无线传感器网络时间同步协议的改进策略

鉴于NTP和无线传感器网络时间同步协议的相似性，提出把NTP中的时间过滤、时间选择和时间组合算法简化后应用于无线传感器网络时间同步协议中以提高同步精度的策略．作为例证，将时间组合算法简化后引入BTS协议中．模拟的结果表明：在由81个Mica 2节点组成的8跳网络内，除抗拒节点的同步误差保持不变外，其余节点的同步误差减小至改进前的67．70％～91．58％；具有相同跳距的节点的平均同步误差随跳距的增加率由19．8减小至15．5μs／跳；同时没有额外的报文开销．理论分析表明：同步精度的提高得益于应用时间组合算法所导致的节点时间偏移量均方差的减小．

无线传感器网络时间同步协议

提出了基于层次结构的无线传感器网络时间同步协议。首先以汇聚点为根节点建立一个具有层次结构的树,然后采用成对同步法沿着该树建立一个全网统一的时钟。仿真结果显示该协议能满足无线传感器网络的时间同步要求。

基于动态路径列表的无线传感器网络时间同步协议

为降低大规模无线传感器网络中时间同步误差的多跳累积,提出了一种基于动态路径列表的无线传感器网络时间同步协议(DRL-TSP)。该协议为每个节点保存一个待选同步动态路径列表,允许节点根据列表中的可用路径质量信息选择一条最适合当前同步要求的同步链路,从而最大程度地降低同步误差的多跳累积。将一种有效时间标识(TTA)技术用于同步机制中,使节点具备应对同步失败而导致链路失效的能力,保证同步过程的可靠性。实验结果表明:在平均可选上层链路为12条的情况下,DRL-TSP协议单跳同步误差为5.29μs;10跳同步误差被控制在11.10μs以下;因时标节点失效导致同步失败的节点比例远低于传感器网络同步协议(TPSN),接近洪泛时钟同步协议(FTSP)水平。提出的DRL-TSP协议在同步精度上优于现有的FTSP、TPSN等协议,且具有较高的鲁棒性。

基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议

针对当前无线传感器网络时间同步协议普遍存在抗毁能力不足的缺陷,提出了一种基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议,全局时间通过邻居节点间定时随机交换时戳信息维护,取消同步发起节点在同步网络中可能带来的不安全隐患,实现同步网络拓扑最优。同时利用容错、时分等策略进一步提高同步网络的抗毁性能。通过对典型无线传感器节点的实际测试表明,该协议在抗毁能力、同步精度、可扩展能力等方面均取得了较好结果。

无线传感器网络时间同步协议动态切换机制

针对当前无线传感器网络时间同步协议通用性差的问题,提出了基于主动编程思想的时间同步协议动态切换机制,设计了能够动态适配的时间同步协议切换框架,重点讨论了节点间相互通信、时间戳标记、协议切换、本地时间与全局时间的转换等4个关键问题,并且在TinyOS(Tiny Operating System,微操作系统)平台上对新机制进行了仿真验证,比较了新机制同2种主流时间同步协议之间的性能差异。仿真结果表明:新机制能实现时间同步协议的动态配置,提高协同效率,节省切换开销,具有良好的应用前景。

无线微震传感器网络高精度时间同步技术研究

时间同步技术作为无线微震传感器网络的核心技术之一,是网络协调运行的关键。首先研究了无线传感器网络时间同步原理及影响同步精度的因素;其次研究了经典无线时间同步协的实现方法;然后仿真对比了传感器网络时间同步协议(Timing-sync Protocol for Sensor Networks,TPSN)和泛洪式时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol,FTSP)的同步精度;再针对FTSP协议的不足提出一种改进的G-FTSP协议,能有效提高无线传感器网络时间同步精度;最后估算由时间同步误差造成的微震震源定位误差,验证G-FTSP协议满足实际生产需求。

