TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层 次结构进行分级，然后每个节点与上一级的一个节点进行时 间同步，最终所有节点都与根节点时间同步。节点对之间的 时间同步是基于发送者-接收者的同步机制。
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4.1.2 TPSN时间同步协议
1、TPSN协议的操作过程 TPSN协议包括两个阶段：
（2）传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻辑时 间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社会使用的绝对时间；“逻辑 时间”体现了事件发生的顺序关系，是一个相对概念。
• 双向报文交换是应用很广泛的一种时间校正技术，精度比 较高。但是网络负载比较大，耗能较高，而且需要周期性
地执行同步过程。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
广播参考报文
• 利用第三个节点k作为参考节点，发送时间同步参考广播 报文给相邻的节点i和节点j。假设这个参考广播报文到达 节点i和节点j的时间延迟相等 Tia = Tja。节点j收到参考广 播报文后，立即发送包含有Tja 信息的报文给节点i，于是
• 这种时间校正技术的精度最低，因为它假设报文传递过程 中只有传播延时，忽略了无线信道的许多不确定因素的影 响。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 双向报文交换
• 设报文的往返时间为D=Tib-Tia ，报文的传递时延d在0～ D之间。如果知道d的上界dmax和下界dmin，节点j可以确 定d在D – dmax 到 D - dmin 之间。
的带宽
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 目前已有几种成熟的传感器网络时间同步协议，其中RBS、 Tiny/Mini-Sync和TPSN被认为是三种最基本的传感器网 络时间同步机制。
• RBS参考广播同步机制
– 接收者－接收者同步机制
– 基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个 收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消 除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协 议的缺点是协议开销大。
第4章
传感器网络的支撑技术
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第4章 传感器网络的支撑技术
传感器网络的支撑技术主要包括： 时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理 安全机制
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4.1 时间同步机制
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
第一个阶段生成层次结构，每个节点赋予一个级别，根节点 赋予最高级别第0级，第i级的节点至少能够与一个第（i－1） 级的节点通信；
会导致晶振频率产生波动，因此，构造理想时钟比 较困难。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 3种时钟模型: – 速率恒定模型 假定时钟速率是恒定的，即晶振频率没 有波动发生。当要求的时钟精度远低于频率波动导致的 偏差时，该模型的假定应该是合理的。 – 漂移有界模型 该模型在工程实践中非常有用，常用来 确定时钟的精度或误差的上下界。 – 漂移变化有界模型 该模型假定时钟漂移的变化是有界 的,时钟漂移的变化主要是温度和电源电压等因素发生变 化所引起的，一般变化速率相对缓慢，可以通过适当的 补偿算法加以修正。
节点i就可以计算收到两条报文的时间间隔D为Tib – Tia。器网络第章传感器网络支
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
时钟同步的误差来源
• 同步信息的时延包括 – 协议发送时延 – 接入时延 – 发送时延 – 传播时延 – 接收时延 – 接收处理时延
分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间。 全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
时钟同步模型 • 节点本地时钟通常用晶体振荡器脉冲来度量
本地时钟＝f(速率，初始相位) • 因温度、压力、电源电压等外界环境的变化，往往
在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时 钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及温度、湿度和电磁波的干扰 等都会造成网络节点之间的运行时间偏差。
无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下两方面：
（1）传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。数 据融合是协作操作的典型例子，不同的节点采集的数据最终融合形成了一个 有意义的结果。
• Tiny-Sync和Mini-Sync是两种简单的时间同步机制。
• TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络节点的 时间同步。
• TPSN协议发送者－接收者同步机制。
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4.1.2 TPSN时间同步协议
传感器网络TPSN时间同步协议类似于传统网络的NTP协 议，目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步。 在网络中有一个与外界可以通信，从而获取外部时间，这种 节点称为根节点。根节点可装配诸如GPS接收机这样的复杂 硬件部件，并作为整个网络系统的时钟源。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
通信模型 • 节点时间校正技术是WSN时间同步的核心和基础。目前
主要的时间校正技术有单向报文传递、双向报文交换、广 播参考报文等技术。 • 单向报文传递
d
• 如果知道d的上界和下界，则 d = (dmax + dmin) / 2
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
2、传感器网络时间同步协议的特点 价格限制，无法使用高精度本地振荡器 能量有限，同步时通信开销不能太大 不能照搬有线网络上成熟的NTP时间同步协议，原因是：
WSN链路通信质量难以保证， WSN网络拓扑结构不稳定 没有相应的基础设施支持 WSN的时间同步协议不能消耗过多的能量和占用较多