无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计
一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案
一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案师超;仇洪冰;陈东华;李晓艳【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(040)001【摘要】无线传感器网络缺乏基本架构,具有分布式、能量受限、存储及计算能力受限的特点.这些特点决定了在设计无线传感器网络时间同步方案时,不能有太复杂的计算和路由选择.为了实现快速时间同步和较低的能量消耗,提出一种简单的无线传感器网络时间同步方案.各个节点广播自己当前的时钟信息,相应的邻居节点接收到这些信息后,对接收到的信息进行简单的算术平均,将平均值作为下一个时刻的时钟刻度再进行广播.此过程反复进行,最终会使网络所有节点的时钟达到一个相同的平均值,实现无线传感器网络的分布式同步.由于网络节点只接收来自邻居节点的广播信息,故该方案无复杂的路由选择,并且计算简单,收敛快速,能耗较低.用随机矩阵理论对该同步算法的收敛性进行了理论证明,对收敛速度和能耗以及同步误差进行了分析.最后用计算机仿真对本方案进行了仿真实验,实验结果符合预期分析.【总页数】8页(P93-99,147)【作者】师超;仇洪冰;陈东华;李晓艳【作者单位】西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.无线传感器网络中一种安全高效的分布式数据存储方案 [J], 范容;平玲娣;傅建庆;潘雪增2.无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计 [J], 李立;刘勇攀;杨华中;汪蕙3.无线传感器网络中一种分布式安全存储方案 [J], 曾新革;马征;王国军4.DSCO:一种无线传感器网络分布式简单簇组织算法 [J], 滑楠;史浩山5.分布式无线传感器网络时间同步的模块化设计 [J], 赖程伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
无线传感器网络分布式同步协议
无线传感器网络分布式同步协议
王晶;张帅;高丹;王营冠
【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(043)004
【摘要】针对无线传感器网络同步问题，提出分布式时间同步和分布式数据同步的解决方法。
前者要求簇头网络进行局部信息交互，并采用低通滤波技术去除噪声干扰；后者为节点提供网络数据均值，要求簇头网络执行比例一致性算法，簇头在迭代过程中引入簇内节点数量。
实验结果表明，分布式时间同步具备抗噪声能力，该算法在前期收敛速度最快。
网格状网络和随机网络实验表明，分布式时间同步和分布式数据同步的通信开销非常低，它们的收敛速度均高于普通数据同步。
【总页数】7页(P105-110,134)
【作者】王晶;张帅;高丹;王营冠
【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室，上海 201899;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室，上海 201899;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室，上海 201899;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网与通信重点实验室，上海 201899
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计 [J], 李立;刘勇攀;杨华中;汪蕙
2.分布式无线传感器网络通信协议研究 [J], 张璇
3.分布式无线传感器网络通信协议分析 [J], 赵荷
4.分布式无线传感器网络通信协议分析 [J], 任广鹏;杨志恒;申宇豪
5.分布式无线传感器网络通信协议研究 [J], 李小丹
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
无线传感器网络时间同步技术研究
ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ． ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ
ＫＥＹＷ ＯＲ ＤＳ ｗ ｉｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｔ ｏ ｋ， ｔｍ ｅ ｓ ｃ ｏｎｉａ ｉ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎｅ ｗ ｒ ｉ ｙｎ ｈｒ ｚ ｔｏｎ， ｓ ｃ ０ ｚ ｉ ｌ ｒｔ ｓ ｙｎ ｈｒ ｎｉａｔｏｎ ａｇｏ ｉｈｍ
间同步 的精 度 不会 出现大 的波 动 。 ④ 精确 性 ： 传感 器 网络 是根据 应 用配 置 的 ， 同 的 不
应 用对 时 间同步 的精 度 要求 也是 不 同的 。对 于某些 应 用， 只需 要知 道事 件发 生 的先 后顺 序就 可 以 了 ， 而对 于 另 外 的 一 些应 用 （ ： 如 测距 、 速 等） 则 需要 比较精 确 测 ，
评 价 一 个无 线 传 感 器 网络 时 间 同步算 法 的性 能 ，
一
⑥ 寿命 ： 间 同步 算 法 提 供 的 同步 时 间 可 以是 瞬 时
的时间 同步 。
不 能 满足无 线传感 器 网络 的要求 。 年来 ， 近 国内外许 多 大学 和研究 机构都 对 此进 行 了深入 研究 并 提 出了 多种
基 于无线 传 感 器 的 时间 同 步机 制 ， 不 同方 面满 足 传 从 感 器 网络 的应 用需 要 。本论 文 就是对 无 线传 感器 网络
简论无线传感网络时间同步的问题
简论无线传感网络时间同步的问题引言想要在无线传感网络中很好地保证数据传输的可靠性，非常重要的一点就是保持节点之间时间上的同步。
目前因特网上采用时间同步协议标准是NTP协议，采用有线传输，不适合用于功耗、成本受限制的无线传感网络中。
GPS系统也可以提供高精度的时间同步，但它的信号穿透性差，GPS天线必须安装在空旷的地方，功耗也较大，所以不适合无线传感网络。
Elson等人2002年首次提出无线传感器网络时间同步的研究课题以来，已有相当多的典型时间同步算法，主要可以分为以下几类：基于发送者-接收者的双向同步算法，典型算法如TPSN算法；基于发送者-接收者的单向时间同步算法，典型算法如FTSP算法、DMTS算法；基于接收者-接收者的同步算法，典型算法有RBS算法。
近年来根据以上几种典型同步算法，还有人提出了分簇式的层次型拓扑结构算法，以及结合生成树等来提高整个网络的性能，如LTS算法、CHTS算法、CRIT算法、PBS算法、 HRTS 算法、BTS算法、ETSP算法等。