LiteST:一种无线传感器网络轻量级安全时间同步协议

提出了一个简单的时间同步广播报文完整性认证方法。在此基础上,结合单向链(而非复杂得多的μTESLA)提供的发送节点身份认证功能和冗余机制提供的防止内部节点攻击功能,设计了一个轻量级的安全时间同步协议LiteST(lightweight secure time)。理论分析和仿真实验结果表明,LiteST能够防御外部攻击并能容忍内部攻击节点发送错误信息,达到了目前最好的安全时间同步协议TinySeRSync类似的安全性。32个Mica2节点组成的原型系统实验结果表明LiteST协议取得了与没有安全机制的FTSP协议几乎相同的时间同步精度。LiteST协议与安全相关的计算开销大约只有TinySeRSync的五分之一;通信开销为其1/(2m+2),其中m为网络节点的平均邻居数;其存储开销在实际的场景下也显著降低。

无线传感器网络基于概率分发的时间同步协议

针对移动传感器网络中的网络特性,提出了一种基于概率分发的时间同步协议.该协议中已同步节点根据自身的当前状态,以动态变化的概率发送同步信息对其他节点进行同步,在保证网络同步信息充足的前提下。大幅度降低了同步信息的冗余度.该协议不需要建立网络的层次拓扑结构,节点之间只需要进行1次通信即可实现同步,能够满足移动传感器网络的时间同步需求.

水声传感器网络中成簇时间同步协议研究

针对水声通信传播延迟长和节点移动性强的问题,提出一种水声传感器网络中成簇时间同步协议。该协议将时间同步分为簇间同步和簇内同步两个过程,并且通过簇间同步和簇内同步的局部并发执行减少同步过程中产生的报文数量。此外,该协议在计算时钟频偏和相偏的过程中通过区分因为节点移动性造成的下游链路和上游链路传输延迟的不同来提高同步精度。仿真结果表明,与其他同步协议相比,成簇时间同步协议可以在降低同步误差的同时,有效减少网络中同步报文的数量,从而达到降低能量消耗的目的。

无线传感器网络泛洪时间同步协议安全性研究

针对FTSP在安全性上的漏洞,提出一种相对应的防御机制来加强FTSP的安全性。在根节点选择机制中,通过BS来进行根节点的选择,同时在节点信息收集上,提出参考节点选择机制。通过实验和数据分析得知,所提出的防御机制可以对时间同步的运行提供合理的安全性。

无线传感器网络中一种基于FTSP的时间同步协议的改进设计

精确的时钟同步对于很多无线传感器网络的应用来说是非常重要的.虽然每个传感器节点都配备了一个硬件时钟,但是这些硬件时钟会产生不同程度的漂移.现有的泛洪时间同步协议使用线性回归算法对节点的时钟进行漂移补偿,鉴于线性回归算法容易受到异常数据的影响,从而会影响到协议的同步精度.因此提出了一种精度更高、同步误差更小的改进协议,并且采用NS2仿真工具对改进的协议进行了仿真,仿真结果表明改进后的协议能够有效提高同步精度.

移动传感器网络的一种基于自适应扩散的时间同步协议

针对移动传感器网络中网络拓扑动态变化和通信链路不稳定的特性,提出了一种基于自适应扩散的时间同步协议(SDTS)。该协议分为被动同步和主动同步两种同步方式,被动同步方式下已同步节点根据自身和网络当前的状态,以自适应变化的概率发布时间同步信息,未同步节点与同步信息的发布者实现同步;主动同步方式下已同步节点停止发送同步信息,未同步节点通过发送同步请求信息的方式来实现同步。该协议能够很好地适应移动传感器网络的网络特性,在通信开销、同步收敛速度和鲁棒性方面具有较好的性能。

无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计

该文研究了基于分布式一致的无线传感器网络时间同步协议的收敛和加速问题。通过将其同步迭代过程映射到马尔可夫链的状态转移过程,推导出了分布式一致时间同步协议在循环网中的收敛速度与节点邻居数和网络规模有关。Matlab仿真实验表明该结论对类均匀规则网和类均匀网也是正确的。此外,对于类均匀网,邻居数分布也会影响协议的收敛速度。因此该文提出了基于改变网络邻居数分布的加速算法来提高分布式一致时间同步协议的收敛速度。规模为100个节点的类均匀网络实验结果表明,该文提出的加速算法在没有显著改变节点平均传输半径的情况下可使分布式一致时间同步协议的收敛迭代次数降低约25%。

