第7章 時(shí)間同步

第七章時(shí)間同步鄭來(lái)波山東大學(xué)信息學(xué)院通信研究所辦公室：信息學(xué)院北樓513電話：88362208Email:zhenglaibo@126.com第7章時(shí)間同步7.1時(shí)間同步概述◆時(shí)間同步是WSN至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)。如多節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一項(xiàng)任務(wù)?！舯镜貢r(shí)間存在偏差，及時(shí)在某一時(shí)刻同步，也會(huì)慢慢變?yōu)椴煌健！舯仨氝M(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步?！魝鹘y(tǒng)的時(shí)間同步算法不適合WSN。第7章時(shí)間同步7.1時(shí)間同步概述7.1.1消息傳遞過(guò)程分解將消息在WSN節(jié)點(diǎn)間傳遞的過(guò)程分解成不同的階段是對(duì)時(shí)間同步問(wèn)題研究的關(guān)鍵，一條消息在WSN節(jié)點(diǎn)間的傳遞過(guò)程可分解成以下六個(gè)部分。(1)SendTime：發(fā)送節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一條消息所需要的時(shí)間，包括內(nèi)核協(xié)議處理和緩沖時(shí)間等，它取決于系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷(xiāo)和處理器當(dāng)前負(fù)載。(2)AccessTime：消息等待傳輸信道空閑所需時(shí)間，即從等待信道空閑到消息發(fā)送開(kāi)始時(shí)的延遲，它取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載狀況。(3)TransmissionTime：發(fā)送節(jié)點(diǎn)按位(bit)發(fā)射消息需時(shí)間，該時(shí)間取決于消息長(zhǎng)度和發(fā)射速率。(4)PropagationTime：消息在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸介質(zhì)中的傳播時(shí)間，該時(shí)間主要取決于節(jié)點(diǎn)間的距離(電磁波在空氣中的傳播速率是一定的)。(5)ReceptionTime：接收節(jié)點(diǎn)按位(bit)接收消息并傳遞給MAC層的時(shí)間，這個(gè)過(guò)程和(3)相對(duì)應(yīng)。(6)ReceiveTime：接收節(jié)點(diǎn)重新組裝消息并傳遞給上層應(yīng)用所需的時(shí)間。第7章時(shí)間同步7.1.2算法設(shè)計(jì)的影響因素第一：◆傳感器節(jié)點(diǎn)需要彼此并行操作和協(xié)作去完成復(fù)雜的傳感任務(wù)?！魯?shù)據(jù)融合是這種并行操作的實(shí)例，不同的節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)集合為一個(gè)有意義的結(jié)果。如，在車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄車(chē)輛的位置和時(shí)間并傳送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后結(jié)合這些信息估計(jì)車(chē)輛的位置和速度。很明顯，如果傳感器節(jié)點(diǎn)缺乏統(tǒng)一的時(shí)間戳(也就是說(shuō)沒(méi)有同步)，估計(jì)將是不準(zhǔn)確的。第二：◆許多節(jié)能方案是利用時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如，傳感器可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候休眠(通過(guò)關(guān)閉傳感器和收發(fā)器進(jìn)入節(jié)能模式)，在需要的時(shí)候再喚醒。當(dāng)應(yīng)用這種節(jié)能模式的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在同等的時(shí)間休眠和喚醒，也就是說(shuō)當(dāng)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的接收器并沒(méi)有關(guān)閉。這個(gè)需要傳感器節(jié)點(diǎn)間精確的定時(shí)。◆調(diào)度算法需要時(shí)間通讀。如TDMA，能夠通過(guò)不同的時(shí)隙共享信道，進(jìn)而去估計(jì)傳輸阻塞和保存能量。因此，同步是信道調(diào)度的基礎(chǔ)。第7章時(shí)間同步7.1.3算法的性能指標(biāo)◆WSN時(shí)間同步方案設(shè)計(jì)的目的：為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘提供共同的時(shí)間戳。◆評(píng)價(jià)時(shí)間同步算法性能的指標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)能量效率、可擴(kuò)展性、精確度、健壯性、壽命、有效范圍、成本和尺寸、直接性等。