然而，无论以上同步算法怎样发展，精度如何提高，整个网络功耗怎样降低，都是基于单跳时间同步机制。
随着无线传感网络的运用与发展，传感节点体积不断缩小，单跳距离变小，整体网络规模变大，同步误差的累积现象必将越来越严重。
目前也有比较新的同步算法，试图尽量避开单跳累加来解决这些问题，如协作同步。
1 时间同步1.1 时间同步不确定性的影响因素时间同步不确定性的主要的影响因素如图1所示。
图1 报文传输延迟发送时间：发送方用于构造分组并将分组转交给发送方的MAC层的时间。
主要取决于时间同步程序的操作系统调用时间和处理器负载等。
访问时间：分组到达MAC层后，获取信道发送权的时间。
主要取决于共享信道的竞争、当前的负载等。
传送时间：发送分组的时间，主要取决于报文的长度等。
传播时间：分组离开发送方后，并将分组传输到接收方之间的无线传输时间。
主要取决于传输介质、传输距离等。
高效无线传感器网络协议设计与优化
高效无线传感器网络协议设计与优化随着无线传感器网络应用的广泛发展，高效的协议设计和优化成为了确保网络性能的关键因素。
本文将探讨高效无线传感器网络协议的设计与优化的相关问题。
一、无线传感器网络协议设计的挑战无线传感器网络具有节点数量众多、通信能量有限、节点资源有限等特点，因此在设计协议时需要解决以下挑战：1. 能量效率：由于节点能量有限，协议设计需要考虑如何降低能量消耗，延长节点寿命。
2. 数据传输可靠性：无线传感器网络经常面临信道的不稳定性和节点的失效等问题，因此协议设计需要确保数据传输的可靠性。
3. 网络拓扑控制：无线传感器网络的拓扑结构对网络的性能有重要影响，协议设计需要控制网络拓扑的建立和维护。
二、高效无线传感器网络协议设计的关键技术为了应对上述挑战，高效无线传感器网络协议设计需要结合以下关键技术：1. 路由技术：设计合理的路由协议可以减少能量消耗和延长网络寿命。
常见的路由技术包括基于距离的路由、基于拓扑的路由和基于事件的路由等。
2. 数据聚集与压缩：无线传感器网络中的数据通常具有时空相关性，通过聚集和压缩数据可以减少数据传输量，降低能量消耗。
3. 频谱分配与调度：无线传感器网络中的频谱资源有限，合理的频谱分配与调度可以提高网络容量和传输效率。
4. 能量管理与调度：通过对节点能量的动态管理和调度，可以平衡网络中各个节点的能量消耗，延长网络寿命。
5. 安全与隐私保护：无线传感器网络中的数据传输需要保证安全性和隐私性，协议设计需要引入相关的安全和加密机制。
三、高效无线传感器网络协议优化方法除了协议设计，优化现有协议也是提高网络性能的重要手段。
以下是高效无线传感器网络协议优化的方法：1. 算法优化：通过改进算法和数据结构，优化协议中的关键部分，提高协议的执行效率和性能。
2. 参数调优：根据网络实际情况和应用需求，调整协议中的参数值，使其适应不同的场景和应用。
3. 路由优化：针对特定的网络拓扑结构和通信需求，设计高效的路由协议，减少冗余数据传输和能量消耗。
分布式无线传感器网络时间同步方案- 简单 详尽 实用
2013年2月西安电子科技大学学报（自然科学版） Feb.2013 第40卷第1期JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY V ol.40 No.1 doi：10.3969/j.issn.1001-2400.2013.01.017一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案师 超，仇洪冰，陈东华3，李晓艳112,1( 1. 西安电子科技大学 通信工程学院，陕西 西安 710071；2．桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004；3. 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021)摘要：无线传感器网络(WSN)缺乏基本架构,具有分布式、能量受限、存储及计算能力受限的特点.这些特点决定了在设计无线传感器网络时间同步方案时,不能有太复杂的计算和路由选择.为了实现快速时间同步和较低的能量消耗,本文提出一种简单的无线传感器网络时间同步方案.各个节点广播自己当前的时钟信息,相应的邻居节点接收到这些信息后,对接收到的信息做简单的算术平均,将平均值作为下一个时刻的时钟刻度再进行广播.此过程反复进行,最终会使网络所有节点的时钟达到一个相同的平均值,实现无线传感器网络的分布式同步.由于网络节点只接收来自邻居节点的广播信息,故该方案无复杂的路由选择,并且计算简单、收敛快速、能耗较低.用随机矩阵理论对该同步算法的收敛性进行了理论证明,对收敛速度和能耗以及同步误差进行了分析.最后用计算机仿真对本方案进行了仿真实验,实验结果符合预期分析,证明本方案切实可行.关键词：同步；时间同步 ；无线传感器网络中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1001-2400(2013)01-0116-10 Simple distributed time synchronization scheme for wireless sensor networks2,13SHI chao1, QIU Hongbing, CHEN Donghua, LI Xiaoyan1(1. School of Telecommunication Engineering, Xidian Univ., Xi'an 710071, China; 2. Info. and CommunicationCollege, Guilin Univ. of Electronic Tech., Guilin 541004, China;3. Information Science & Engineering College,Huaqiao Univ.,Xiamen 361021,China)Abstract: Wireless sensor networks (WSN) is featured by none infrastructure, distribution, resource constraintsand limited processing and memory. Accordingly, when designing the time synchronization protocols for wirelesssensor networks, intensive computation and complex route selecting are undesirable. For accelerating the timesynchronization and lowering energy consumption in WSN, this paper presents a simple time synchronizationscheme for wireless sensor networks. In this scheme, each