簡(jiǎn)論無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步的問(wèn)題

引言

　　想要在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中很好地保證數據傳輸的可靠性，非常重要的一點(diǎn)就是保持節點(diǎn)之間時(shí)間上的同步。目前因特網(wǎng)上采用時(shí)間同步協(xié)議標準是NTP協(xié)議，采用有線(xiàn)傳輸，不適合用于功耗、成本受限制的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中。GPS系統也可以提供高精度的時(shí)間同步，但它的信號穿透性差，GPS天線(xiàn)
天線(xiàn)

　　天線(xiàn)的基本功能是輻射和接收無(wú)線(xiàn)電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉換為電磁波；接收時(shí)，把電磁波轉換為高頻電流。天線(xiàn)的一般原理是：當導體上通以高頻電流時(shí)，在其周?chē)臻g會(huì )產(chǎn)生電場(chǎng)與磁場(chǎng)。按電磁場(chǎng)在空間的分布特性，可分為近區、中間區、遠區。設R為空間一點(diǎn)到導體的距離，是高頻電流信號的波長(cháng)，在R＜λ／2π時(shí)的區域稱(chēng)近區，在該區內的電磁場(chǎng)與導體中電流、電壓有緊密的聯(lián)系；在R＞A／2π的區域稱(chēng)為遠區，在該區域內電磁場(chǎng)能離開(kāi)導體向空間傳播，它的變化相對于導體上的電流、電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導線(xiàn)上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區域的電磁場(chǎng)稱(chēng)為輻射場(chǎng)。 [全文]

必須安裝在空曠的地方，功耗也較大，所以不適合無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )。

　　ElsON等人2002年首次提出無(wú)線(xiàn)傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應等把物理量或化學(xué)量轉變成便于利用的電信號的器件。傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理(模擬或數字)能力的系統”。傳感器是傳感系統的一個(gè)組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步的研究課題以來(lái)，已有相當多的典型時(shí)間同步算法，主要可以分為以下幾類(lèi)：基于發(fā)送者-接收者的雙向同步算法，典型算法如TPSN算法；基于發(fā)送者-接收者的單向時(shí)間同步算法，典型算法如FTSP算法、DMTS算法；基于接收者-接收者的同步算法，典型算法有RBS算法。

　　近年來(lái)根據以上幾種典型同步算法，還有人提出了分簇式的層次型拓撲結構算法，以及結合生成樹(shù)等來(lái)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能，如LTS算法、CHTS算法、CRIT算法、PBS算法、 HRTS 算法、BTS算法、ETSP算法等。

　　然而，無(wú)論以上同步算法怎樣發(fā)展，精度如何提高，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )功耗怎樣降低，都是基于單跳時(shí)間同步機制。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的運用與發(fā)展，傳感節點(diǎn)體積不斷縮小，單跳距離變小，整體網(wǎng)絡(luò )規模變大，同步誤差的累積現象必將越來(lái)越嚴重。目前也有比較新的同步算法，試圖盡量避開(kāi)單跳累加來(lái)解決這些問(wèn)題，如協(xié)作同步。

　　1 時(shí)間同步

　　1.1 時(shí)間同步不確定性的影響因素

　　時(shí)間同步不確定性的主要的影響因素如圖1所示。

圖1 報文傳輸延遲

　　發(fā)送時(shí)間：發(fā)送方用于構造分組并將分組轉交給發(fā)送方的MAC層的時(shí)間。主要取決于時(shí)間同步程序的操作系統調用時(shí)間和處理器負載等。

　　訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間：分組到達MAC層后，獲取信道發(fā)送權的時(shí)間。主要取決于共享信道的競爭、當前的負載等。

　　傳送時(shí)間：發(fā)送分組的時(shí)間，主要取決于報文的長(cháng)度等。

　　傳播時(shí)間：分組離開(kāi)發(fā)送方后，并將分組傳輸到接收方之間的無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)間。主要取決于傳輸介質(zhì)、傳輸距離等。

　　接收時(shí)間：接收端接收到分組，并將分組傳送到MAC層所需的時(shí)間。

　　接受時(shí)間：處理接收到分組的時(shí)間。主要受到操作系統的影響。