基于簇型的无线传感器网络多跳时间同步算法的研究

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1、湖南科技大学硕士学位论文基于簇型的无线传感器网络多跳时间同步算法的研究姓名：彭冬勤申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：周新莲20080428摘要随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，无线传感器网络在军事、环境监测、医疗护理、空间探索等方面都显示了广阔的应用前景，被认为是21世纪最有发展前景的技术之一。时间同步是传感器网络的一项重要技术，在实际应用中扮演重要的角色。现有的单跳时间同步算法的研究趋于成熟，多跳时间同步算法相对薄弱，但是鉴于传感器网络自身特点的限制，这些

2、已有的算法并不能很好的满足其实际应用的需求。因此本文针对大规模、高密度随机部署的传感器网络应用环境融入分簇的思想，提出一种新型的时间同步算法。本文首先介绍了时间同步的基本原理、算法的性能指标以及设计要素，然后分析和比较了几种典型的传感器网络时间同步算法，在此基础上提出了一种基于簇型的多跳时间同步算法1BTS。首先，利用Leach算法将网络划分成不同的簇，每个簇由一个簇头和若干个簇成员节点组成。然后在分簇的基础上进行节点间的时间同步，时间同步算法分为水平同步和垂直同步两个阶段来完成。在水平同步阶段，通

3、过构建基站与簇头节点的层次拓扑结构，采用双向消息交换同步机制来完成簇头节点与基站的时间同步。在垂直同步阶段，采用双向消息交换和参考广播相结合的同步机制，来完成簇头节点和簇成员之间的时间同步，并利用最小方差线性拟合的方法估计了节点的时钟偏差，提高了时钟同步的精度，最终实现整个网络节点的时间同步。最后，在NS2平台上对CBTS算法进行了仿真测试，仿真结果表明该算法具有较低的消息交换开销和较好的同步精度。因此，CBTS算法更适合于大型规模的传感器网络应用。关键词：无线传感器网络；时间同步；多跳；分簇；最小

4、方差线性拟合ABSTRACTTremendousadvancesincommunication,embeddedcomputationandsensortechnologyhaveoccurredinthedevelopmentofwirelesssensornetworks．Wirelesssensornetworks(WSN)showslargepotentialinawiderangeofapplicationssuchaS：military；environmentalmonitoring；m

5、edicalsanitation；smartspaces；ItWaSthepromisingtechniqueinthe21stcentury．TimesynchronizationwhichplaysanimportantroleintheactualapplicationisafundamentalserviceofWSN．Theresearchoftimesynchronizationforsingle—hopismature，butthemulti—hoptimesynchronizatio

6、nisrelativelyweakwhichcouldnotsatisfytheactualapplicationrequirementofWSN．Soweproposedanewtimesynchronizationalgorithmcombingwithclusters．Itaimedattheapplicationofalargescale，high—densityWSN．First，thepaperintroducedthefundamentalprinciplesoftimesynchro

7、nization，evaluationcriterionoftheperformanceandsomeimportanceindesign．Then，analyzedandcomparedseveraltypicalexitingalgorithmsoftimesynchronization．BaSedonthese，wepresentedaCluster-baSedTimeSynchronizationalgorithmforMulti-hopinWirelessSensorNetworks(CB

8、TS)．ItstartsfromtheLeachalgorithmwhichdistributesthenetworkintodifferentclusters．Andeachclusteriscomposedofaclusterheadandsomeclustermembers．Then,webegintosynchronizethenodesbaSedonclustering．Thealgorithmworksintwophases：horizontaltimes