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关于时钟论文范文写作 基于机器学习方法无线传感网络时钟同步算法相关论文写作资料

主题:时钟论文写作 时间:2024-03-22

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摘 要: 提出一种无线传感网络同步的方法,结合发送者?接收者同步(SRS)和接收者?接收者同步(RRS)两种方法,使得位于特定区域的传感器节点通过监听一对超级传感器节点交换时钟消息,借助最小二乘法精确估计出时钟偏差以及频率偏差进行补偿,实现节点间同步.该时钟同步方案的设计和其他已提出的同步方案相比,显著降低了整个网络的能量消耗而不引起任何同步精度的损失.

关键词: 无线传感网络; 最小二乘法; 时钟同步; 时钟偏差; 频率偏差; 均方误差

中图分类号: TN915.02?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2018)05?0065?04

Abstract: A method of wireless sensor network (WSN) synchronization is proposed, which is combined with SRS (sender?receiver synchronization) and RRS (receiver? receiver synchronization) methods to make that the sensor nodes located in a specific area can exchange the clock messages by monitoring a pair of super sensor nodes. The least square method is used to accurately estimate the clock offset and frequency offset for compensation, so as to realize the synchronization among nodes. In comparison with other clock synchronization schemes, the proposed clock synchronization scheme can significantly reduce the energy consumption of the entire network without any loss of synchronization accuracy.

Keywords: wireless sensor network; least square method; clock synchronization; clock offset; frequency offset; mean square error

0 引 言

随着互联网的不断发展,无线传感器网络(WSN)逐渐在各领域中被广泛的应用,微机电系统(MEMS)、数字电路设计和无线通信的发展给无线传感网络的普及提供了很多便利条件.无线传感器网络将会是未来通信环境的基础设施,一个新的问题随之产生,即网络同步问题.无线传感器网络的时间同步对于维持数据的一致性、协调性以及执行其他基本操作都至关重要[1].

一般来说,在网络同步中存在两种不同的方法,即发送者?接收者同步(SRS)和接收者?接收者同步(RRS).前者是针对一对节点之间的双向消息交换的经典模型,后者是在同步节点之间比较来自参考节点的信标包进行同步.大多数现有的时间同步协议都可以归类为这两种方法之一[2].例如,参考广播同步(RBS)协议[3]基于RRS,使得在参考节点传输范围内的一组无线传感器同步,它需要子节点(除了参考节点)之间的消息交换对来补偿它们的相对时钟偏移.无线传感器时钟同步算法(TPSN)[4]采用SRS,因为它取决于假定双向定时消息交换的一系列成对同步.TPSN基于网络的层级结构,并且通过沿着分层树的每个分支(边)交换定时消息来同步整个网络.本文提出成对广播同步(PBS)方案,其依赖于新颖的时间同步方法实现网络范围内的同步,既不同于SRS也不同于RRS,称之为仅接收者同步(ROS).

1 主要思想

首先需要有进行双向时钟信息交換的两个节点,这两个节点的能量必须足够大,因此可称为超级节点.由于功率约束,传感器的通信范围严格地限于其半径,半径的大小取决于发射功率(参见图1)的(无线电几何)圆,所以在无线传感器探头布控过程中,需要合理放置两个超级节点,使得以超级节点为中心的这两个圆有尽可能大的交集并且使得尽可能多的待同步节点同时处于两个超级节点的通信范围内.

假设一个无线传感器网络的节点布控如图1所示,当两个超级节点进行同步信息交换时,处于两圆交集内的每个节点(例如,节点)可以监听到来自节点和节点的消息包.节点和节点之间进行双向定时消息交换,节点为父节点.此时,在两圆交集的所有节点可以监听到分别来自节点和节点包含成对同步时间戳的同步消息.在这个过程中,该范围内的其他待同步节点不需要发送额外定时消息就可以同步到父节点上,这种同步方法显著减少了发送定时消息的数量.

2 算法描述和实现

PBS同步中父节点和子节点实现同步的消息交换模型如图2所示.代表之间的时钟偏移,假设时钟消息交换了次,在第次信息交换时的本地时钟是,的本地时钟是.节点向节点发送同步消息包中包含节点的标识符(ID)和节点发送消息时的时间戳.节点在时刻接收到该同步消息包并且在时刻向节点发送确认消息,该消息包含节点的标识符(ID),节点在时刻收到该消息,故本次消息交换完成消息包内共有4个时戳被记录.

在整个消息交换的过程中,延迟是不可忽略的.分组延迟包含以下几个部分:发送延迟、接收延迟、传输延迟、处理延迟、信道访问延迟.这些延迟分量可以进一步分为两个部分:固定延迟和随机延迟.关于这些延迟的详细研究请参考文献[5].

到目前为止,已经提出了几个随机延迟模型.单服务器M/M/1队列可以有效地表示点到点连接的累积链路延迟,其中随机延迟被建模为指数随机变量.假设延迟是多个独立随机过程的加法,则建模为高斯延迟模型是合适的.卡方检验表明,随机延迟建模为高斯分布随机变量后具有99.8%的置信度.本文中假设随机延迟和是服从均值为方差为的正态分布.

结论:关于时钟方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关手机时钟大全论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。

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