(1)能量效率。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)的能量受限問(wèn)題，設(shè)計(jì)的時(shí)間同步算法需以考慮傳感器節(jié)點(diǎn)有效的能量資源作為前提。(2)可擴(kuò)展性。WSN需要部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，時(shí)間同步方案應(yīng)該有效擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目或者密度。(3)精確度。精確度的需求依賴于特殊的應(yīng)用和時(shí)間同步的目的而有所不同，對(duì)于某些應(yīng)用，知道時(shí)間和消息的先后順序就夠了，然而某些其他的，則要求同步精確到微秒。第7章時(shí)間同步(4)健壯性。WSN可能在敵對(duì)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人管理，一旦某些節(jié)點(diǎn)失效，在余下的網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間同步方案應(yīng)該繼續(xù)保持有效并且功能健全。(5)壽命。時(shí)間同步算法提供的同步時(shí)間可以是瞬時(shí)的，也可以和網(wǎng)絡(luò)的壽命一樣長(zhǎng)。(6)有效范圍。時(shí)間同步方案可以給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間，也可以給局部區(qū)域內(nèi)的部分節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間。由于可擴(kuò)展性的原因，全面的時(shí)間同步是有難度的，對(duì)于大面積的傳感器網(wǎng)絡(luò)，考慮到能量和帶寬的利用，也是非常昂貴的。另一方面，大量節(jié)點(diǎn)達(dá)到共同時(shí)間需要收集來(lái)自遙遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的用于全面同步的數(shù)據(jù)，對(duì)于大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是很難實(shí)現(xiàn)的，而且直接影響了同步的精確度。第7章時(shí)間同步(7)成本和尺寸。WSN節(jié)點(diǎn)非常小而且廉價(jià)。因此，在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上安裝相對(duì)較大或者昂貴的硬件(例如GPS接收器)是不合邏輯的。WSN的時(shí)間同步方案必須考慮有限的成本和尺寸。(8)直接性。某些WSN的應(yīng)用，比如緊急情況探測(cè)(例如氣體泄漏檢測(cè)，入侵檢測(cè)等)需要將發(fā)生的事件直接發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。在這種應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)不容許任何的延遲。但是某些協(xié)議是依賴事件發(fā)生后的額外處理而設(shè)計(jì)的，這些協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)間達(dá)到預(yù)先同步，這樣看來(lái)，似乎和前面提到的直接性有些矛盾。人們已經(jīng)提出了很多關(guān)于WSN的時(shí)間同步算法。例如RBS，TPSN等等，本章就現(xiàn)存的用于WSN的各種時(shí)間同步協(xié)議進(jìn)行了綜述和總結(jié)。第7章時(shí)間同步7.2時(shí)間同步算法7.2.1經(jīng)典時(shí)間同步算法1.基于參考廣播的時(shí)間同步協(xié)議(RBS)2．WSN時(shí)間同步協(xié)議(TPSN)3．Tiny-Sync算法和Mini-Sync算法4．LTS算法第7章時(shí)間同步1.基于參考廣播的時(shí)間同步協(xié)議(RBS)◆RBS(ReferenceBroadcastSynchronization)算法是Elson等人以“第三節(jié)點(diǎn)”實(shí)現(xiàn)同步的思想而提出的。◆該算法是一個(gè)典型的接受者——接受者模式的同步算法。它是利用無(wú)線鏈路層廣播信道特點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播消息，在同一廣播域的其它節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收廣播消息，并記錄該點(diǎn)的時(shí)間戳。之后接收節(jié)點(diǎn)通過(guò)消息交換它們的時(shí)間戳，通過(guò)比較和計(jì)算達(dá)到時(shí)間同步。◆該算法中，節(jié)點(diǎn)發(fā)送參考消息給它的相鄰節(jié)點(diǎn)，這個(gè)參考消息并不包含時(shí)間戳。相反的，它的到達(dá)時(shí)間被接收節(jié)點(diǎn)用作參考來(lái)對(duì)比本地時(shí)鐘?！舸怂惴ú⒉皇峭桨l(fā)送者和接收者，而是使接收者彼此同步。◆由于RBS算法將發(fā)送者的不確定性從關(guān)鍵路徑中排除，所以獲得了比傳統(tǒng)的利用節(jié)點(diǎn)間雙向信息交換實(shí)現(xiàn)同步的方法較好的精確度。