论文部分内容阅读
[摘 要]针对无线传感器网络分布式时钟同步问题，通过对节点计时规律的研究，采用闭环反馈控制策略纠正节点间偏移。通过仿真实验证明本文算法较FTSP在周期大于60s时，拥有更低的同步误差百分比，而当算法在周期小于等于60s时，二者具有相近的同步误差百分比，但是本文算法拥有更低的算法复杂度。
[关键词]时钟同步；反馈控制；误差；偏移
中图分类号：TJ77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0139-01
[Abstract]Aiming at the problem of distributed clock synchronization in wireless sensor network， the closed-loop feedback control strategy is used to correct the offset among nodes. The simulation results show that this algorithm has a lower percentage of synchronization error than FTSP when the period is greater than 60s. And when the algorithm is less than or equal to 60s， the two have similar synchronization error percentage， but this algorithm has a lower algorithm complexity.
[Key words]clock synchronization； feedback control； error； offset
0 引言
无线传感器网络首次出现在美国军方的研究项目中，主要用于监测战场，改善各种事件的实时响应能力，其由于设置灵活，简单易拓展等特点，在环境监测、交通管理、智能家居、工业控制、国防和空间探索等领域得到了广泛应用[1]。
根据不同的网络结构，时钟同步算法可以简单地划分为集中式和分布式两种。集中式时钟同步算法如FTSP （Flooding Time Synchronization Protocol）[2]，SATS（Simple Accurate Time Synchronization）[3]和LTS（Light Time Synchronization）[4]等基于生成树结构的算法，需要消耗能量来维持拓扑结构，但是拥有较高的时钟同步精度。分布式时钟同步算法如GTSP（Gradient Time Synchronization Protocol）[5]和DTSP （Distributed Time Synchronization Protocol）[6]等算法，计算时仅依赖于邻居节点信息，减小了能量消耗，且避免了多跳累积时延误差。由于节点资源的有限性，同步周期和节点计算能力等都是同步算法首先考虑的问题，为了平衡计算能耗和同步误差，本文研究了长期时钟同步问题，建立闭环反馈控制系统，纠正节点间的时钟偏移，使得节点间同步拥有更好的维持性，降低同步次数，节省能量。
1 基于反馈的同步算法
由于对式（4）的计算并不涉及复杂的矩阵计算，算法复杂度仅为，对节点计算能力并没有特殊需求，在与邻居交换信息时，由于无线网络的不确定性，可能会发生丢包，此时动态改变集合即可，算法其余部分保持不变。
2 结论
本节为方便对比将本文算法简称为CS-PI（clock synchronization based on PI）。本节将进行CS-PI与FTSP算法的对比。设置参数，。该程序将在所有不同的时间段執行800次以上。在每一组实验中，周期分别设置为10，20，30，40，60，90，120和180秒。表1反映了在周期持续时间增加的情况下，FTSP和CS-PI在精度上的比较，计算了误差的百分比，其绝对值分别不大于0，1和2。当周期较短时，误差的百分比对比情况FTSP和CS-PI基本上相同。当周期增加时，FTSP的所有百分比都下降，这是睡眠时钟的扰动的结果，但是这不会发生在CS-PI中。当周期增加到60秒时，CS-PI开始优于FTSP。
参考文献
[1] 孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005：1-39.
[2] 叶宇光.无线传感器网络FTSP时间同步算法研究及改进[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2013，29（4）：71-73.
[3] 胥玉震.无线传感器网络时间同步算法研究[D].吉林大学，2008.
[4] 马皛源.无线传感网时钟同步关键技术研究与实现[D].上海交通大学，2014.
[5] 孙德云.无线传感器网络多点协同目标检测研究[J].2009.
作者简介
万羊所（1993—），男，安徽合肥人，硕士研究生，就读于重庆邮电大学，研究方向为网络化控制和无线传感器网络时钟同步。
[关键词]时钟同步；反馈控制；误差；偏移
中图分类号：TJ77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0139-01
[Abstract]Aiming at the problem of distributed clock synchronization in wireless sensor network， the closed-loop feedback control strategy is used to correct the offset among nodes. The simulation results show that this algorithm has a lower percentage of synchronization error than FTSP when the period is greater than 60s. And when the algorithm is less than or equal to 60s， the two have similar synchronization error percentage， but this algorithm has a lower algorithm complexity.
[Key words]clock synchronization； feedback control； error； offset
0 引言
无线传感器网络首次出现在美国军方的研究项目中，主要用于监测战场，改善各种事件的实时响应能力，其由于设置灵活，简单易拓展等特点，在环境监测、交通管理、智能家居、工业控制、国防和空间探索等领域得到了广泛应用[1]。
根据不同的网络结构，时钟同步算法可以简单地划分为集中式和分布式两种。集中式时钟同步算法如FTSP （Flooding Time Synchronization Protocol）[2]，SATS（Simple Accurate Time Synchronization）[3]和LTS（Light Time Synchronization）[4]等基于生成树结构的算法，需要消耗能量来维持拓扑结构，但是拥有较高的时钟同步精度。分布式时钟同步算法如GTSP（Gradient Time Synchronization Protocol）[5]和DTSP （Distributed Time Synchronization Protocol）[6]等算法，计算时仅依赖于邻居节点信息，减小了能量消耗，且避免了多跳累积时延误差。由于节点资源的有限性，同步周期和节点计算能力等都是同步算法首先考虑的问题，为了平衡计算能耗和同步误差，本文研究了长期时钟同步问题，建立闭环反馈控制系统，纠正节点间的时钟偏移，使得节点间同步拥有更好的维持性，降低同步次数，节省能量。
1 基于反馈的同步算法
由于对式（4）的计算并不涉及复杂的矩阵计算，算法复杂度仅为，对节点计算能力并没有特殊需求，在与邻居交换信息时，由于无线网络的不确定性，可能会发生丢包，此时动态改变集合即可，算法其余部分保持不变。
2 结论
本节为方便对比将本文算法简称为CS-PI（clock synchronization based on PI）。本节将进行CS-PI与FTSP算法的对比。设置参数，。该程序将在所有不同的时间段執行800次以上。在每一组实验中，周期分别设置为10，20，30，40，60，90，120和180秒。表1反映了在周期持续时间增加的情况下，FTSP和CS-PI在精度上的比较，计算了误差的百分比，其绝对值分别不大于0，1和2。当周期较短时，误差的百分比对比情况FTSP和CS-PI基本上相同。当周期增加时，FTSP的所有百分比都下降，这是睡眠时钟的扰动的结果，但是这不会发生在CS-PI中。当周期增加到60秒时，CS-PI开始优于FTSP。
参考文献
[1] 孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005：1-39.
[2] 叶宇光.无线传感器网络FTSP时间同步算法研究及改进[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2013，29（4）：71-73.
[3] 胥玉震.无线传感器网络时间同步算法研究[D].吉林大学，2008.
[4] 马皛源.无线传感网时钟同步关键技术研究与实现[D].上海交通大学，2014.
[5] 孙德云.无线传感器网络多点协同目标检测研究[J].2009.
作者简介
万羊所（1993—），男，安徽合肥人，硕士研究生，就读于重庆邮电大学，研究方向为网络化控制和无线传感器网络时钟同步。