note broadcasts its clock information and as a result itsneighbors will receive the clock information. After averaging the received clock information, the neighbor notestake the averaged clock information as its next clock tick. This process is carried out repeatedly until all the netnotes meet a same clock tick, which means the whole networks achieve distributed synchronization. As each notein the network only receives its neighbor’s information, so this scheme does no need specific routing and toocomplex processing and has fast convergence rate and low energy consumption. The proof for the convergence ofthe proposed synchronization algorithm is carried out using random matrix theory. The analysis of the convergencerate and the energy consumption and synchronization error are also carried out. The results of theoretical analysisare verified by computer simulation.Key Words: synchronization, time Synchronization, wireless sensor networks______________________________2012-09-25 10:56收稿日期：2012-05-14 网络出版时间：基金项目：国家自然科学基金资助项目(61071088);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(11QZR02);广西第1期 师超等：一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案 117时间同步是所有分布式系统都要解决的一个重要问题,对于无线传感器这种能量、计算能力及存储能力受限的分布式网络尤其重要.分布式同步是指要求分布式网络的所有节点达到统一的时间尺度[1].许多分布式节点是依靠自己内部的晶体振荡器提供时钟信息,因而要使这些节点达到一致的时间尺度,就要使他们的相位和频率保持一致.无线传感器网络的时间同步主要面临以下几个方面的挑战:随机延迟、不完美的晶体振荡器、有限的能源动力、有限的存储和计算能力[2],对于大规模的无线传感器网络而言,还面临同步协议的可扩展性要求[3-4].早期人们对无线传感器网络时间同步的研究主要集中在如何消除随机延迟对同步精度的影响[5-7].近几年的研究集中于如何正确估计接收时钟信息来提高同步精度[8].然而这些研究对无线传感器网络节点有限的储存能力和计算能力等方面考虑甚少.尤其是在多跳无线网络环境中,为了维护全网的时钟同步,这些算法需要每个节点建立复杂的路由信息并通过大量的计算来完成.在无线传感器的网络时间同步中,节点间的时钟信息交换有广播与点对点两种方式[9].文献[6]和[9]是点对点方式,[5]和[7]是广播方式.文献[6]需要建立层次性网络结构,每级子节点通过点对点的信息交换实现和父节点的时间同步,最终实现和根节点的同步,这种同步方法本质上是主从同步方式,对根节点和各级父节点的依赖性较强,也不适用于网络拓扑的动态变化.文献[5]和[7]的同步方法中引入了参考节点,参考节点广播不含时间信息的信标,广播域中的节点通过交换接收到的信标实现网络的分布式同步.尽管参考节点不影响同步精度,但同步过程的实现依赖于参考节点.所以上述同步方法并不是完全分布式同步方式.对于无线传感器这种分布式网络,在设计算法时要充分考虑其分布式自组织等特性.文献[9]提出一种成对平均时间同步(A TSP)方案,网络中每个相邻节点对之间进行时钟信息交换,时钟信息更新值为节点对之间的算术平均值,网络拓扑图中各条边的每个节点对按一定次序反复这样交换和更新时钟信息,最终可以使网络中所有节点的时钟信息收敛于初始时钟信息的平均值.这种同步方式是完全分布式,具有很好的鲁棒性和可扩展性,并且有较高的同步精度.但是这种同步方法要求网络中每条边进行时钟信息交换,导致信息交换交换量大,能耗过高,并且同步收敛速度较慢.在A TSP 同步方案中,一个节点在向其邻居节点发送时钟信息时处于其广播域中的很多节点也能够收到此信息,同样一个节点在接收时钟信息时能够收到许多其他邻居节点的时钟信息.考虑到上述因素本文提出一种广播接收(Broadcast and Receive Synchronization: BRS )同步方案.网络中各个节点广播自己当前的时钟信息,相应的邻居节点接收这些信息,对接收到的信息做简单的算术平均,把此平均值作为自己下一个时刻的时钟刻度.这样的过程反复进行,最终会使网络节点达到一个相同的刻度值,从而实现网络的分布式同步.由于网络节点只接收邻居节点的时钟信息,所以该方案不需要具体的路由选择,并且计算简单,各个节点只需对收到的信息做算术平均,通过广播消息的方式减少需要发射消息的数量,减小了网络能耗.与ASTP 算法相比,本文所提算法收敛速度快,消息交换量小,能耗低,适合无线传感器网络对时间同步的要求. 1系统模型1.1网络模型假定在一定区域内随机分布有个传感器节点,每个节点装配一个晶体振荡器提供时钟.这些节点通过一定的拓扑结构连接成一个分布式无线传感器网络.我们用一个简单无向图来描述分布式无线传感器网络.用图的顶点集合N i (,)G V E ={1,2,}V N =…,表示网络节点.如果一对节点之间能够相互收发信息,则称该节点对为相邻节点.如果(,)i j (,)i j E ∈,E 是边集合,则表示一条边.对于无向图,如果,则(,(,)i j (,)i j E ∈)j i E ∈.一个节点i V ∈的邻居节点定义为.节点i 的度定义为.图G 度序列向量定义为.用表示节点 和(){:(,)}S i j V j i E Δ=∈∈i d ()i d S i =||12[]T n d d d = … d ij a i j 之间的边数,如果西安电子科技大学学报（自然科学版） 第40卷 118 节点i 和j 互为邻居则,否则1ij a =0ij a =,称矩阵()ij N N a =A ´为图的邻接矩阵.