在无线传感器网络系统中,单个节点的能力非常有限,整个系统所要实现的功能需要网络内所有节点互相配合共同完成。在无线传感器网络中,时间同步起着非常重要的作用。在分布式系统中,不同的节点都有自己的本地时钟。由于不同节点的晶体振荡器频率存在偏差及温度变化和电磁波干扰等,即使在某个时刻所有节点都达到时间同步,它们的时间也会逐渐出现偏差。而分布式系统的协同工作需要节点间的时间同步,因此时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。分布式时间同步涉及物理时间和逻辑时间两个不同的概念。物理时间用来表示人类社会使用的绝对时间;逻辑时间表达事件发生的顺序关系,是一个相对概念。分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间,全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。
时间同步机制在传统网络中已经得到广泛应用,如网络时间协议(Network Time Proto-col,NTP)是互联网采用的时间同步协议。GPS、无线测距等技术也可以用来提供网络的全局时间同步。在传感器网络应用中同样需要时间同步机制,如时间同步能够用于形成分布式波束系统、构成TDMA调度机制和多传感器节点的数据融合。在节点间的时间同步的基础上,用时间序列的目标位置检测可以估计目标的运行速度和方向,通过测量声音的传播时间能够确定节点到声源的距离或声源的位置。传感器网络中节点造价不能太高,节点的微小体积导致不能安装除本地振荡器和无线通信模块外更多地用于同步的器件,因此价格和体积成为传感器网络时间同步的重要约束。
传感器网络应用的多样性,导致了对时间同步机制需求的多样性,不可能用一种时间同步机制满足所有的应用要求。传感器网络的时间同步机制的主要性能参数如下:
1)最大误差,是指一组传感器节点之间的最大时间差,或相对外部标准时间的最大差。通常情况下,最大误差随着需要同步的传感器网络范围的增大而增加。
2)同步期限,是指节点间需要一直保持时间同步的时间长度。传感器网络需要在各种时间长度内保持时间同步,从瞬间同步到伴随网络存在的永久同步。(www.xing528.com)
3)同步范围,是指需要节点间的时间同步的区域范围。这个范围可以是地理范围,如以米度量的距离;也可以是逻辑距离,如网络的跳数。
4)可用性,是指在范围内的覆盖完整性,有些时间同步机制能够同步区域内的每个节点;基于网络的机制通常能够同步每个节点;而有些机制对硬件要求高,仅能同步部分节点,如GPS系统。
5)效率,达到同步精度所经历的时间及所消耗的能量。需要交换的同步消息越多,经历的时间越长,消耗的网络能量就越大,同步的效率相对就越低。
6)代价和体积,时间同步可能需要特定硬件,在传感器网络中需要考虑部件的价格和体积,这对传感器网络非常重要。
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