無線傳感器時間同步技術(shù)協(xié)議

無線傳感器時間同步技術(shù)協(xié)議第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六1TPSN時間同步協(xié)議思想TPSN（Timing-syncProtocolforSensorNetworks）Friday,April21,20231、TPSN是類似于NTP（NetworkTimeProtocol）時間同步協(xié)議2、目的是提供傳感器網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的時間同步3、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中包含一個根節(jié)點(diǎn)，它與外界通信獲取外界時間，以此作為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時鐘源4、將節(jié)點(diǎn)分級后（根節(jié)點(diǎn)是0級，累加），每個節(jié)點(diǎn)同上一級的一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時間同步，最終與根節(jié)點(diǎn)同步5、節(jié)點(diǎn)對之間的同步采用發(fā)送者-接收者同步機(jī)制（RBS）第2頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六每個傳感器節(jié)點(diǎn)都有唯一的標(biāo)識號ID節(jié)點(diǎn)間的無線通信鏈路是雙向的，通過雙向消息交換實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的時間同步整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)按層次結(jié)構(gòu)管理，由TPSN協(xié)議生成和維護(hù)TPSN協(xié)議過程協(xié)議準(zhǔn)備2Friday,April21,2023第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六目的：生成節(jié)點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點(diǎn)被賦予一個級別，根節(jié)點(diǎn)為0級，第i級的節(jié)點(diǎn)至少能夠與一個第（i-1）級得節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)部署后，由根節(jié)點(diǎn)廣播級別發(fā)現(xiàn)分組來啟動層次發(fā)現(xiàn)階段，級別發(fā)現(xiàn)分組包含節(jié)點(diǎn)的ID和級別鄰居節(jié)點(diǎn)收到分組后，將自己的級別設(shè)置為分組中的級別加1，然后廣播新的級別發(fā)現(xiàn)分組節(jié)點(diǎn)收到第i級節(jié)點(diǎn)的廣播分組后，記錄發(fā)送這個廣播分組的節(jié)點(diǎn)ID，設(shè)置自己的級別為（i+1），廣播級別為（i+1）的分組，這個過程持續(xù)到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個節(jié)點(diǎn)都被賦予一個級別節(jié)點(diǎn)一旦建立自己的級別，就忽略任何其他級別發(fā)現(xiàn)分組，防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生洪泛擁塞TPSN協(xié)議過程第一階段層次發(fā)現(xiàn)階段（LevelDiscoveryPhase）3Friday,April21,2023第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六目的：實(shí)現(xiàn)所有樹節(jié)點(diǎn)的時間同步，第1級節(jié)點(diǎn)同步到根節(jié)點(diǎn)，第i級的節(jié)點(diǎn)同步到第（i-1）級的一個節(jié)點(diǎn)，最終所有節(jié)點(diǎn)同步到根節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步層次結(jié)構(gòu)建立以后，根節(jié)點(diǎn)通過廣播時間同步分組啟動同步階段第1級節(jié)點(diǎn)收到分組后，各自分別等待一段隨機(jī)時間，再通過與根節(jié)點(diǎn)交換消息同步到根節(jié)點(diǎn)第2級節(jié)點(diǎn)偵聽到第1級節(jié)點(diǎn)的交換消息后，等待一段隨機(jī)時間，再與它記錄的上一級別的節(jié)點(diǎn)交換消息進(jìn)行同步，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)依次與上一級節(jié)點(diǎn)同步，最終都同步到根節(jié)點(diǎn)等待一段隨機(jī)時間是為了保證該級節(jié)點(diǎn)在上一級節(jié)點(diǎn)同步完成后才啟動消息交換TPSN協(xié)議過程第二階段同步階段（SynchronizationPhase）4Friday,April21,2023第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六TPSN協(xié)議過程相鄰級別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制5Friday,April21,2023i-1級i級消息傳播時延兩節(jié)點(diǎn)間的時間偏差第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六TPSN協(xié)議過程相鄰級別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制結(jié)論——6Friday,April21,2023第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六優(yōu)點(diǎn)減少同步誤差TPSN同步協(xié)議在MAC層消息開始發(fā)送到無線信道是才給消息添加時標(biāo)，消除了訪問時間帶來的時間同步誤差7提高同步精度考慮了傳播時間和接收時間，利用雙向消息交換計(jì)算消息的平均延遲，提高了時間同步的精度Friday,April21,2023第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六缺點(diǎn)8Friday,April21,2023沒有考慮根節(jié)點(diǎn)失效問題新的節(jié)點(diǎn)加入時，需要初始化層次發(fā)現(xiàn)階段，級別的靜態(tài)特性減少了算法的魯棒性第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六使用范圍9Friday,April21,2023TPSN能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的時間同步，同步誤差與跳數(shù)距離成正比適合實(shí)現(xiàn)短期間的全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時間同步，若要長時間的全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時間同步，需要周期的執(zhí)行TPSN協(xié)議進(jìn)行同步，間隔時間根據(jù)具體情況決定考慮