塞。n第二個階段被稱為第二個階段被稱為“同步階段同步階段”。在層次結(jié)構(gòu)建立以后，根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段。第。在層次結(jié)構(gòu)建立以后，根節(jié)點通過廣播時間同步分組啟動同步階段。第1級節(jié)點收到這個分組后，各自分別等待一段隨機時間，通過與根節(jié)點交換消息同步到根節(jié)點。第級節(jié)點收到這個分組后，各自分別等待一段隨機時間，通過與根節(jié)點交換消息同步到根節(jié)點。第2級節(jié)點級節(jié)點偵聽到第偵聽到第1級節(jié)點的交換消息后，后退和等待一段隨機時間，并與它在層次發(fā)現(xiàn)階段記錄的第級節(jié)點的交換消息后，后退和等待一段隨機時間，并與它在層次發(fā)現(xiàn)階段記錄的第1個級別的節(jié)個級別的節(jié)點交換消息以進(jìn)行同步。等待一段時間的目的是保證第點交換消息以進(jìn)行同步。等待一段時間的目的是保證第2級節(jié)點在第級節(jié)點在第1級節(jié)點的時間同步完成后才啟動消息級節(jié)點的時間同步完成后才啟動消息交換。最后每個節(jié)點與層次結(jié)構(gòu)中最靠近的上一級節(jié)點進(jìn)行同步，從而使所有節(jié)點都同步到了根節(jié)點。交換。最后每個節(jié)點與層次結(jié)構(gòu)中最靠近的上一級節(jié)點進(jìn)行同步，從而使所有節(jié)點都同步到了根節(jié)點。7.5 時間同步的應(yīng)用示例n磁阻傳感網(wǎng)如何對機動車輛進(jìn)行測速。n網(wǎng)絡(luò)必須先完成時間同