本文假定网络拓扑结构为静态拓扑,其无向图为连通图.G (,)G V E =1.2时钟模型分布式无线网络中,每个节点都有自己晶体振荡器来记录本地时间.晶体振荡器自由运行的输出可用一个余弦函数来表示:i ()cos (),i S t t i =Φ (1)其中()(0)2/()i i i t T t πΦ=Φ++ζ,()i t Φ表示瞬时相位,为自由振荡周期,i T 0i i 0T T T T =+Δ,为真实的振荡周期,随机周期偏差.为初始相位,i T Δ(0)i Φ()t ζ为随机相位噪声.序列定义为晶体振荡器的时间刻度即离散相位,满足()i t n ()i t n (())2i i t n n πΦ=⋅,0,1,2n =……,这样得到离散非耦合时钟模型为:()(0)(),i i i t n t nT v t =++ (2)其中为初始相位,为自由振荡周期,为离散随机噪声.(0)i T ()v t i t 时钟同步分为频率同步和全同步(即频率和相位都同步)两种情况.当时间参量足够大时,如果每个时间节点存在一个共同的振荡周期T ,满足,,1,2i j T T T i j i j = = , ≠=…,则认为这些网络节点是频率同步的.如果每个网络节点的时钟刻度都是相等的,即满足()(),,=1,2,,1,2,i j t n t n i j i j N n = ≠ ; …,=¼,则认为这些网络节点是全同步的.本文的时钟模型采用离散时钟模型,并且不考虑相位噪声和路径损耗. 2 BRS 同步算法分布式无线网络的时间同步要求有三种方式[6]:第一种是最简单的同步方式,仅需处理事件或消息的先后顺序.第二种是维护本地网内的相对时钟关系,要求所有节点达到统一的时间尺度.本文的BRS 算法、经典的RBS 协议[5]以及文献[9]的A TSP 算法属于这一类.第三种是要求所有节点的时钟同步于一个参考时钟,TPSN 协议[6]即属于这一种.由上文1.2节的时钟模型可知,网络节点的晶体振荡器存在频率偏差和相位偏差,因而决定了无线传感器网络的同步方案有两种:反复校正相位偏差与同时校正相位偏差和频率偏差.相偏是由于初始值不同以及频偏引起的.相位同步只能维持短期的时间同步,要做到较长期时间同步就要做到相位和频率同步,即实现全同步.本文既研究相位同步又研究频率同步.2.1相位同步在A TSP 同步算法中,一个节点在向其邻居节点发送时钟信息时处于其广播域中的很多节点也能够收到此信息,同样一个节点在接收时钟信息时能够收到许多其他邻居节点的时钟信息,A TSP 算法对接收到的这些时钟信息只用其中之一,其他信息作为干扰项处理,本文的BRS 算法则要充分利用这些接收到的信息.假定网络各节点无频率偏差,即,这样只要相位实现同步即达到了全同步.并且假定时钟信息从发送端到接收端无延迟.,,1,2i j T T i j i j N = , ≠=…算法1 BRS 相位同步算法第1期 师超等：一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案 1191.对于连通网络中的每个节点在n 时刻,1,2j N =…0,1,2,n =…,∞,分别广播自己当前的相位信息.(),1,2,j t n j N =…,2.处于节点j 广播域的节点接收来自其邻居节点的相位信息i (),1,2,j t n j K =…,,其中为接收到信息总数.节点对接收到的这个相位信息做算术平均K i K 11()Kj j t n K=∑,把此平均值作为节点i 的下一个时刻度的相位,即: 1n + 11(1)()Ki j t n t n K =+=∑.j), (3) 3.节点i 将更新后的相位信息广播给其邻居节点.(1i t n +4.上述过程反复进行直至网络所有节点的时钟刻度达到一个相同的值,即整个网络达到分布式相位同步.用向量表示个节点当前时刻的时钟刻度,在不考虑传播延迟的情况下有 :12()[()()()]TN n t n t n t n = … t N (1)*()./n n +=t A t d (4) 其中(4)中符号./表示矩阵点除.引理1:设S 是不可约随机矩阵,则1)的S 谱半径()1ρ=S .2)对于任一正向量z ,成立 lim c ,k k →∞=S z x (5) 其中是相应x ()ρS 的特征向量,是某个常数.c 证明:显然是随机矩阵[1,1,=e T ?]S 的特征向量,对应的特征值为1.又S 是不可约非负矩阵,且,根据Perron–Frobenius 定理0e >[10]可得:S 的谱半径()1ρ=S .1)式得证.假定S 存在个线性无关的特征向量:,则的线性组合为：m (1)(2)(),m x x x ,?(1)(2)(),m x x x ,?()1c mi i i ==∑.z x (6)所以有:西安电子科技大学学报（自然科学版） 第40卷120 ()1c mkk i i i ==∑,i S z l x (7) (7)中是与i l ()i x 相对应的特征值,不妨假定1()1ρ==S l ,根据Perron–Frobenius 定理[10]知:()1i ρ=S l <,.2,3,i m =?对(7)式两边以为参数取极限:k ()(1)()(1)112lim lim c c lim c c c ,m mkk i k i i ii i k k k i i →∞→∞→∞====+=∑∑1=S z x x x x l l x (8) 其中(1)1c c ,===x x e ).2)式得证.定理1:对于连通的无线传感器网络,在网络节点频率相同的情况下,无论各节点的初始相位如何取值,经过算法1进行反复的时钟交换和更新,最终各节点的相位(0)t (1n +t 趋向一致.即实现网络的相位同步.证明:对邻接矩阵A 按行归一化处理后得到的矩阵为.由随机矩阵的定义P [10-11]知矩阵为随机矩阵.又因为强连通图G 的充要条件是其邻接矩阵P A 是不可约矩阵[10],所以为不可约随机矩阵. P 由邻接矩阵和度序列向量的定义得(4)式右边为:()./()n n =A t d P t 创,这样(4)简化为:(1)()n .n +=t P t ´ (9) 由(9)式可得:2(1)()(1)(0)n n n n ,+= =− =…=t P t P t P t ´´´ (10) P 为不可约随机矩阵,由引理1可得:T lim (1)lim (0)c c[1,1,1].n n n n →∞→∞+===…t P t x ´ (11) 这说明在本文所提算法中,无论网络各节点的初值如何取值,节点的相位最终趋于一致,即达到相位同步.定理1得证.2.2 频率同步频率是晶体振荡器固有属性,频率的不同步是晶体振荡器固有属性,而相位的同步则不是其固有属性,是由于频率不同步和网络节点运行时间的不同产生的.所以频率和相位的感知是不同的.节点的本地时钟可以分为硬件时钟和软件时钟.硬件时钟用晶振脉冲作为时间度量的基准,软件时钟用一个计数器记录振荡器产第1期 师超等：一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案 121生的脉冲数量,每当脉冲数累计到预设的阈值后就输出一个中断信号并重新开始计数.通过调整计数器的阈值可以构造出不同频率的软件时钟.