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近年来无线传感器网络在各个领域的应用中逐渐体现了它在信息感知、获取方面的强大能力,受到了全世界各个国家的重视,各国纷纷成立了专门的研究小组。这个由大量低功耗、低成本、体积小的传感器组成的网络由于受到节点在数据处理、数据存储以及能量方面的限制,它所需要的通信协议等技术不是传统网络中使用的技术所能满足的,所以需要进一步研究,很多关键性技术还没有得到很好的解决,例如传感器节点定位技术、数据融合技术以及时间同步技术等。而时间同步技术作为无线传感器网络的一项支撑技术,它影响着无线传感器网络中大多数应用,例如数据融合技术需要知道事件发生的顺序,甚至要知道准确的发生时间。同样由于传感器节点自身能力和携带能量的限制,传统的时间同步技术已经不再适用,所以必须研究具有更好的能量消耗及更高的时间精度的同步算法。
本论文在分析了前人对无线传感器网络时间同步技术的研究的基础上,阐述了时间同步过程中时间偏移与时钟偏移来源,对传感器节点的时钟模型进行了分析,并且通过对前人提出的时间同步算法进行了比较,发现要在大规模无线传感器网络中取得很好的同步精度和较少的能量消耗,需要建立高效的网络结构,然后再进行时间同步。本文主要研究了通过引入移动节点来建立一种基于分簇的层次结构,再分两个阶段完成整个同步过程。第一个阶段是完成移动节点和簇头节点之间的时间同步,采用了发送者-接收者模型很好的保证了同步的精度,然后是完成各个簇中簇头和其成员间的时间同步,采用了接收者.接收者模型,并利用簇头对成员节点的时钟偏移进行估计,通过补偿的方式很好的控制了通信量,从而节省了能量。
最后,通过数学和仿真分析,验证了该时间同步机制在时间精度和能量消耗上具有良好的性能。