簡論無線傳感網(wǎng)絡時間同步的問題

　　1.2 典型時間同步算法分析

　　1.2.1 TPSN算法分析

　　TPSN算法采用的是層次型的網(wǎng)絡結構，是基于發(fā)送者-接收者的雙向同步算法。分成兩個階段，第一階段為層次發(fā)現(xiàn)階段，第二階段為同步階段。T1、T4用來記錄同步節(jié)點的本地時間，T2、T3用來記錄參考節(jié)點的本地時間。同步節(jié)點A在T1時刻向參考節(jié)點B發(fā)送一個同步請求報文，報文中包含了同步節(jié)點的級別和T1。當參考節(jié)點B收到報文后，記錄下接收時刻T2，并立即向同步節(jié)點A回復一個同步應答報文，該報文中包含了參考節(jié)點B的級別和T1、T2及回復時刻T3。同步節(jié)點A收到參考節(jié)點的回復后，記下時刻T4。假設來回報文的傳輸延遲相同都為d，且m為同步節(jié)點在T1時刻兩者之間的時偏，且設來回時偏相同，由T2=T1+m+d，T4=T3-m+d可得到：

　　則在T4時刻，若在同步節(jié)點A的本地時間增加修正量m，就能達到同步節(jié)點A與參考節(jié)點B之間的同步。

　　1.2.2 RBS算法分析

　　RBS算法是基于接收者-接收者的同步算法。首先參考節(jié)點廣播一個參考分組，當同步節(jié)點A收到這個分組，記下自己的本地時鐘為T21，當同步節(jié)點B收到這個分組時，也記下自己的本地時鐘為T22，然后同步節(jié)點A與同步節(jié)點B交換本地時鐘T21與T22，這時其中一個節(jié)點只要根據(jù)時間差值m=T21-T22，修改自己的時鐘就能達到與另一個節(jié)點之間的同步。在多跳網(wǎng)絡中，RBS算法采用多次廣播同步消息，接收節(jié)點根據(jù)接收到同步消息的平均值，同時采用最小平方線性回歸方法進行線性擬合以減小同步誤差。

　　1.2.3 DMTS算法分析

　　DMTS算法是基于發(fā)送者-接收者的單向時間同步算法。當發(fā)送節(jié)點在檢測到通道空閑時，給廣播分組加上時間戳t0,從而排除了發(fā)送節(jié)點的處理延遲與MAC層的訪問延遲。并假設發(fā)送報文的長度為NA個比特（包括前導碼與同步字），傳送每個比特的時間為t，而接收者在接收完同步字后，記錄下此時的本地時間為t1,并在調整自己的本地時間記錄之前記錄下此時的時刻t2,這時接收節(jié)點為了與發(fā)送節(jié)點達到時間上的同步，可以調整接收節(jié)點的時間改為t0+t·NA+（t2-t1）。

　　可以看出，TPSN平均單跳誤差為17.61μs,DMTS平均單跳誤差為30μs,RBS平均單跳誤差為6.29μs, TPSN平均4跳誤差為21.43μs,DMTS平均單跳誤差為151μs,RBS平均4跳誤差為9.97μs。

　　1.2.4 其他算法分析

　　LTS協(xié)議是基于發(fā)送-接收同步機制發(fā)展而來，提出了集中式和分布式LTS多跳時間同步算法。LTS協(xié)議首先把網(wǎng)絡組成廣度優(yōu)先生成樹拓撲結構，并沿著樹的每條邊進行單跳成對同步。參考節(jié)點的子節(jié)點同步完成后，又以該節(jié)點為參考節(jié)點，采用同樣方式繼續(xù)同步下去，直到同步完成。

　　單跳成對同步采用TPSN同步方法。成對同步的次數(shù)是邊數(shù)的線性函數(shù)。Hui Dui等人提出來的HRTS 利用了廣播的特性，只需要一次同步過程可以完成一個單跳組網(wǎng)所有節(jié)點的同步，進一步降低了LTS協(xié)議的功耗。HRTS算法不再采用廣度優(yōu)先生成樹的邊，采用的是廣度優(yōu)先生成樹非葉子節(jié)點個數(shù)的線性函數(shù)。相較于LTS協(xié)議，HRTS算法以犧牲一定的精確來降低了整個網(wǎng)絡的功耗。

　　BTS同步方法類似于HRTS算法，也是先建立廣度優(yōu)先成生樹拓撲結構，只不過BTS采用的是時間轉換技術，以達到整個網(wǎng)絡的時間同步，而HRTS直接對同步節(jié)點的本地時間進行修改，得到全網(wǎng)的同步，同步報文個數(shù)降為HRTS協(xié)議的2／3。

　　PBS同步算法的思想是參考節(jié)點與簇首節(jié)點之間采用雙向同步方法，與TPSN相似，其他節(jié)點（在兩個節(jié)點的通信范圍內）可以偵聽到同步消息，就可以根據(jù)接收者-接收者同步方法同步。類似于RBS同步，PBS同步的前提是每個同步節(jié)點必須在簇首節(jié)點的通信范圍之內。

　　ETSP算法主要采用的是設置門檻值N來選擇同步算法，當父節(jié)點的子節(jié)點小于或等于N時，采用接收-接收（RBS）同步模式，否則采用發(fā)送-接收（TPSN）同步模式。N值的選擇采用N2-3N-2m=0來計算，式中m=RxTx，Rx為節(jié)點的接收次數(shù)，Tx為傳播次數(shù)。

　　FTSP同步算法精度高的原因是，發(fā)送者在發(fā)送一個同步請求報文時連續(xù)標記了多個時間戳，接收者可以根據(jù)這幾個中斷時間計算出更精確的時間偏差。