在实际处理中,人们不可能对晶体振荡器固有的频率做出调整,只能对软件时钟做处理.本文的BRS 算法只要求知道晶振的初始频率,晶振的初始频率信息一般从其硬件说明书获得,并且在网络的同步开始可以方便地使用软件处理[12].在同步过程中可以认为网络节点能够感知自己的频率信息[9].现在我们考虑存在频率偏差的情况,即,,1,2i j T T i j i j N ≠ , ≠=….类似2.1节中相位同步过程,不同的是在此过程中各个节点广播和接收的时钟信息是频率信息.并且假定时钟信息从发送端到接收端无延迟.算法2 BRS 频率同步算法 1.对于连通网络中的每个节点在时刻,1,2j N =…n 0,1,2,n =…,∞,分别广播自己频率信息.(),1,2,j T n j N =…,2.处于节点j 的广播域的节点i 接收来自其邻居节点的频率信息(),1,2,j T n j =…,Κ,其中Κ为接收到信息总数.节点i 对接收到的这个相位信息做算术平均Κ11()Kj j T n K=∑,把此平均值作为节点i 的下一个时刻度的相位,即: 1n + 11(1)()Ki j T n T n K =+=∑.j).n (12) 3.节点i 将更新后的相位信息广播给其邻居节点.(1i T n +4.上述过程反复进行直至网络所有节点的时钟频率达到一个相同的值,即整个网络达到分布式频率同步.我们用向量表示这个节点当前时刻的时钟频率,在不考虑传播延迟的情况下有:12()[()()()]TN n T n T n T n = … T N (1)*()n +=T P T (13) 其中表示网络拓扑图的归一化邻接矩阵.P 定理2:对于连通的无线传感器网络,无论网络节点的初始频率如何取值,经过算法2进行反复的时钟交换和更新,最终各节点的频率(0)T (1n )+T 趋向一致.即实现网络的频率同步.证明:同定理1. 3 同ATSP 算法进行比较A TSP 算法是由Wu [9]等人最近提出的一种无线传感器网络时间同步协议.该协议通过节点对之间的信息交换,使实现网络各节点同步于其初始值的平均值,具体算法如下:西安电子科技大学学报（自然科学版） 第40卷122 1)网络拓扑图中每条边的节点对分别交换本地时钟信息和;,)i j (()i t n ()j t n 2)节点的下一个时钟刻度设置为节点对时钟刻度的平均值,即1(1)(1)(()());2i j i j t n t n t n t n +=+=+ (14) 3)上述过程按一定的边顺序反复进行.在文献[9]中,作者把A TSP 协议同TPSN 协议进行比较,认为A TSP 协议的同步精度要高于TPSN 协议,但这是以大量的消息交换为代价的.下面对本文的BRS 同步算法和A TSP 同步算法在收敛速度、同步误差及能耗等方面做定性分析或定量比较. 3.1 同步收敛速度本文的BRS 同步算法充分利用无线信道的广播特性来提高同步的收敛速度和降低网络能耗.节点i 在向节点j 发送其时钟信息时,节点的其他邻居节点同样能收到此信息,同理节点i j 在向节点i 发送其时钟信息时,节点j 的其他邻居节点也能收到此信息,将各节点收到的信息做算术平均作为它们下一时刻的时钟刻度.此算法只对收到的信息做处理,所以算法简单.本文所提的BRS 算法中节点在调整自己的时钟信息时参考了和其相邻所有节点的时钟信息,而A TSP 算法只利用了其相邻节点其中一个的时钟信息,所以本文的BRS 算法达到同步的收敛时间要小于A TSP 算法的收敛时间.3.2 随机延迟和同步误差在2.1和2.2节中我们忽略了时钟信息的随机延迟,但实际情况中信息从发送端到接收端的消息延迟总是客观存在的.文献[6]将消息延迟细分为发射、接入、传输、传播、接受和接收六个分量.这六个分量体现在发端和接端的不同网络层次上.用随机变量表示节点ij qj 的消息到节点i 的随机延迟,则本文算法1中第2步,节点i 的下一个时刻度的相位实际更新应为:1n + 11(1)(())Ki j j t n t n q K =+=+∑ .ij(15) 在A TSP 算法中,节点i 有延迟的消息更新为:1(1)(()()).2i i j t n t n t n q +=++ ij (16) 不确定的时间消息延迟是同步误差的主要来源[9],提高同步精度的重要方法就是设法减少消息延迟,例如通过MAC 层或物理层时间戳技术来消除一些随机延迟因素的影响以提高同步精度[1].如同文献[9],本文用消息随机延迟的方差来表示同步误差.(16)中的是(15)中个中的一个,假定这个随机变量的方差分别为:ij qK ij q K ij q 12,,,K σσ…σ,其最小值为,最大值为.min σmax σ用,分别表示A TSP 同步方案和BRS 同步方案的同步误差,由(15)和(16)得:(a)D Δ(b)D Δ11(a)=Kj j D K =Δσ∑,1(b)=2j D Δσ,则min max (a)D σ≤Δ≤σ,min max 11(b)22D σ≤Δ≤σ,所以BRS 的同步误差比A TSP 的同步误差要高,但误差上界为A TSP 同步误差的两倍.第1期 师超等：一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案 1233.3 能量消耗无线传感器网络是能量受限的分布式网络,在设计其时间同步算法时必须考虑能耗问题,无线传感器网络的能效问题贯穿于WSN 通信协议开发的始终[13].在无线通信中,发射消息总是比接收消息消耗更多的能量[14],本文的BRS 同步算法通过广播方式一方面减小了消息发送数量节约能量、降低能耗,另一方面提高收敛速度缩短同步时间节约能量、降低能耗.在A TSP 同步算法中一个边的两对节点完成消息交换需要发射两次消息.假定由节点组成的连通网络图中,每个节点的平均度为,则A TSP 算法完成一遍循环要发射消息的数量为,而BRS 算法完成一遍循环要发射消息的数量为.例如在个节点的全连接网络中,每个节点都和其他个节点相连接(即每个节点的度为),在A TSP 算法完成一遍循环要发射消息的数量为,而BRS 算A TSP N ave d 2ave Nd N N 1N −1N −2(1)N N −BRS 44.1内均匀分布,1网络中各个节18n =图1分布式无线网络拓扑图 图2网络节点的相位同步仿真西安电子科技大学学报（自然科学版）第40卷124图3本文BRS算法和ATSP算法收敛比较 图4 BRS算法和ATSP算法的同步误差仿真比较 在图1的拓扑结构中取节点3和节点4分别按A TSP同步算法和BRS同步算法进行相位更新,通过观察它们的相位变换来比较这两种算法的收敛速度,仿真结果如图3示.可以看到A TSP算法在时刻各个节点相位才能达到一个相同值,而本文的BRS算法在54n=20n=时刻各个节点相位就可以达到一个相同值.这说明本文算法的收敛速度要快于A TSP算法.在网络图中节点的度值越大这种效果越明显.在图1示的网络图中,节点3的度为2,节点4的度为4,所以节点4的收敛快速性要明显优于节点3.节点的度值越大,表明接收到的信息越多,因而收敛速度越快,这个结果符合预期.另外可以看到本文的BRS算法与A TSP算法最终的收敛值并不一致,这是由于两种算法机制不同.