由于發(fā)送者的不確定性對(duì)RBS算法的精確度沒(méi)有影響，誤差的來(lái)源主要是傳輸時(shí)間和接收時(shí)間的不確定性。首先假設(shè)單個(gè)廣播在相同時(shí)刻到達(dá)所有接收者，因此，傳輸誤差可以忽略。當(dāng)廣播范圍相對(duì)較小(相對(duì)于同步精確度好幾倍的光速)，這種假設(shè)是正確的，而且也滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情形，所以在分析這個(gè)模型精確度的時(shí)候，只需要考慮接收時(shí)間誤差。第7章時(shí)間同步傳統(tǒng)同步系統(tǒng)和RBS算法的比較第7章時(shí)間同步◆在RBS算法最簡(jiǎn)單的構(gòu)成中，節(jié)點(diǎn)廣播單個(gè)脈沖給兩個(gè)接收者，接收者在收到脈沖的基礎(chǔ)上再交換記錄的脈沖時(shí)間，進(jìn)而估計(jì)節(jié)點(diǎn)間相對(duì)的相位偏移。◆這種基本的RBS算法可以擴(kuò)展為兩個(gè)方面：①通過(guò)單個(gè)脈沖同步多個(gè)節(jié)點(diǎn)(>2)。②通過(guò)增加參考脈沖的數(shù)目提高精確度。通過(guò)仿真,在同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，30個(gè)參考廣播(對(duì)于時(shí)間的單同步)能夠?qū)⒕_度從11μs提高到1.6μs,同時(shí)可以利用這個(gè)冗余信息估計(jì)時(shí)鐘偏差和時(shí)鐘差異?！襞c通過(guò)多個(gè)觀測(cè)值取相位偏移的平均值不同(例如30個(gè)參考脈沖平均),RBS算法是通過(guò)最小均方線性衰落的方法取得這個(gè)數(shù)據(jù)。然后,節(jié)點(diǎn)本地時(shí)鐘相對(duì)于遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的頻率和相位可以通過(guò)圖線的斜率和截取值獲得。第7章時(shí)間同步2．WSN時(shí)間同步協(xié)議(TPSN)TPSN(Timing-SyncProtocolforSensorNetworks)算法是Ganeriwal等人提出的適用于WSN整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的時(shí)間同步算法。該算法分兩步：分級(jí)和同步。第一步的目的是建立分級(jí)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有個(gè)級(jí)別。只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)定為零級(jí)，叫做根節(jié)點(diǎn)。第二步，i級(jí)節(jié)點(diǎn)與i-1級(jí)節(jié)點(diǎn)同步,最后所有的節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)同步,從而達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。（1）分級(jí)網(wǎng)絡(luò)建立是運(yùn)行一次。根節(jié)點(diǎn)可以安裝GPS。通過(guò)接收根節(jié)點(diǎn)的廣播分級(jí)數(shù)據(jù)包，鄰居節(jié)點(diǎn)自己定位為一級(jí)。一級(jí)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)廣播，確定二級(jí)節(jié)點(diǎn)，以此類推。第7章時(shí)間同步（2）同步相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)雙向消息交換進(jìn)行同步。同步由根節(jié)點(diǎn)的time-sync消息引起。一級(jí)節(jié)點(diǎn)通過(guò)和根節(jié)點(diǎn)的消息交換進(jìn)行同步。二級(jí)節(jié)點(diǎn)通過(guò)和一級(jí)節(jié)點(diǎn)的消息交換實(shí)現(xiàn)同步，以此類推。第7章時(shí)間同步◆TPSN算法不僅應(yīng)用在了Berkeley的Mica上，而且利用了在MAC層給包打時(shí)間戳，這樣可以降低發(fā)送者的不確定性?！鬐aneriwal等人聲稱TPSN算法獲得的精確度兩倍于RBS算法，而且聲明RBS算法的6.5μs的精確度是由于使用了高級(jí)操作系統(tǒng)(Linux)和更加穩(wěn)定的晶體，因此，RBS算法應(yīng)用在Mica中獲得了和TPSN算法一樣優(yōu)良的精確度?！粼谠缧r(shí)候，RBS算法確實(shí)在BerkeleyMotes上測(cè)試過(guò)，獲得的精確度是11μs。但是，Ganeriwal等人證明說(shuō)RBS算法在Mica上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是29.13μs，而TPSN算法在相同的平臺(tái)上是16.9μs?！舯举|(zhì)上來(lái)說(shuō)，通過(guò)在底層加時(shí)間戳使得發(fā)送端的不確定性對(duì)整個(gè)同步的誤差影響很小，因此，在WSN中，經(jīng)典的“發(fā)送—接收同步”比“接收—接收同步”更加有效。第7章時(shí)間同步3．