时间同步是无线传感器网络的重要基础技术之一,其作用是为系统提供一个统一的时间基准,确保网络中的节点之间能够协同工作。目前,无线传感器网络中的大多数时间同步算法都需要完整的时间戳信息来估计时钟频偏与相偏,以维持节点间的时间同步。近年来,一种仅利用有限时间戳信息实现时钟参数估计的免时间戳同步机制备受关注。它不需要交互任何时间戳,同步信息通过接收者对发送者的预定义响应传递,因此参数估计功能可以无缝嵌入到普通的网络数据收发中,显著降低了同步能耗和通信带宽。但是现有的免时间戳同步机制只能估计时钟频偏,不能估计时钟相偏。如何在有限时间戳信息下既能估计时钟频偏又能估计时钟相偏成为一个重要的挑战。针对上述问题,本文对基于免时间戳同步的时钟频偏与相偏联合估计方法进行了深入研究。论文主要工作包括:1.对无线传感器网络时间同步的基本理论进行研究,包括时钟模型和消息传输时延,并对两种免时间戳同步方法,以及免时间戳同步分别与隐含同步、单向消息传输结合的机制进行详细分析。2.针对现有的免时间戳同步机制只能提供时钟频偏估计,无法提供时钟相偏估计的问题,提出一种部分时间戳信息同步协议。通过预设参考节点返回确认帧的本地时间来传递部分时间戳和响应时间信息,节点在不传递时间戳的情况下,就可以根据这些同步信息对时钟频偏与相偏进行联合估计,实现节点间完整的同步。基于部分时间戳信息同步通信过程,建立活动节点的时钟参数估计模型。考虑高斯随机时延,利用最大似然估计方法对时钟频偏与相偏进行联合估计,并推导相应的性能下限衡量估计器的性能。考虑指数随机时延,利用最佳线性无偏估计方法同时估计时钟频偏与相偏。最后通过仿真验证两种随机时延模型下所提估计算法的有效性,同时进行相应的性能和计算复杂度对比。3.针对免时间戳同步与隐含同步相结合的高效节能同步场景中,隐含节点只能估计时钟频偏,无法估计时钟相偏的问题,提出一种基于免时间戳交互的隐含节点时钟频偏与相偏的联合估计方法。将所提的部分时间戳信息同步方法嵌入到隐含同步机制中,隐含节点通过监听参考节点与活动节点之间的信息交互,就可以同时估计时钟频偏与相偏,达到与参考节点的同步。在同步过程中,隐含节点无需获取其它任何节点的时间戳,只需接收同步信息,显著降低了同步能耗。基于三个节点的部分时间戳信息同步通信过程,建立隐含节点的时钟参数估计模型。考虑高斯随机时延和指数随机时延,分别利用最大似然估计方法和最佳线性无偏估计方法对两种时延模型下的时钟频偏与相偏进行估计。最后,利用仿真对所提的隐含节点时钟频偏与相偏联合估计器进行性能验证,并与同类的估计器进行性能对比。本文对基于免时间戳同步的时钟频偏与相偏联合估计方法进行研究,提出部分时间戳信息同步协议,针对活动节点和隐含节点,运用统计信号处理技术,在高斯随机时延和指数随机时延下对时钟频偏和相偏进行联合估计,最后仿真结果表明了所提估计算法的有效性,这对于有限时间戳信息时钟同步方案在实际无线传感器网络中的应用具有一定的参考意义。