本文算法通过计算接收到邻居节点的算术平均使网络中各节点达到某一个均值,这个均值与网络拓扑和初始值的分布都有关系,但不一定是各节点的初始平均值,而ASTP算法的目的就是要各节点同步于其初始值的平均值.4.2误差比较下面我们对BRS同步算法和A TSP算法的同步误差做仿真实验.实验环境为图1示的5节点组成一个连通的分布式无线传感器网络,其初始相位在区间内均匀分布.每个节点接收来自邻居节点的广播时钟信息，通过算法1不断地更新自己的相位值,每个节点的每次接收时钟信息中都会有消息延迟产生.在仿真试验中假定随机延迟在区间均匀分布.如同文献[9],我们用能量函数(或李亚普洛夫函数)来表示同步误差,其中为节点i在n时刻的实际相位,(0,1)(0.001,0.01)21()(()())NiiF n t n t=⎡=−∞⎣∑ ⎤⎦()i t n ()t∞为理解状况下,网络各节点的相位收敛值.图4为BRS同步算法和A TSP算法的同步误差仿真比较图,由图4可以看到BRS同步误差比A TSP的同步误差略大,但不会超过A TSP的同步误差的两倍,此仿真实验结果和3.2节的理论分析基本一致.综上可得:尽管BRS同步算法的误差比A TSP同步算法误差略高,但BRS同步算法能带来同步收敛速度快、网络能耗低的好处.实际应用中可以通过MAC层或物理层时间戳技术来消除一些随机延迟因素的影响以提高同步精度.5 结束语在设计无线传感器网络的时间同步协议时,要考虑许多制约因素:低成本的时钟晶振、无线的网络环境、能量及计算存储能力受限、高密度的网络节点,网络节点随时可能脱离网络等.这些因素决定了时间同步协第1期师超等：一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案125议应该是分布式的,且不能有复杂的路由选择和复杂的计算.本文提出一种简单的分布式无线传感器时间同步方案,网络节点只进行邻居之间的时钟信息交互.充分利用无线网络环境的广播特性,一个节点在发送时钟信息时,其邻居节点都会接收到此时钟信息.一个接收节点可以收到许多相邻节点发送来的时钟信息,将收到的当前时刻的这些时钟信息进行算术平均,并将结果作为自己下一个时刻的时钟刻度,然后再将此时钟刻度广播给其相邻节点.如此反复进行,最终使网络所有节点的时钟趋于一致,即实现了网络的分布式同步.这种方法通过一次接收许多邻居节点的时钟信息提高同步收敛速度,通过广播方式发射时钟信息减少了消息发送数量降低能耗.作者以后的研究工作中会考虑网络拓扑在动态变化时的时间同步该如何设计,以及如何提高同步收敛速度使网络能耗到达最优.参考文献：[1] Yik-Chung Wu, Qasim Chaudhari,et al. Clock Synchronization for Wireless Sensor Networks [J]. IEEE SignalProcessing Magazine, 2011, 124-138.[2] Ian F.Akyildiz, Mehmet Can Vuran .Wireless Sensor Networks [M]. New Y ork: Wiley, 2010, 243-264.[3] Y.W. Hong, A. Scaglione. A Scalable Synchronization Protocol for Large Scale Sensor Networks and ItsApplications [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 2005, 23(5):1085-1099.[4] Roberto Pagliari, Anna Scaglione. Scalable Network Synchronization with Pulse-Coupled Oscillators [J]. IEEETransactions on Mobile Computing, 2011, 10(3):392-404.[5] J.Elson, L.Girod, D.Estrin. Fine-grained Network Time Synchronization Using Reference Broadcasts [C]. FifthSymposium on Operating System Design and Implementation, 2002, 147-163.[6] S.Ganeriwal, R.Kumar, M.B.Srivastava. Timing Sync Protocol for Sensor Networks [C]. First InternationalConference on Embedded Network Sensor Systems, 2003, 138-149.[7] K.Noh, Q.Chaudhari, E.Serpedin, et al. A New Approach for Time Synchronization in Wireless SensorNetworks: Pairwise Broadcast Synchronization [J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2008, 7(9):3318-3322.[8] M. Leng, Yik-Chung Wu. On Clock Synchronization Algorithms for Wireless Sensor Networks UnderUnknown Delay [J]. IEEE Transactions on V ehicular Technology, 2010, 59(1):182-190.[9] J.Wu, L.Jiao, R.Ding. A verage Time Synchronization in Wireless Sensor Networks by Pairwise Messages[J].Computer Communications, 2012, 35(2):221-233.[10] R. A. Horn, C. R. Johnson. Matrix Analysis [M]. Cambridge University Press, Cambridge, 1985.[11] J. Liu, S. Mou, A.S Morse, et al. Deterministic Gossiping [J].Proceeding of the IEEE,2011,99(9):1505-1524.[12] J.V an Greunen, J.Rabaey. Lightweight Time Synchronization for Sensor Networks [C], the Second AcmInternational W orkshop on Wireless Sensor Networks and Applications, 2003, 11-19.[13] 李延晓,张月玲,管桦,等.