Tiny-Sync算法和Mini-Sync算法◆Tiny-Sync算法和Mini-Sync算法是由Sichitiu和Veerarittiphan提出的兩種用于WSN的時(shí)間同步算法?！粼撍惴僭O(shè)每個(gè)時(shí)鐘能夠與固定頻率的振蕩器近似。就像前面討論的一樣，兩個(gè)時(shí)鐘C1(t),C2(t)假設(shè)線性相關(guān):C1(t)=a12·C2(t)+b12其中：是a12兩個(gè)時(shí)鐘的相對(duì)漂移，b12是兩個(gè)時(shí)鐘的相對(duì)偏移。◆兩種算法采用傳統(tǒng)的雙向消息設(shè)計(jì)來(lái)估計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘間的相對(duì)漂移和相對(duì)偏移。第7章時(shí)間同步4．LTS算法◆LTS(LightweightTree-BasedSynchronization)算法是Greunen和Rabaey提出的。◆與其他算法最大的區(qū)別是該算法的目的并不是提高精確度，而是減小時(shí)間同步的復(fù)雜度?！粼撍惴ㄔ诰唧w應(yīng)用所需要的時(shí)間同步精確度范圍內(nèi)，以最小的復(fù)雜度來(lái)滿足需要的精確度。WSN的最大時(shí)間精確度相對(duì)較低(在幾分之一秒內(nèi))，所以能夠利用這種相對(duì)簡(jiǎn)單的時(shí)間同步算法?！鬐reunen和Rabaey提出了兩種用于多跳網(wǎng)絡(luò)同步的LTS算法,它們都是基于文獻(xiàn)[7]的pair-wise同步方案,兩個(gè)算法都需要節(jié)點(diǎn)與一些參考節(jié)點(diǎn)同步,例如WSN中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。第7章時(shí)間同步第一種：集中算法?！羰紫纫獦?gòu)造樹(shù)狀圖,然后沿著樹(shù)的n-1子葉邊緣進(jìn)行成對(duì)同步?！粝Ｍㄟ^(guò)構(gòu)造樹(shù)狀圖使同步精度最大化,因此,最小深度的樹(shù)是最優(yōu)的。第二種：多跳LTS算法。◆通過(guò)分布式方法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的同步?！裘總€(gè)節(jié)點(diǎn)決定自己同步的時(shí)間,算法中沒(méi)有利用樹(shù)結(jié)構(gòu)。第7章時(shí)間同步7.2.2基于前同步思想的同步算法前同步是不論系統(tǒng)是否有觸發(fā)條件,都要進(jìn)行時(shí)間同步。即，系統(tǒng)會(huì)定期的自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間同步的校正。常見(jiàn)方法：1．延時(shí)測(cè)量時(shí)間同步協(xié)議(DMTS)2．泛洪時(shí)間同步協(xié)議FTSP(FloodingTimeSynchronizationProtocol)3．HRTS(HierarchyReferencingTimeSynchronizationProtocl)和BTS4．其它同步思想第7章時(shí)間同步1．延時(shí)測(cè)量時(shí)間同步協(xié)議(DMTS)◆延時(shí)測(cè)量時(shí)間同步(DelayMeasurementTimeSynchronization),是在多跳網(wǎng)絡(luò)中采用了層次型的分級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的時(shí)間同步。◆算法避免了冗余分組的傳輸,只接收級(jí)別比自己高的節(jié)點(diǎn)廣播的分組?！粼搮f(xié)議能更好的支持與外部時(shí)間源及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步。該◆協(xié)議是在RBS的基礎(chǔ)上做了改進(jìn),是一種基于廣播時(shí)間的時(shí)間同步機(jī)制?！艉蚏BS相比，它為了避免往返傳輸時(shí)間估計(jì),減少消息交換量,同時(shí)兼顧可擴(kuò)展性,能量消耗和估算成本。◆具體做法是選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn),廣播含有節(jié)點(diǎn)時(shí)間的分組,接收節(jié)點(diǎn)對(duì)分組的傳輸延遲進(jìn)行測(cè)量,并且將自己的本地時(shí)間設(shè)置為接收到的分組中包含的時(shí)間加上分組傳輸時(shí)延。這樣所有廣播范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都可以與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步?！舻怯捎贒MTS在能量開(kāi)銷(xiāo)和同步精度之中做了折中,所以它主要應(yīng)用在對(duì)精度要求不是很高的無(wú)線傳感網(wǎng)中。第7章時(shí)間同步2．泛洪時(shí)間同步協(xié)議FTSP◆2004年MarotiM等人提出FloodingTimeSynchronizationProtocol(FTSP)。◆算法目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步并將誤差控制在微秒級(jí)。