无线传感网络中时钟同步的研究-毕业论文Word文件下载.docx

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目录

第一章引言 6

1.1研究背景 6

1.2研究的目的和意义 8

1.3论文的主要工作 9

1.4本章小结 10

第二章无线传感器网络概述 10

2.1无线传感器网络节点 10

2.2无线传感器网络概念 12

2.3无线传感器网络结构 13

2.3.1网络体系结构 13

2.3.2分层结构 14

2.4无线传感器网络的关键技术 15

2.4.1网络拓扑技术 15

2.4.2路由控制技术 15

2.4.3数据融合技术 16

2.4.4时间同步技术 17

2.4.5定位技术 18

2.4.6网络安全技术 18

2.5无线传感器网络的应用 19

2.5.1军事领域 19

2.5.2民用领域 20

2.6无线传感器网络的能源策略问题 21

2.6.1能量消耗 22

2.6.2几种主要的节能策略 22

2.7本章小结 25

第三章典型无线传感器网络时间同步算法分析 26

3.1无线传感器网络时间同步机制的性能指标 26

3.2无线传感器网络时间同步算法分类 28

3.3传统无线传感器网络时间同步机制 29

3.3.1RBS时间同步机制 29

3.2RBS多跳时间同步的简单拓扑结构 30

3.3.2AdaptiveRBS时间同步机制 32

3.3AdaptiveRBS多跳时间同步 32

3.3.3TPSN时间同步机制 33

3．5每个子节点各自与上层节点同步 34

3.3.4LTS时间同步机制 34

3.3.5Mini-Sync和Tiny-Sync时间同步机制 35

3.3.6DMTS时间同步机制 36

3.3.7FTSP时间同步机制 37

3.4典型时间同步算法分析 38

3.4.1时间同步消息传输延迟的分解 40

3.4.2典型时间同步算法分析 42

3.5本章小结 46

第四章TPSN的改进算法——TPSN+ 47

4.1TPSN+算法描述 47

4.2TPSN+算法实现 49

4.3TPSN+算法分析 51

4.4本章小结 53

第五章算法仿真以及结果分析 56

5.1仿真工具介绍一NS2 56

5.1.1NS2平台简介 56

5.2NS2仿真模拟 57

5.3本章小结 62

第六章结束语 63

致谢 64

参考文献 65

附录 68

摘要

随着现代电子、通信和计算机技术的飞速发展，军事应用领域的无线传感器网络逐渐进入到工业控制、医疗救护和环境监测等诸多领域，它把逻辑上的信息世界和真实的物理世界联系在一起，实现对客观世界无处不在的监测和控制，具有非常广阔的应用前景。

无线传感器网络技术研究成为信息领域的热点。

无线传感器网络由大量的传感器节点通过网络来协作实现其强大功能，而时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关键机制。

由于单个节点功能较弱、资源有限，节约能量就成为设计一个有效的时间同步协议要考虑的重要因素。

论文分析比较了无线传感器网络中几种典型的时间同步协议，并通过对TPSN协议的分析和研究，在借鉴RBS的广播机制的基础上提出一种TPSN的改进算法，即TPSN+算法。

该算法有效利用了网络中节点的双向同步机制和广播机制，在一定的精度内达到了减少消息开销和节约能量的目的，从而降低了能量消耗，延长了网络寿命。

本文通过时间同步专用仿真工具NS2仿真比较了TPSN协议和改进算法TPSN+在无线传感器网络中的性能。

仿真结果表明，改进算法TPSN+相对于TPSN算法来说确实在能量节省上存在优势。

Abstract

Withmodernelectronics,communicationandtherapiddevelopmentofcomputertechnology,militaryoftheapplicationofwirelesssensornetworkgraduallyintotheindustrialcontrol,medicalcareandenvironmentalmonitoringandmanyotherfields,itlogicofinformationontherealworldandthephysicalworldrelatesintogether,toachievetheobjectiveworldtheubiquityofmonitoringandcontrol,hastheverybroadapplicationprospects.Wirelesssensornetworktechnologyresearchbecomeahotspotinthefieldofinformation.