一种无线传感器网络MAC 层能量有效算法 [J].西安电子科技大学学报.2012,39(1), 168-171.Li Y anxiao, Zhang Y ueling, Guan Hua, et al. Novel Low Energy Consumption MAC Protocol for the Wireless Sensor Networks [J]. Journal of Xidian University, 2012, 39(1): 168-171.[14] K-Y. Cheng, K-S. Lui, Y.-C. Wu, et al. A Distributed Multi-hop Time Synchronization Protocol for WirelessSensor Networks Using Pairwise Broadcast Synchronization [J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2009, 8(4):1764-1772.。
第七章 时间同步【无线传感网络】
其他协议
TMSP的时间同步技术 TSMP中的节点定期进行时间更新 TSMP应用于规模不大的无线MESH网络，加之其是 基于TDMA的协议，所以其时间同步精度较高；由于 充分利用了ACK消息等通信机制，因此同步的通信开 销也不大。
其他协议
LTS时间同步协议 基于树形结构的轻量级同步协议依靠树形分层结构 进行全网的时间同步，类似于TPSN。 LTS的多跳同步机制包含两种方式：集中式和分布式。
TSync同步协议 TSync是一个混合式协议。该协议结合了基于树的同 步方法和类似RBS的接收者——接收者同步模式。因 此，TSync实际包含两个协议：分层索引时间同步协 议和独立时间请求协议
无线传感器网络wirelesssensornetworks202092第七章时间同步tpsnrbsftsptmspltstsync内容提要wsn时间同步技术背景在无线传感器网络中每个传感器节点都有各自的时钟为了正常进行协调工作满足上层应用和其他协议的要求节点间必须进行时间同步
无线传感器网络
Wireless Sensor Networks
• RBS协议不是去同步报文的收发双方，而是去同步报文的 多个接收者。
RBS
• RBS中是通过广播同步信标分组实现接收节点之间的相对 时间同步，信标分组本身并不需要携带任何时标，不依 赖于信标的发送时间。
• 由于无线信道的广播特性，信标分组相对所有接收节点 而言同时发送到物理信道上，这样就除去发送时间和访 问时间引入的时间同步误差。
• 集中式系统与分布式系统
• 集中式：事件间有着明确的时间先后关系，不存在同步问题 • 分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同
无线传感器网络的时间同步技术
数 据 包 的转 发 ， 据 传 送 时 间就 被 延 长 ； 最 后 ， 间 同 步对 数 ③ 时 于 常用 的介 质 访 问控 制协 议 如 Ｔ ＭＡ） （ Ｄ 的实 施 也 是必 不 可 少 的 。 是 ， 线 传 感 器 网络 的 时 间 同步 也 面 对 着 很 多 的挑 战 。 但 无
中 图法分类号 ：Ｐ０． Ｔ ３１ ６
文献 标识码 ： Ａ
文章 编号 ：００ ０４２０） １ ０６ ２ １ ． ２ （ ７０． ７． ０７ ０ ０ ０
Ｆ ｎ ａ ｎ ａ ｃ ｎ ｑ ｅｆ ｒｗｉ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｅｗｏ ｋ ： Ｔ ｍｅｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉ ｎ ｕ ｄ ｍｅ ｔｌ ｅ ｈ ｉｕ ｏ ｒ ｅ ｓｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓ ｔ ｅ ｎ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｏ
个 适应性 比较好 的时间 同步服务 ，以保证数据 的一致性和
协调 性。时间同步是 同步分布式数据感 知和控制所必须 的 。 而且 ， 在无线传感器 网络 中很多常用 的服务 ， 包括协调、 通信、
ｅ ｐ ｃ ａｌ ｅｌ ｔｎ ｙ Ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｔ ｅｉ ａ ｔ ｆ ｃ ｒ ｉｔｅ ｉ ｓ ａ ｅ ｄ ｌ ｅｙ ｉ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｓ ｅ ｉｌ ｔ ｅ ｃ ￣ ｈ ｒｆ ｒ， ｈ ｙ ｈ ａ ｍｐ ｃ ｅ ｔ ｎ ｉｓｉ ｒ ｏ ｍｅ ｓｇ ｅ ｉ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ． ｏ ｕ ｎ ａ ｎ ａ
ＶＯ１ ２ ．８
ＮＯ １ ．
计 算 机 工程 与设 计
Ｃｏ ｐ ｔｒＥ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＤｅ ｉｎ ｍ ｕｅ ｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 １ ０７ 月
Ｊ ｎ．２ ０ ａ ０ ７
无线传感器网络的时间同步技术
谢 洁锐 ， 胡 月 明 ， 刘才兴 ， 刘 兰
无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法研究
无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法研究无线传感器网络是一种由许多无线传感器节点组成的分布式网络系统，其具有自主感知、自组织和自适应等特点，在许多领域都有广泛的应用。
在无线传感器网络中，节点之间的时间同步与时钟漂移校准是保证网络正常运行的重要问题。
本文将探讨无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法的研究。
时间同步是指无线传感器网络中各个节点通过某种方法将自己的时钟与其他节点的时钟同步，以保证节点之间的协同工作和数据收集的准确性。
时间同步在无线传感器网络中有着重要的意义。
首先，时间同步可以实现数据的时序关联，使得节点之间可以准确地进行数据交互和协同处理。
其次，时间同步可以提高无线传感器网络的能量效率。
节点之间的时间同步可以避免冲突和能量浪费，从而延长网络的寿命。
此外，时间同步还可以提供准确的事件触发和时间戳，为网络中的事件定位和数据分析提供支持。
在无线传感器网络中，节点之间的时钟存在着不同程度的时钟漂移。
时钟漂移是指节点时钟的频率偏差，也就是实际时钟与真实时钟之间的差异。
时钟漂移对于时间同步和数据收集的准确性有着重要影响。
如果时钟漂移不能得到准确的校准，将导致网络中数据的误差累积，进而影响节点之间的通信和协同工作。