◆算法考慮了根節(jié)點(diǎn)的選擇，根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的失效造成的拓?fù)渥兓约叭哂嘈畔⒌奶幚淼确矫娴膯?wèn)題，同時(shí)采用了線性回歸算法使同步精度提高，適用于軍事場(chǎng)合。DMTS和FTSP都是RBS的演進(jìn)，它們完全不考慮發(fā)送時(shí)間和訪問(wèn)時(shí)間，絕對(duì)的路徑變短，使得同步誤差大大的減少。DMTS算法傳輸?shù)南l數(shù)減少，算法的開(kāi)銷(xiāo)最小，可是精度不如RBS。第7章時(shí)間同步3．HRTS◆Dai.H提出的HRTS(HierarchyReferencingTimeSynchronizationProtocl)和BTS是在TPSN模型和RBS模型基礎(chǔ)上演變出來(lái)的一種時(shí)間同步算法?！舢?dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)時(shí)間請(qǐng)求的時(shí)候，所有的相關(guān)節(jié)點(diǎn)都收到請(qǐng)求，并記錄接到請(qǐng)求的本地時(shí)間?！羧纾篛發(fā)M1進(jìn)行時(shí)間同步的請(qǐng)求，K、P節(jié)點(diǎn)都接到請(qǐng)求，他們記錄收到請(qǐng)求時(shí)的本地時(shí)間，其中K節(jié)點(diǎn)和O進(jìn)行信息交互，計(jì)算出K、O節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間偏差。◆O節(jié)點(diǎn)再次發(fā)送M2(其中包含時(shí)間偏差和K接到同步請(qǐng)求時(shí)的本地時(shí)間)，此時(shí)K、P根據(jù)接收到的時(shí)間信息，進(jìn)行時(shí)間信息的同步。第7章時(shí)間同步BTS和HRTS類似，但做了如下改進(jìn)：①用捎帶技術(shù)，將M2的信息附帶在下一次的M1中進(jìn)行發(fā)送,使同步報(bào)文個(gè)數(shù)降為HRTS的2/3，②各節(jié)點(diǎn)不直接對(duì)節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間進(jìn)行修改，保證了節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間的連貫性。③用最小均方線性回歸算法對(duì)誤差進(jìn)行分析。第7章時(shí)間同步4．其它同步思想◆2003年J.Greunen和J.Rabaey提出了降低同步開(kāi)銷(xiāo)的輕量級(jí)時(shí)間同步機(jī)制LTS(LightweightTimeSynchronization)。該協(xié)議側(cè)重降低同步開(kāi)銷(xiāo)，并且具有魯棒性和自配置的特點(diǎn)，同時(shí)它包含了從上往下的集中式和從下往上的分布式兩類多跳時(shí)間同步?！?007年楊博，廖明宏提出了SCPS(statisticclockprotocolforsensornetworks)。算法周期對(duì)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘采樣,計(jì)算本地時(shí)鐘和參考時(shí)鐘的差值,進(jìn)而修正本地時(shí)鐘。在網(wǎng)絡(luò)初始化過(guò)程時(shí)以及工作了一段時(shí)間后,協(xié)議要測(cè)量傳輸時(shí)的時(shí)延值,作為同步計(jì)算中的修正值,然后進(jìn)行簇內(nèi)時(shí)間同步,頭節(jié)點(diǎn)收到同步請(qǐng)求后,連續(xù)發(fā)送多個(gè)同步消息,簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到后根據(jù)傳輸時(shí)延值計(jì)算出和頭節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘間的偏差值,修正本地時(shí)鐘。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的級(jí)別,每個(gè)節(jié)點(diǎn)只和其上級(jí)節(jié)點(diǎn)保持同步從而達(dá)成了該范圍內(nèi)的時(shí)鐘同步。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用該方法能有效的降低能量的消耗和帶寬消耗,適用于由大量節(jié)點(diǎn)組成的傳感網(wǎng)絡(luò)中。第7章時(shí)間同步7.2.3基于后同步思想的時(shí)間同步協(xié)議[1]文獻(xiàn)[17]曾首次提出用后同步思想進(jìn)行時(shí)間的同步。方法：在通常情況下節(jié)點(diǎn)的時(shí)間不進(jìn)行同步,只有檢測(cè)到一個(gè)感興趣的事件發(fā)生后,節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行時(shí)間同步?！魡蚊}沖同步機(jī)制加入第三方信標(biāo)節(jié)點(diǎn),在檢測(cè)到感興趣的事件后,信標(biāo)節(jié)點(diǎn)立即廣播一個(gè)同步脈沖,接收到這個(gè)脈沖的節(jié)點(diǎn)把這個(gè)同步脈沖作為一個(gè)即時(shí)的時(shí)間參考并且根據(jù)這個(gè)同步脈沖打上這個(gè)事件的時(shí)間戳。該同步思想在節(jié)點(diǎn)比較少的情況下工作性能很好。