图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
NTP协议的基本原理

设客户机与服务器时间相差θ：Ts = Tc+θ
关系式(4-1)成立:
假设时间请求消息和时间应答消息在网上传 播的时间相同，即 δ1=δ2
图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
NTP协议的基本原理

设客户机与服务器时间相差θ：Ts = Tc+θ
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NTP协议的体系结构
3. 层数表示时间服务器到外部UTC时钟源的距离。

层次数限制为15
4. 客户端是叶节点
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NTP协议的基本原理

需要进行时间同步的客户端首先发送时间请求消息， 然后服务器回应包含时间信息的应答消息。
NTP协议的基本原理
• T1：客户端发送时间请求消息的时间(客户端 的时间) • T2 ：服务器收到时间请求消息的时间(服务 器的时间) • T3：服务器回复时间应答消息的时间(服务 器的时间) • T4 ：客户端收到时间应答消息的时间(客户 端的时间) • δ1 ：时间请求消息在网上传播所需要的时 间。 • δ2 ：时间应答消息在网上传播所需要的时 间。


是当前所有时钟基准的国际标准 位于科罗拉多的WWV短波广播电台 卫星

时间服务器获取当前世界标准时间的来源：

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NTP协议的体系结构
1. NTP协议采用层次型树型结构，整个体系结构中有多 棵树

每棵树的父节点都是一级时间基准服务器 一级时间基准服务器直接与UTC时间源相连接
2. 将时间信息从这些一级时间服务器传输到分布式系统 的二级时间服务器成员，第3层服务器从第2层服务器获 取时间，以此类推
3. 传播延迟
4. 接收时间
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各种延时对时间同步精度的影响


局域网信道访问延迟往往变化比较大
广域网的传输延迟抖动也比较大
发送延迟和接收延迟的变化相对较小
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6.3传感器网络时间同步机制
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NTP不适合无线传感器网络
1. NTP协议应用在有线网络，链路网络失败概率小 传感器网络: 无线链路， 通信质量较差
2. 估计监测目标的运行方向和速度
3. 通过测量声音的传播时间能够确定节点到声源的 距离或声源的位置
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时间同步

物理时间用来表示人类社会使用的绝对时间 逻辑时间表达事件发生的顺序关系，是一个相对概念

分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时 间
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传感器网络中进行时间同步的设计思路：
1. 少量的传感器节点携带如GPS的硬件时间同步部件
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GPS进行时间同步的局限性
1. 需配置高成本的GPS接收机 2. 在室内、森林或水下等有障碍的环境中无法使用GPS 系统 3. 如果用于军事目的，没有主控权的GPS系统也是不可 依赖的 在传感器网络中只可能为极少数节点配备GPS接收 器，这些节点为传感器网络提供基准时间
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传感器网络的常用时间同步机制
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6.3.1 参考广播 同步机制RBS (Reference Broadcast Synchronization)

扩展方案 ⑴ 客户端主动产生时间同步请求消息，服务器回应时间同步 应答消息； ⑵ 测量这两个分组总的往返时间来估计单程的延迟
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NTP协议
被用作Internet的时间同步协议


最新的NTP v4精确度己经达到了毫秒级
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NTP协议的基准时间的实现方案

在网络上指定若干时钟源服务器，为用户提供授时服 务，并且这些服务器站点之间能够相互比对以提高准 确度。 时钟源服务器采用世界标准时间 (UTC)
4) 可用性

在同步范围内的覆盖完整性 达到同步精度所经历的时间以及消耗的能量。 硬件成本 节点体积
5) 效率

6) 代价和体积

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6.2 网络时间同步机制
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NTP设计思想

网络时间同步模式：C/S模式

进行时间同步的2种方案：

基本方案：

时间服务器周期性地向客户端发送时间同步消息，同步消 息中包含服务器的当前时间。
2. 大多数传感器节点根据“时间同步机制”交换同步消息， 与网络中的其他传感器节点保持时间同步。
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传感器网络具有应用相关的特性

在众多不同应用中很难采用统一的时间同步机制
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传感器网络的时间同步机制的设计要求
（1）扩展性 （2）稳定性
（3）鲁棒性
（4）收敛性 （5）能量感知

进行时间同步所需的网络通量和计算量要可预知
第6章
无线传感器网络的支撑技术Fra bibliotek1
传感器网络用户的使用目的千变万化，作为网络终端 节点的功能归根结底就是传感、探测、感知，用来收 集应用相关的数据信号。 为实现用户的功能，除要设计通信与组网技术以外， 还要实现保证网络用户功能的正常运行所需的其它基 础性技术。

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无线传感器网络的支撑技术


2. 网络结构的稳定性

NTP协议的网络结构相对稳定，便于为不同位置的节点手工 配置时间服务器列表； 传感器网络的拓扑结构动态变化，简单的静态手工配置无法 适应这种变化。

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NTP不适合无线传感器网络
3. NTP协议中时间基准服务器间的同步需要基础设施 的协助
4. NTP协议需要通过频繁交换消息来不断校准时钟频 率偏差带来的误差；
假设 δ1=δ2

客户端根据T1、T2、T3和T4的数值计算出与 服务器的时差θ,从而调整它的本地时间。

消息传输的非确定性延迟（ δ1 和 δ2 可能 不相等）是影响客户端与服务器时间同步 精度的主要因素。
图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
消息传输延迟细分为四个部分
1.发送时间 2. 访问时间
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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时间同步技术
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分布式系统需要时间同步
不同的节点都有自己的本地时钟 即使在某个时刻所有节点都达到时间同步，它们 的时间也会逐渐出现偏差 分布式系统要进行协同工作


时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。
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传感器网络时间同步的作用
1. 构成TDMA调度机制
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传感器网络的时间同步机制的主要性能参数
1) 最大误差

传感器节点之间的最大时间差量
相对外部标准时间的最大时间差量
节点间保持时间同步的持续时间长度


2) 同步期限

瞬间同步
永久同步
3) 同步范围

要保持时间节点间同步的区域范围

地理范围 单位：米
逻辑距离 单位：跳数
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传感器网络的时间同步机制的主要性能参数