无线传感网络时间同步研究进展与分析

FTSP同步算法精度高的原因是，发送者在发送一个同步请求报文时连续标记了多个时间戳，接收者可以根据这几个中断时间计算出更精确的时间偏差。

1．2．5 协作同步技术

以上同步机制，无论怎样改进都是基于单跳同步基制，最近有人提出了协作同步技术，不再单纯地从单跳同步机制上进行改进，而是通过信号叠加原理，使同步基准节点能够把同步消息直接发送到远方待同步的节点，使远方节点直接与基准节点同步，消除了同步误差单跳累加的结果。Hu A等人针对节点密度较高的网络提出了一种协作同步算法，基本思想是参考节点根据同步周期发出m个同步脉冲，其一跳邻居节点收到这个消息后保存起来，并根据最近的m个脉冲的发送时刻计算出参考节点的第m+1个同步消息发出的时间，并在计算出来的时刻同步与参考节点同时发送第m+1个同步消息。由于信号叠加，因此同步脉冲可以发送到更远的节点，当然前提是网络中节点密度较高的情况。A．Kr-ohn等人提出了在物理层上面实现协作同步，只需要本地消息，避免了额外的消息同步交换开销。参考文献证实了协作同步误差的方差与节点密度呈反比关系。因此节点密度越高同步误差也会越小。

2 时间同步算法误差分析与比较

根据节点消息传输过程可以得到式(1)与式(2)：

在式(1)、(2)中，t1、t2是由标准时钟所确定的，表示UTC时间。T1、T2分别是t1、t2所对应的本地节点所测出的本地时间。SA代表节点A的报文发送时问，AA是发送报文的访问时间，TA→B是A节点按比特传输报文与B节点按比特接收报文所需要的时间，PA→B是节点A传播到节点B的时间。RB是节点B的报文接收处理过程时间。TN是传输NA个比特的总时间。Terror指传输比特的误差，Rerror打时标过程存在的误差。代表节点A与节点B在t1时刻的时偏。

对于TPSN算法，因为在MAC采用了加时间戳方法，因此消除了发送时间与访问时间对误差的影响。因此对TPSN算法式(1)、(2)就可以简写为式(3)、(4)：

对于DMTS算法，发送节点A在T0时刻检测到空闲，接收节点B在报文到达时刻给报文加上时间戳T1，并在调整自己的本地时间记录之前记录下此时的时刻为T2，在T3时间完成调整。则可以得到：

从式(7)中可以看出，TPSN同步精度高的原因是在MAC层采用打时标方式消除了发送时间与访问时间的影响，并在消息双方向交换时消除了传播时间的影响。缺点是点到点之间的同步，每次只能一对节点进行时间同步，同步一次需要发送2个消息，接收2个消息，功耗较大。从式(10)可以看出DMTS同步误差较大的原因是单播传播，没办法消除Terror与Rerror的影响，但DMTS同步一次只要消耗1个发送消息，1个接收消息，功耗较低。至于FTSP同步算法比DMTS高的原因是，发送者在发送一个同步请求报文时连续标记了多个时间戳，接收者可以根据这几个中断时间，计算出更精确的时间偏差。可以看出，RBS完全消除了发送方的影响，只是同步一次消耗3个发送消息，4个接收消息，功耗较大。而对于HRTS与PBS算法，都是其于以上算法进行融合运用，在簇首节点与子网节点选择上作了较大的改进，以降低整个网络的功耗。

3 总结与展望

从以上同步算法的误差分析比对中可以看出，每种算法都有各自的优缺点，都适合不同的无线传感网络。精度高，相对功耗也较大。对特定的无线传感网络，选择同步算法时应该折中考虑精度与功耗。从整体上看，近年来有关时间同步算法的研究，大部分都是基于以往典型的单跳同步算法原理，进一步从整体网络中考虑误差与功耗，结合最优生成树、分簇路由算法等，以平均整个网络的功耗，降低节点传输的跳数，提高同步的精度。协作同步算法侧重于提高整个网络的可扩展性与健壮性，但要求节点具有相同的同步脉冲，比较困难，目前还需要进一步的发展验证，也是未来可能很好的发展方向。