◆結(jié)合“后同步”思想的RBS時(shí)間同步機(jī)制它能在較大的范圍內(nèi)提供時(shí)間同步。但是RBS的評(píng)估算法需要多個(gè)同步脈沖來(lái)獲得節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘偏差,這需要一定的時(shí)間,所以可能引入新的誤差。第7章時(shí)間同步◆基于路由結(jié)合的時(shí)間同步協(xié)議RITS(RoutingIntegratedTimeSynchronization)是一種被動(dòng)的時(shí)間同步協(xié)議。它并不執(zhí)行明確的時(shí)間同步。在某個(gè)事件發(fā)生的時(shí)候,它以匯聚節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間為基準(zhǔn),獲得多個(gè)觀測(cè)到該事件的節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間,當(dāng)包含時(shí)間戳的數(shù)據(jù)包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候,它所帶的時(shí)間戳相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間戳。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到,帶有時(shí)間偏差補(bǔ)償?shù)恼`差率比不帶時(shí)鐘偏差補(bǔ)償?shù)囊〉亩唷！羰录蟀l(fā)的同步方法2003年ElsonJ.E提出（Postfacto）。當(dāng)激勵(lì)信號(hào)到達(dá)后,各節(jié)點(diǎn)記錄激勵(lì)到達(dá)時(shí)的本地時(shí)間,一個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)同步脈沖給本地網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)將本地脈沖作為瞬時(shí)的相關(guān)時(shí)間標(biāo)記來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化自己的時(shí)間。缺點(diǎn)是：在多事件同時(shí)發(fā)生的時(shí)候會(huì)引起系統(tǒng)時(shí)鐘的不穩(wěn)定。基于后同步思想的時(shí)間同步協(xié)議因?yàn)樵谑录l(fā)生之后才進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步。所以在能耗方面比前攝時(shí)間同步協(xié)議做的好。第7章時(shí)間同步7.3算法比較分析◆對(duì)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)而言，影響時(shí)間同步精度的重要原因是時(shí)延的不確定性。◆Kopetz和Schwabl曾把等待時(shí)間分解為6個(gè)組成部分[11]，分別是：發(fā)送時(shí)延，訪問(wèn)時(shí)延，傳送時(shí)延，傳播時(shí)延，接受時(shí)延，接收時(shí)延。常見(jiàn)時(shí)間同步方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合總結(jié)在下頁(yè)表中。第7章時(shí)間同步第7章時(shí)間同步◆無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在不同的應(yīng)用環(huán)境中，表現(xiàn)出來(lái)不同的特點(diǎn)，對(duì)時(shí)間同步的要求也就存在差異，所以上述算法針對(duì)具體的應(yīng)用環(huán)境也表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)?！粼诜治鰺o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法時(shí)，一般在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、同步方式、誤差、能耗和有效范圍等方面進(jìn)行比較。時(shí)間同步算法參數(shù)比較分析第7章時(shí)間同步◆RBS算法由于采用了與其他算法不同的同步方式，精確度比較好，但是由于節(jié)點(diǎn)的射頻范圍有限，使得算法的應(yīng)用范圍受限；◆TPSN由于采用了分級(jí)的方式和傳統(tǒng)的同步方式，使得同步效果比較好，但是增加了能耗和復(fù)雜度；◆LTS算法是針對(duì)精確度要求不高的應(yīng)用環(huán)境而研究的一種簡(jiǎn)單的算法；◆Mini-Sync算法的復(fù)雜度相對(duì)較低，但是對(duì)于計(jì)算和存儲(chǔ)的要求較高?？傊?，每種算法的應(yīng)用需要考慮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行選擇。第7章時(shí)間同步◆目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展?！艚窈笱芯繜狳c(diǎn)：節(jié)能和超大規(guī)模、可變拓?fù)渲械臅r(shí)間同步以及時(shí)間同步的安全性方面。

這將對(duì)算法的容錯(cuò)性、有效范圍和可擴(kuò)展性提出更高的要求。