时间同步协议
• 无线传感器网络的时间同步协议按照同步机制的不同可 以分为以下几种类型:
• 分层与平面模式 • 绝对时间与相对时间模式 • 发送者-接收者与接收者-接收者模式
• 评价一个时间同步协议的可以参考以下性能参数
• 最大误差、同步时间、同步范围、效率和硬件代价
TPSN
• 传感器网络时间同步（Timing-Sync Protocol for Sensor Ne tworks，TPSN）协议采用分层结构，利用发送者-接收者 之层间次进发0行现层-根成和节点对时的间同同步步工阶作段。协议工作过程包括两个阶段：
对于时间速率问题，采用最小方差线性拟合，直线斜率就是两个节点的 时间速率，直线上的点表示节点间的时间差异。
RBS
RBS的缺点
• 对网络有一定的要求，它不适合点对点通信的网络， 且要求网络有物理广播信道。
• 扩展性不好，不能很好地应用到大规模的多跳网络 中。RBS有很大的交换次数，对于具有，2个节点的 单跳网络，需要O(n2)的消息交换，如果n很大时， 消息交换开销是相当大的，导致节点的计算开销也 非常之大。
低能耗：在保证性能的前提下，其消耗的能量应该越 小越好。
NTP（Network Time Protocol）
体系结构（网络）NTP（Netwo来自k Time Protocol）
• 体系结构（单机）
NTP（Network Time Protocol）
• NTP不适合于WSN • 体积、计算能力和存储空间存在限制 • 传输方式不同：无线而非有线 • 目标不同：局部最优而非全局最优
• 集中式系统与分布式系统
• 集中式：事件间有着明确的时间先后关系，不存在同步问题 • 分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同
• 需要解决的问题
• 同步精度、功耗、可扩展性
时间同步技术(传统同步：NTP与GPS)
在设计时间同步机制时，需要考虑以下几方面因素： 扩展性：时间同步机制应能适应不同的网络场景； 稳定性：时间同步机制要保持连续性和同步的精度； 鲁棒性：保持机制的健壮性； 收敛性：时间同步机制应能在较短的时间内达成节点 时间的同步
进行补偿 • 对clock skew的补偿仍采用最小二乘法
其他协议
TMSP的时间同步技术 TSMP中的节点定期进行时间更新 TSMP应用于规模不大的无线MESH网络，加之其是 基于TDMA的协议，所以其时间同步精度较高；由于 充分利用了ACK消息等通信机制，因此同步的通信开 销也不大。
其他协议
• RBS协议不是去同步报文的收发双方，而是去同步报文的 多个接收者。
RBS
• RBS中是通过广播同步信标分组实现接收节点之间的相对 时间同步，信标分组本身并不需要携带任何时标，不依 赖于信标的发送时间。
• 由于无线信道的广播特性，信标分组相对所有接收节点 而言同时发送到物理信道上，这样就除去发送时间和访 问时间引入的时间同步误差。
LTS时间同步协议 基于树形结构的轻量级同步协议依靠树形分层结构 进行全网的时间同步，类似于TPSN。 LTS的多跳同步机制包含两种方式：集中式和分布式。
TSync同步协议 TSync是一个混合式协议。该协议结合了基于树的同 步方法和类似RBS的接收者——接收者同步模式。因 此，TSync实际包含两个协议：分层索引时间同步协 议和独立时间请求协议
• 对于传播时间，RBS只关心各个接收节点之间消息传播时 间的差值。对于射频信号来说，传播时间差值非常小，R BS忽略了传播时间带来的时间偏差。
RBS
影响RBS机制性能的主要因素包括接收节点间的时间速率、接收节点非 确定因素和接收节点的个数等。
为提高时间同步精度，RBS机制采用了统计技术，通过发送节点发送多 个消息，获得接收节点之间时间差异的平均值。
1层
2层
TPSN
节点A
T2
T3
Request
Reply
节点B T1
(T 2 T1) (T 4 T 3) 2
时间同步阶段
同步点 T4
TPSN使用了类似NTP的双向握手机制：
理论分析和实验证明：TPSN同步误差是RBS的一 半
结合对clock skew的估计，可以提高TPSN的精度
RBS
• 能耗高，RBS中接收节点之间进行相互同步，但自 身并不与发送节点同步；需要另外一个节点作为参 照广播发射节点，这导致了相当高的能耗。
多跳RBS
时间路由技术：基于最短路径查找
FTSP
同步精度高、工程实用性强、强调实现细节 MAC层时间戳技术
• 和平台直接相关
基本同步原理
• 发送者--接收者同步 • 单个报文中包括多个时间戳（在报文的不同位置） • 根据单个报文中的多个时间戳，可对中断等待时间
无线传感器网络
Wireless Sensor Networks
第七章 时间同步
2020/8/22
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内容提要
• 时间同步技术 • 时间同步协议
• TPSN、RBS、FTSP、TMSP、LTS、TSync
WSN时间同步技术背景
• WSN时间同步技术背景
• 在无线传感器网络中，每个传感器节点都有各自的时钟，为了正常进行 协调工作，满足上层应用和其他协议的要求，节点间必须进行时间同步。