无线传感器网络泛洪时间同步协议安全算法

针对无线传感器网络泛洪时间同步协议(FTSP)可能遭受到基于发送时间标攻击的问题,提出一种安全算法,在FTSP中添加异常漂移率检测器和恶意节点ID号过滤器,同时为进一步提高FTSP的同步精度,减小FTSP受到恶意攻击后对时间同步的影响,改进泛洪时间同步协议中计算时钟漂移率的公式,对其进行加权处理。仿真结果表明:该安全算法能够有效地防御基于发送时间标的恶意攻击,减小了计算开销和恶意攻击对算法的影响,鲁棒性增强,同时提高了同步精度,达到了稳定准确的同步效果。

基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法

针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

无线传感器网络时间同步概率误差研究

无线传感器网络时间同步是无线传感器网络的一个重要的研究方向,本文以无线传感器网络TPSN(传感器网络时间同步协议)算法为例,研究了TPSN算法时间同步误差的产生原因和分布规律。从采用信息熵和标准差反映测量数据的波动和不确定性角度出发,对信息熵-标准差模型进行了简介,并对随机产生的6组数据进行了实证研究,运用信息熵-标准差模型对测量数据组进行筛选,得出在此模型下的最优数据组。

无线传感器网络时间同步综述

无线传感器在网络应用时要求传感器节点保持时间同步,但传统的时间同步方法并不适用于无线传感器网络。为此,指出设计时间同步协议所面临的问题,对现有无线传感器网络时间同步算法进行总结,分析典型算法对时钟偏差和时钟漂移的处理,并给出进一步的研究方向。

水下传感器网络时间同步技术综述

时间同步是传感器节点协同工作的基础.水下传感器网络由于采用水声通信方式,具有不同于陆地无线传感器网络的特点,为时间同步算法研究带来了新的挑战.论文首先说明同步问题与同步算法的形式化定义,然后讨论水下传感器网络不同于陆地传感器网络的特点,并指出相关特点对于同步问题的影响;接着综述陆地传感器网络同步算法的研究进展,分析相关算法用于水下环境的不足;进而介绍水下传感器网络同步算法的研究进展,并通过仿真实验完成了相关算法的性能对比;最后总结水下传感器网络时间同步的关键问题,指出进一步的研究方向.

无线传感器网络能量有效时间同步算法研究

针对无线传感器网络中随着节点数目增多,传统的参考广播同步算法网络开销非常大的问题,该文提出一种能量有效的参考广播同步算法。该算法首先只对不相邻的两个接收节点在多个参考广播消息的条件下求平均相位偏差,并且对计算得出的相位偏差进行最大后验估计;其次采用最小二乘线性回归方法周期性地拟合时钟偏移,完成同步过程。仿真结果表明,能量有效的参考广播同步算法在同步精度方面有所改进的同时,有效减少了无线传感器网络的能量消耗。

无线传感器网络时间同步新技术

时间同步是无线传感器网络的基本中间件之一.最近,许多基于时间信息交换的时间同步协议已被提出.然而,在大规模无线传感器网络中,同步误差随跳距的累积问题和可扩展性需求是传统的时间同步技术面临的主要挑战.为了应对这两个挑战,无线传感器网络的研究者们开始关注古老的萤火虫同步技术和最近才被提出的协作同步技术.直到最近,尤其是在Strogatz和Mirollo模型被提出以后,古老的萤火虫同步技术才在单跳网络内取得了突破性进展.而在多跳网络中,虽然已有大量的实验和仿真,但其收敛性仍有待从理论上进行研究.基于新颖的空间平均而非传统的时间平均的思想,协作同步技术为无线传感器网络时间同步提供了另外一个新的解决方案,尽管目前对其的研究仍停留于仿真阶段.介绍了萤火虫同步技术和协作同步技术的基本思想和目前在无线传感器网络中的研究及应用现状,并探讨了未来可能的研究方向.