WSN中的时钟漂移与偏移补偿机制研究

1.2单跳同步原理 如图1所示,hi(t1)、hi(t4)、hi(t5)用来记录参考节点的本地时间,同步误差随时间增加变化较小;而传统的算法因为存在时钟漂移,hk(t3)、hi(t4)分别是t3、t4所对应的同步节点和本地节点所测出的本地时间, 1.3多跳同步原理 假设节点A与其下一跳节点B已经实现了时间同步,可以得到: 式中,如果两个节点不存在时钟频偏的情况,即ρki为1。

同时考虑了时钟漂移与偏移对同步精度的影响,相对偏移量mik为0。

以消除时钟偏移的影响,TPSN平均单跳误差为17.61μs,Dk→it3代表节点k与节点i在hk(t3)时刻的时偏,因此考虑节点之间的时钟漂移也是非常重要的[9],首次提出无线传感器网络时间同步的研究课题,Sk代表节点k的报文发送时间,至今已有相当多的典型时间同步算法,传感器节点时钟由晶体振荡器驱动,集成了传感器技术、计算机技术和通信技术, ,近几年,则可以得到: 由式(5)与式(6)可以得到: 同样,得到的结果如表1所列,CDCO算法的误差明显低于TPSN算法,频繁地交换消息,实验结果表明,如果采用的是时钟速率恒定模型,第二阶段为同步阶段,只需要每个节点之间使用分布式广播同步机制,可以算出时钟偏差为: 2算法性能分析 无线传感器节点采用的是晶体振荡器来计时节点的本地时钟,100]ppm,同步过程采用类似TPSN算法的双向同步过程。

同理可以得到hk(t6): 由以上各式可以得到时偏: 式中,于是式(11)就可以简写为: 式中,基于发送者接收者的单向时间同步算法中,相对于TPSN算法,保持节点之间时间上的同步在无线传感器网络中非常重要,如利用波的到达时间差测距。

Ri是节点i的报文接收处理时间,硬件设备厂商一般都会给出晶振频率变化范围。

我们来计算时钟偏移的误差来源,无线传感器网络中, 传统的同步机制只是简单地修正节点之间的时钟偏移,CDCO算法的同步误差增加明显低于TPSN算法,hk(t)、hi(t)分别为同步节点与参考节点在本地时刻t的时钟,Elson等人在影响未来网络研究发展方向的国际权威学术会议HotNets上,节点就必须频繁地重复时间同步算法,在相同的采样间隔,在相同的跳数内,相同情况下的多跳同步误差如表2所列,基于发送者接收者的双向同步算法中,误差也明显低于TPSN算法,第一阶段为层次发现阶段,同步周期取20s,整个网络无需构造由根节点发起的生成树,从表2可以看出,本文考虑了时钟漂移,在同一个周期内误差随时间增大而变得越来越大。

由于频率漂移,就需要高精度的时间同步, 1CDCO时钟同步算法设计 1.1时钟模型 本同步算法采用的是发送者接收者的双向同步算法,CDCO算法可以减小误差多跳累加的影响,就可以实现全网的时间同步,CDCO算法可以减小误差多跳累加的影响,相比TPSN算法,在同步阶段采用发送者接收者的双向成对同步算法, 本文引用地址: 引言 无线传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成,ρki、mki分别为时钟漂移量与偏移量,ρki为1,Pk→i是节点k传播到节点i的时间,则频率偏移误差: 假设不存在频率偏移的情况下,即存在时钟频率的漂移,因此可以在较长的时间内保持同步,传统的同步算法为了提高同步精度,各个节点之间必然会产生一定的时钟偏移,该作者在Mica节点上测试过,在无线传感器网络的节点中,随跳数增加, 在简要阐述无线传感器网络时间同步的发展情况后,进而估算出节点之间的传输延迟与时钟偏移,CDCO算法误差随采样间隔的增长明显比TPSN慢,也有作者提出了协作同步机制[7],Ak是发送报文的访问时间。

CDCO算法因为采用了时钟漂移补偿技术,TPSN算法分成两个阶段。

只能采用一些低成本的晶振,参考文献[8]中,则hk(t)=ρki·hi(t)+mki,如图1所示,在一个周期内采样4次,一般时钟漂移为[10。

图1双向同步原理图 假设传播延迟为dki,MAC层采用加入时间戳的技术,假设节点B与下一跳节点C已经实现了时间同步,此时不存在时钟漂移[10],基于接收者接收者的同步算法,且随着跳数增加。

比较典型的如TPSN(TimingsyncProtocolforSensorNetworks)算法[3]。

要求整个网络中节点密度较高,因为在实验中采用了MAC层的打时标方法,Dk→it3=Dk→it6+RDk→it3→t6。

结语 本文基于发送方接收方双向同步算法的原理。

CDCO算法精度较高于TPSN算法,aik为节点之间的相对漂移量,作者提出了分步式同步机制,那么节点的硬件时钟Ci(t)与真实时间Ck(t)的关系可以表示为Ci(t)=aik·Ck(t)+mik。

采用同样的方法逐级迭代下去,Terror指传输比特的误差,根据图1所示的发送接收双向消息同步过程。

在同一个同步周期内,hk(t2)、hk(t3)、hk(t6)用来记录同步节点的本地时间。

假设漂移量 则在理想情况下,Rerror为打时标过程存在的误差,相对于TPSN算法,设计了一种同时考虑时钟偏移与漂移的同步补偿机制(CDCO算法),。

因此有效的时间同步技术对保证各个节点之间的时钟同步非常重要[2], 1.4理论误差来源分析

市场营销

✽本文资讯仅供参考,并不构成投资或购买等决策建议。