Wirelesssensornetworksrealizeitspowerfulcapabilitiesthroughthecollaborationofalargenumberofsensornodes，andtimesynchronizationisrequiredtoworktogetherwithsensornetworksystemasakeymechanism.Asinglenodefunctionisweak，becauseofthelimitedresource，savingenergyhasbecomeanimportantfactorindesigninganeffectivetimesynchronizationprotocol.Thispaperanalyzedandcomparedseveraltypicalwirelesssensornetworktimesynchronizationprotocols.Andthroughtheanalysisresearch，whichisinreferenceRBSbroadcastmechanism，animproveda1gorithmofTPSNcameup，namedTPSN+algorithm.Thisalgorithmmakesefficientuseofnetworknodesinthetwo-waysynchronizationmechanismandbroadcastingmechanisms，inordertoachieveacertaindegreeofaccuracytoreducethemessageoverheadandthepurposeofsavingenergy，reducingenergyconsumption，extendthenetworklifetime.

ThispapercomparedTPSNalgorithmandtheimproveda1gorithmTPSN+inwirelesssensornetworksthroughaprofessionaltimesynchronizationsimulationtool‘NS2’.SimulationresultsshowthattheimprovedalgorithmTPSN+comparedtoTPSNa1gorithmisindeedhaveadvantagesintheenergy-saving

第一章引言

1.1研究背景

无线传感器网络的研究最早起源于军事领域，1978年，在美国国防高级研究项目署（DARPA）的资助下，卡内基梅隆大学成立了分布式传感器网络工作组（DistributedSensorNetsWorkshop），专门研究以无线传感器网络为基础的军事监视系统【1】。

随着半导体技术、微系统技术、通信技术、计算机技术的飞速发展，20世纪90年代末在美国发端了现代意义的无线传感器网络技术。

随后，各种关于无线传感器网络的研究工作轰轰烈烈的开展起来。

美国科学基金会（NSF）制定了WSN研究计划，支持相关理论研究。

美国国防部在C4ISR计划的基础上提出了C4KISR，把WSN作为一个重要研究领域。

欧盟第6个框架计划将信息社会技术作为优先发展领域之一，其中多处涉及到对WSN的研究。

日本总务省在2004年3月成立了“泛在传感器网络”调查研究会，主要目的是对其研究开发课题、标准化课题、社会的认知性、推进政策等进行探讨。

韩国信息通信部制定了信息技术“839”战略，其中“3”是指口产业的三大基础设施，即宽带融合网络、泛在传感器网络、下一代互联网协议。

中国2010年远景规划和“十五”计划中将传感器列为重点发展的产业之一。

与此同时，中国下一代互联网项目、国家自然基金项目都十分支持WSN研究。

国内外很多科研所、大学及公司都已经开展了WSN研究，像Crossbow，Intel，Telecom，NEC，Freescale等公司都己经开发出了相关的产品，并且在相关的应用领域为用户提供WSN的解决方案。

美国商业周刊和麻省理工学院的技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。

无线传感器网络、塑料电子和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业【1】。

无线传感器网络（WSN:

WirelessSensorNetwork）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。

微电子、网络和无线通信等技术的进步，推动了低功率、多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。

传感器网络具有广阔的应用前景，传统应用有军事、监控、应急、环境、防空等领域，新兴的应用将涉及家用、企业管理、保健、交通等领域。

可以预计，将来无线传感器网络将无处不在。

比如家庭采用无线传感器网络负责安全、调控、节电、保健等；

企业和社区采用无线传感器网络负责保安与安全、供应监测、人员流动与车辆进出等；

服务业采用无线传感器网络负责商品流通、服务环境秩序、金融流通安全等。

各种社会活动中，无线传感器网络的应用更是举不胜举。

传感器网络自诞生以来经历了四代的发展历程，如图1.1所示:

第一代传感器网络出现在20世纪七十年代。

使用具有简单信息信号获取能力的传统传感器，采用点对点传输，连接传感控制器构成传感器网络。

第二代传感器网络具有获取多种信息信号的综合能力，采用串、并（RS232，RS485）接口连接传感控制器，形成综合多种信息的传感器网络。

第三代传感器网络出现在20世纪九十年代后期和本世纪初，采用具有智能获取多种信息信号的传感器，采用现场总线连接传