分布式时间同步技术是无线传感器网络许多应用中的一项重要支撑技术,保证节点间的时间同步对无线传感器网络的应用至关重要。由于传统分布式时间同步算法需要进行大量的数据包交换或时间信息的广播,将易导致节点计算复杂度和能量开销增加、网络扩展性、容错性以及安全性低等问题,这使得传统时间同步协议受到了严峻的挑战。从而设计一个更加有效的时间同步协议成为无线传感器网络研究的一个重点。　　本文重点对一种基于异构分簇无线传感器网络的时间同步算法及其应用展开研究。首先从时间同步的基本原理、算法的性能指标以及设计要求入手,分析和比较了现有的几种典型时间同步协议的优缺点、能量消耗以及同步精度。借鉴国内外研究人员在无线传感器网络时间同步协议设计方面的优秀思想,以提高同步精度、降低同步通信开销以及提高网络同步的安全性为目标,在基于分布式离散脉冲耦合时间同步算法的基础上,针对异构无线传感器网络中的频率异步时钟、传播迟延、高斯噪声和有限次数脉冲对时间同步算法的影响,通过采用时间误差检测机制对同步算法进行综合改进。同时对异构系统的同步收敛性以及算法的容错性进行了分析。并在改进的同步算法基础上,针对敌对异构无线传感器网络环境,通过利用存储有高能量的高级传感器节点,提出一种基于异构分簇无线传感器网络模型(HSNs)的高效安全时间同步方案。　　最后,详细分析了改进后的时间同步算法在MAC层的数据采集应用。主要针对基本ALOHA与时隙ALOHA两种MAC协议,提出了一种基于异构分簇的数据采集模型。通过对一簇随机定位的普通传感器节点到簇头AP节点的数据采集研究,分析比较了基本与时隙ALOHA协议基于数据采集的同步能量消耗情况。　　实验结果表明,相比于传统的时间同步技术,采用改进后的分布式离散脉冲耦合锁相环时间同步技术将更能有效提高异构分簇传感器网络同步精度并具有同步通信开销低、网络扩展性强、安全性高的优点,十分适合异构分簇无线传感器网络时间同步的应用要求。