无线传感网络中时钟同步的研究

外RBS协议还采用了次 同步方式，就是只有在时钟同步需要时才运行，这样大大减少了能量的消耗。RBS在多跳网络中也有应用。

　　3.2 TPSN时钟同步协议

无线传感网络时间同步协议TPSN(Timing- sync Protocol for Sensor Networks）与传统的NTP协议类似，采用如图3所示的两次握手交换时间戳来达到时钟同步。假设t为服务器和客户端之间的时间偏差，d为两者之间的往返时间。则由于：
　　

计算出时钟偏差t后就可以相应地调整本地时钟与上一层节点同步。为减小访问时间带来的延时误差，TPSN在MAC层开始发送时才打上发送时间戳。在 Mica平台测试的结果表明TPSN时钟同步平均偏差是16.9μs，而RBS是29.13μs，可见TPSN拥有更精确的时钟同步。TPSN时钟同步过程分为两阶段：第一阶段是层次发现阶段。该阶段是在网络部署后将网络节点层次化。分为0到n个层次；第二个阶段为时钟同步阶段，层次结构建立后，通过同步广播包，从0层次到n层次逐层时钟同步。TPSN协议可以支持外部时钟源，使整个无线传感网与外部时钟同步，通常采用根节点装载GPS同步设备。

3.3 DMTS时钟同步协议

延迟测量时间同步DMTS（Delay Measurement Time Synchronization）协议是利用合理的估计网络延时来设计时钟同步算法。时钟同步的步骤是：(1)在所有节点中选择一个主节点；(2)主节点广播其本地时钟，并且在发送前导帧和起始符时打上时间戳t0，前导帧和起始符主要用于接收节点进行接受同步；(3)接收节点收到广播分组后打上时间戳t1，并且在调整自身时钟前打上时间戳t2。该过程中假设发送1比特位需要时间为t，发送信息位的个数是n，则接收节点应该调整自己的时钟为t0＋nt＋（t2－t1）。图4说明了DMTS协议的时钟同步过程。

DMTS协议的精确性主要取决于延时测量的精确度，是一种灵活、轻量级、能量利用高效的时钟同步机制，可应用于时钟同步要求不太高的无线传感网络中。该机制还能够更好地支持与外部时钟源及多跳点的同步。

3.4 连续时钟同步协议

在时钟同步协议中，要求在重新调整时钟时不可以向后调整时钟，时钟的调整应该是一个逐渐平滑的过程，以保持系统事件的连续性。假设在18时第一次同步，在 20时第二次同步，而某系统事件定在19时发生，若采用瞬间同步，则系统就会将该事件忽略，导致数据不完整。连续时钟同步协议扩展了IEEE802.11 标准，采用了增大或减小时钟频率的方法来调整本地时钟与时钟源同步。

连续时钟同步协议中的时间路径如图5所示。主节点在t1时间准备一个指示分组，在t2时间向邻近节点广播；假设该分组被邻近节点及时接收，即在t3时间接收到分组且在t4时间记录本地的时间戳；在t5时间主节点又会发送一个确认分组。最后每个接收节点计算与主节点的时钟偏差并在t6时间调整本地时钟。这里的本地时钟是指与本地物理时钟相对应的虚拟时钟。

　　3.5 其他时无线网络时钟同步协议

作为一个新的领域无线传感网的很多协议没有向Internet上的协议那样有统一的标准，而且常常是一个协议在一个平台上是最优的，但到另外的平台可能不再是最优，所以相关的协议也在不断的发展中。时钟同步中也还有其他很多优秀的协议，如Maroti M等人提出的洪泛时间同步协议FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol），Chaudhuri P提出的随机时钟同步协议PCS（Probabilistic Clock Synchronization）等。

4 协议比较

上述各种协议的设计思想都有不同的侧重点，所以在具备很多优点的同时也携带着这样或那样的不足。因此在选择相关协议或设计新的协议时都必须要权衡这些因素。以下是关于这些协议的优缺点比较。

RBS时钟同步协议中发送和媒体访问的时间偏差(即最大的时钟误差来源)被去除了。时钟的调整不会影响时钟偏差的计算，因为该协议不会调整本地的时钟，而是维持了一张时钟偏差表。RBS协议不仅适用于无线网络，也适用于有线网络。RBS的不足之处也很多，最重要的一个就是拥有O(N2)的时间复杂度，这对于能量有限的无线传感网而言是最大的能量开销。

TPSN时钟同步协议取得了比RSB更精确的时钟同步效果，而且方便地支持与外部时钟源同步。但是其能量开销相对较大，其最大的不足是在基于层次模型的情况下不利于网络的动态变化，而无线传感网的一个特点就是网络具有动态性。

DMTS时钟同步协议和上述两种协议相比需要传输的消息少，能量开销小，可以在全网络中时钟同步，并且支持与外部时钟源同步。但是，这种算法在能量开销与同步精度之间做了折中 ，所以精度相对弱些，可以应用于对精度要求不是很高的无线传感网络中。

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