无线传感器网络典型时间同步技术分析
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1．2．4 FTSP
FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol)是由Branislav Kusy于2004年提出的基于单向广播消息传递的发送者与接收者之间的全网时间同步。FFSP是对DMTS的改进，具体不同在于：
(1)FTSP降低了时延的不确定性，将其分为发送中断处理时延、编码时延、传播时延、解码时延、字节对齐时延和接收中断处理时延。
(2)类似于RBS，FTSP可通过发送多个信令包，接收节点通过最小方差线性拟合计算出发送者与接收者之间的初始相位差和频率差。
(3)FTSP根据一定时间范围内节点时钟晶振频率稳定原则，得出各节点问时钟偏移量与时间成线性关系，利用线性回归的方法通过节点周期性发送同步广播使得接收节点得到多个数据对构造回归直线，而且在误差允许的时间间隔内，节点可通过计算得出某一时间节点间时钟偏移量，减少了同步广播的次数，节省了能量。
(4)FTSP提出了一套较完整的针对节点失效、新节点加入等引起的拓扑结构变化时根节点选举策略，从而提高了系统的容错性和健壮性。
FTSP通过在MAC层打时间戳和利用线性回归的方法估计位偏移量，降低了时延的不确定性，提高了同步精度，适用于军事等需要高同步精度的场合。
1．2．5 LTS
LTS(Lightweight Time Synchronization)是由VanGreunen Jana和Rabaey Jan于2003年提出的基于成对机制的发送者与接收者之间的轻量级全网时间同步。
该算法是在成对同步的基础上进行了改进，具体包括两种同步方式：第一种是集中式，首先构建一个低深度的生成树，以根节点作为参考节点，为节省系统有限能量，按边进行成对同步，根节点与其下一层的叶子节点成对同步，叶子节点再与其下一层的孩子节点成对同步，直到所有节点完成同步，因为同步时间和同步精度误差与生成树的深度有关，所以深度越小，同步时间越短，同步精度误差越小；第二种是分布式，当节点i需要同步时，发送同步请求给最近的参考节点，此方式中没有利用生成树，按已有的路由机制寻找参考点。在节点i与参考节点路径上的所有节点都被动地与参考节点同步，已同步节点不需要再发出同步请求，减少了同步请求的数量。为避免相邻节点发出的同步请求重复，节点i在发送同步请求时询问相邻节点是否也需同步，将同步请求聚合，减少了同步请求的数目和不必要的重复。
LTS根据不同的应用需求在可行的同步精度下降低了成本，简化了计算复杂度，节省了系统能量。
1．2．6 Tiny-sync和Mini-sync
Tiny-sync和Mini-sync是由Sichitiu和Veerarittipahan于2003年提出的基于双向消息传递的发送者和接收者之间的轻量级时间同步。该算法的前提是假设每个时钟可近似为一个频率固定的晶振，则两个时钟C1(t)，C2(t)满足如下线性关系
C1(t)=a12C2(t)+b12 (6)
其中，a12是两时钟的相对漂移；b12是两时钟的相对偏移。
算法仍采用TPSN中的双向信息传递，不同之处在于Tiny-sync和Mini-sync发送多次探测信息，探测信息与以往的同步请求不同，接收节点收到探测信息后立即返回消息，具体如下：节点i在本地时刻t0发送一个探测消息给节点j，节点j收到消息后记录本地时间tb并立即返回消息，节点i接收到消息后记录本地时间tr。(t0，tb，tr)叫做数据点，节点i多次发送探测消息，并根据式(6)用线性规划的原则得到a12和b12的最优估计，但用所有点计算运算量过大，Tiny-sync则是每次获得新数据点后与先前的进行比较，误差小于先前的误差时才采用新数据点，否则抛弃。Mini-sync是Tiny-sync的优化，修正了Tiny-sync可能抛弃有用点的缺憾，留下了可能在后面提供较好边界条件的数据点。
Tiny-sync和Mini-sync为满足无线传感器网络低能耗的要求，交换少量信息，利用夹逼准则和线性规划估算频偏和相偏，提高了同步精度，降低了通信开销。
2 时间同步算法性能对比分析
2．1 时间同步算法的性能评价指标
根据无线传感器网络自身资源有限、节点成本低、功耗低、自组织网络等特点，应从以下几点考虑无线传感器网络的时间同步算法。
(1)能耗。由于无线传感器网络自身节点能量有限，其时间同步算法应保证在精度有效的前提下实现低能耗。
(2)可扩展性。在无线传感器网络中，节点数目增减灵活，时间同步算法应满足节点数目增减和密度变化，具有较强的可扩展性。
(3)鲁棒性。由于环境、能量等其它因素容易导致无线传感器网络节点无法正常工作，退出网络，所以时间同步算法应具有较强鲁棒性，保证通信畅通。
(4)同步寿命。是指节点间达到同步后一直保持同步的时间。同步寿命越短，节点就需要在较短时间内再同步，消耗的能量就越高。时间同步需要同步寿命较长的算法。
(5)同步消耗时间。是指节点从开始同步到完成同步所需的同步。同步消耗时间越长，所需的通信量、计算量和网络开销就越大，能耗也越高。
(6)同步间隔。是指节点同步寿命的结束到下一次同步开始所间隔的时间。同步间隔越长，同步开销就越小，能耗越低。
(7)同步精度。不同的应用要求不同数量级的同步精度，有的时间同步只需知道事件发生的先后顺序而有些则需精确到μs级。
(8)同步范围。分为全网同步和局部同步，全网同步难度大、费用高；局部同步较易实现。权衡整个系统的功能应用及能耗开支等因素才能选择合适的同步范围。
(9)硬件限制。考虑传感器节点的体积、大小、成本，时间同步算法会受到传感器节点硬件的限制，只有依赖硬件的条件，才能设计出满足应用需求的时间同步算法。
2．2 时间同步算法性能对比分析
经过在Mica2节点上的对比实验，根据这些指标对以上的时间同步算法进行比较分析。具体性能比较如表1所示。本文引用地址：//www.cghlg.com/article/160989.htm
3 结束语
随着大规模无线传感器网络的广泛应用，时间同步技术可以向以下几方面发展：
(1)节点移动导致的拓扑结构可变。目前，大部分无线传感器网络都认为拓扑结构固定，没有考虑到节点的移动性，但节点自身移动也可以将时间信息带到另一个地方。
(2)依赖于节点的硬件条件，时间同步算法应在满足应用需求的条件下尽可能地减少能量消耗，达到最优效率。
时间同步是无线传感器网络的一个重要支撑技术，仍需要研究人员的不断探索和发现。
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