随着低功耗无线通信技术、微型传感器技术、嵌入式技术和集成电路技术的日益成熟,无线传感器网络的广泛应用成为了现实。作为一种采集分析信息的新方式,无线传感器网络在军事、工业生产和民用方面都得到了不同程度的应用。与所有的分布式系统一样,时间同步技术是无线传感器网络的一项基础的支撑技术。无线传感器网络通过大量廉价的传感器节点,在待测区域中搜集人们感兴趣的各种信息,再利用无线通信技术将这些信息汇总到一起,对搜集到的数据进行融合和分析。对数据的融合,需要所有信息具有一个统一的时间标准,以确定信息的产生顺序,时间同步就是保证同一时间标准的技术。与传统的网络相比,无线传感器网络最主要的限制在于计算能力和能量,所有跟无线传感器网络相关的技术在设计方面都需要对节点的计算能力和能量进行充分的考虑,因此传统的时间同步技术并不能直接在无线传感器网络中得到应用,需要针对WSN自身的特点研究新的时间同步方法。为了设计一种适合无线传感器网络的时间同步方案,本文所做的主要工作有：第一,对WSN节点的时钟模型和常用的外部时间参考源进行了调查和研究,理解了时间同步机制的基本原理,分析了时间差异产生的原因和影响时间同步精度的主要因素。将现有的适用于WSN的时间同步算法分为三类,即基于Receiver-Receiver的时间同步方法、基于Sender-Receiver的单向时间同步方法和基于Sender-Receiver的双向时间同步方法。对每一种方法,重点研究和分析了一或两个具有代表性的算法,并从精度、范围、功耗和算法复杂度四个方面进行比较,分析了它们的优缺点和应用的限制。第二,在分析了现有的技术之后,本文提出了一种适用于无线传感器网络的高精度时间同步方案,目的是利用硬件设备的支持达到微秒级的同步效果。同步方案分为三个部分,参考节点的时间校正、节点间的同步算法和同步在网络中的扩散方式。在节点的时间校正部分,首先利用GPS接收设备的秒脉冲信号,修正参考节点的晶振频率误差,再利用GPS提供的UTC时间,修正节点的起始时间,对参考节点进行授时。通过对晶振频率和起始时间的校正,确保参考节点能够为全网提供一个标准的逻辑时钟源。节点间的时间同步,通过单向的通信方式,基本思想是,发送节点发送两条同步消息SYNC1和SYNC2,发送节点记录自己的发送时间T1和T2,接收节点记录接收到消息时的物理时钟值C1和C2；发送节点通过第三条消息SYNC3将记录下来的时间T1和T2,发送给接收节点,接收节点通过T1、T2、C1和C2这四个值,调整自身的逻辑时钟,使其同步到发送节点的逻辑时钟。利用物理层的基于SFD信号的时间捕获技术,记录T1、T2、C1和C2,避免了MAC层及上层对同步算法的影响,进一步保证了算法的精度。对于一般的无线传感器网络的应用而言,同步的网络扩散方式可以采用洪泛的方式,将参考节点的逻辑时间向网络中的其他节点进行同步；而对于网络拓扑是层次结构的应用来说,采用类似TPSN的分层扩散的方式效果更好。因此,对于网络中的同步方式可以根据不同应用的特点进行选择。第三,根据前面设计的时间同步方案,利用现有的M-87型GPS接收设备和CC2530开发板,对同步算法进行了初步的实现,验证了方案的可行性。结合CC2530开发板的硬件特点,设计并实现了节点的逻辑时钟模型和基于SFD信号的时间捕获功能,并对同步中使用的数据结构进行了设计和实现。通过节点间的时间同步实验,说明了算法的同步效果。根据实际的测量结果,估计出节点通信在物理层上的处理延迟约为3.5微秒,分析实验所得到的数据,得到了算法的同步精度0.7微秒左右。最后,对本文所做的工作进行了总结,提出了下一步研究工作的方向。