随着无线通信技术、传感器技术、嵌入式计算技术、集成电路技术的飞速发展,出现了一种新兴的信息获取和处理技术---无线传感器网络(WSNs:Wireless Sensors Networks)。无线传感器网络是由大量传感器节点构成的以数据为中心的无线通信自组织网络,集数据采集、数据处理和通信为一体,具有价格低廉、组网快捷、方便灵活、功耗低等优点,在国防军事、工业控制、环境监测、医疗卫生、家庭应用等领域都有着广阔的应用前景。无线传感器网络作为一个全新的应用领域,在国际上引起了许多国家学术界和工业界的高度重视,成为当前备受关注的研究热点之一时间同步对于大多数的网络应用来说都是很重要的,特别在无线传感器网络中,是无线传感器网络的重要支撑技术之一。在无线传感器网络中,不同节点之间存在频率偏差、温度变化、电磁波干扰等,使它们的时间会逐渐出现偏差,而分布式系统的协同工作,如环境监测、目标追踪、同步休眠等都需要节点间的时间同步。时间同步机制的研究对无线传感器网络具有极为重要的意义。本文围绕无线传感器网络时间同步算法展开。首先综述了无线传感器网络的节点结构、网络结构、协议栈结构以及无线传感器网络的特征和应用前景,然后分析了无线传感器网络时间同步必要性、受到的主要限制及误差的主要来源,其次对现有的各种同步技术进行了分类,并深入研究了一些有代表性的算法,并对它们进行了分析和比较。基于TPSN同步算法,本文提出了一种基于簇的时间同步算法。与TPSN同步算法类似,改进的时间同步机制先对网络分层,把网络中的节点分为簇首节点和一般节点。基于协调器节点的能量优越性,把对网络分簇的任务交由协调器节点独立完成,同时还考虑了当有新的节点加入和节点移除时的情形。在同步阶段,待同步节点计算并保存在与参考节点同步过程中得到的与参考节点的时钟偏差比值,在瞬时同步以外的其他时间,待同步节点利用保存的比值来来计算参考节点的准确时间,消除频率偏差对时间同步的影响,提高了同步精度。为了验证改进算法的优越性,我们用Jennic公司的JN5139-ZigBee模块搭建了简易的实验平台,并把改进的同步算法和未改进TPSN同步算法分别在该环境中进行了实现。实验结果表明,新同步算法有更高的同步精度,而且所需的消息传输量少,能够有效地节约能量。