目前，针对无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准问题，已经提出了许多研究方法和算法。
下面将介绍其中两种常见的方法：网络全局时间同步和分布式时间同步。
网络全局时间同步方法是指通过一个或多个专门的节点将网络中的所有节点之间的时钟同步。
这种方法可以确保网络中的所有节点具有相同的时间参考，从而实现严格的时间同步。
其中最常用的方法是基于时间源的同步方法。
在这种方法中，一个节点被选为时间源，并向其他节点广播自己的时间信息。
其他节点通过接收时间源节点的信号进行时钟同步。
时间源节点可以是网络中的某个特定节点，也可以是多个节点的组合。
此外，还有一些基于无线信道延迟和节点距离的时间同步方法。
这些方法通过测量节点之间的无线信道延迟和节点之间的距离来实现时钟同步。
无线传感器网络中的节点定位与时钟同步研究
无线传感器网络中的节点定位与时钟同步研究无线传感器网络是一种由大量分布式节点组成的网络系统，这些节点能够通过无线通信和协作来共同完成感知、计算和通信任务。
节点定位和时钟同步是无线传感器网络中的两个关键问题，对于网络性能和应用效果具有重要影响。
节点定位是指确定无线传感器网络中节点的位置信息。
节点位置信息对于许多无线传感器网络应用至关重要，例如环境监测、目标跟踪和基于位置的服务。
准确的节点定位能够提供更精确和可靠的数据，提高网络性能。
在无线传感器网络中，节点定位通常通过各种技术和算法来实现，例如基于信号强度、距离和角度等的定位方法。
研究者们通过模型建立、算法设计和实验验证等手段，不断改进节点定位算法的准确性和鲁棒性。
时钟同步是指无线传感器网络中节点之间的时钟差异小于一定阈值，从而保证节点之间的时间同步。
时钟同步对于无线传感器网络中的数据采集、事件触发和协议协作等关键任务至关重要。
在传感器网络中，由于节点分布广泛且受到环境干扰，节点之间的时钟差异会逐渐累积，导致网络性能下降。
为了解决这个问题，研究者们提出了多种时钟同步算法，包括基于硬件和软件的方法。
这些算法通过协议设计、时钟校准和数据同步等手段，使得节点能够实现高度一致的时间。
无线传感器网络中的节点定位和时钟同步研究对于网络的性能和应用的效果具有重要意义。
首先，准确和可靠的节点定位能够提高数据的精度和可用性，从而提高网络的性能。
其次，节点定位和时钟同步能够为许多实时应用提供重要支持，例如目标跟踪和基于位置的服务。
最后，节点定位和时钟同步技术的研究对于无线传感器网络的部署和管理具有重要指导意义，能够提高网络的可扩展性和可维护性。
在无线传感器网络中，节点定位和时钟同步研究存在一些挑战。
首先，由于无线传感器网络中节点分布广泛，节点之间的通信受到信号衰减、多径传播和干扰等因素的影响，导致节点定位和时钟同步的准确性下降。
其次，节点定位和时钟同步算法需要考虑能量效率，以尽量减少对节点能源的消耗。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｎ ｎ ｒ ｇ ｌ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｈ ｒ ｔ ｃ ｌｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｒ ｔ ｌ ａ ｓ ｅ ａ ｆ ｃ ｅ ｙ ｎ ｉ ｈ ｏ ｉｅ ｄ ｓ ｒｂ ｔｏ ．Ｓ ｎ ｏ — ｅ ｕ ａ ｅ ｗｏ ｋ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ａ ｅ ｗｉ ｌｏ ｂ ｆ ｔ ｄ ｂ ｅ ｇ ｂ ｒ ｓｚ ｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ａ ｌ ｅ
收敛速度。 规模 为 ｉ０个节点的类均匀 网络实验结果表 明， ０ 该文提 出的加速 算法在没有显著改变节点平均传输半径 的情况下可使分布式一致时间 同步协议 的收敛迭代次数降低约 ２ ％。 ５ 关键词：无线传感器 网络 ；分布式一致 ；时间同步；加速
中图分类号 ：Ｔ ３３ Ｐ ９
文献标识码： Ａ
第 ３ 第 ９期 ２卷 ２１ ０ ０年 ９月
电
子
与
信
息
学
报
Ｖｏ ． ２ ． １ ＮＯ ９ ３
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＥｌｃ ｒ ｎ ｃ ｏ ｒ ａ ｅ ｔ ｏ ｉ ｓ＆ Ｉ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｎ ｏ ｍ ｔｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Ｓｐ ． ０ ０ ｅ ｔ２ １
无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计
李 立 刘勇攀 杨华中 汪 蕙
北京 １０ ８ ） ０ ０４ ｆ 清华 大学 电子工程 系清华信 息国家实验 室
摘
要：该文研究 了基于分布式一致 的无线传感器 网络时间同步协议 的收敛和加速 问题 。 通过将其 同步迭代 过程 映
文 章编号 ：１０—８６２１）９ ０５０ ０９５９ （ ００— ４— ０ ２ ７
Ｄ Ｉ １． ２／ ＰＪ １６ ０９ １３ Ｏ ： ０ ７４Ｓ ．１４ ． ０． ２４ ３ ． ２ ０
Ｃｏ ｖ ｒ ｅ ｅ Ａｎａ ｙ ｉ ｎ ｃ ｌ ｒ ｔｎ ｓｇ ｏ ｓ ｒｂｕ ｅ ｎ ｅ ｇ ｎｃ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ａｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｇ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ Ｓ ｎ ｈ ０ ｉａ ｉ ｎ Ｐｒ ｔ ｃ ｌｉ ｉｅｅ ｓＳ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓ ｎ ｅ ｓ ｓＴｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔｏ ｏ ｏ ｏ ｎ Ｗ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅ ｗｏ ｋ
Ｌｉ ｉ Ｌ Ｌ ｕＹ ｎ －ａ ｉ ｏ ｇｐ ｎ Ｙａ ｇ Ｈｕ － ｈ ｎ ｎ ａｚ ｏ ｇ Ｗ ａ ｇ Ｈｕ ｎ ｉ
射到马尔可夫链 的状态转移过程， 推导 出了分布式一致时间同步协议在循环网中的收敛速度与节点邻居数和 网络规 模有关。Ｍａｌ ｔ ｂ仿真实验表 明该结论对类均匀规则网和类均匀 网也是正确的。此外 ，对于类均匀 网，邻居数分布 ａ
也 会 影 响 协 议 的 收敛 速 度 。 因此 该 文 提 出 了基 于 改变 网络 邻 居 数 分 布 的 加 速 算法 来提 高分 布 式 一 致 时 间 同步 协 议 的
（ ｅａｔ ｎ Ｅｅｔ ｎｃ ｎ ｉｅ ｉ ， ｓ ｇｕ ｎｖｒｉ ｊ ｅｉｇ ００４ Ｃ ｉａ Ｄｐｒ ｍｅｔ ｌ ｒ ｉＥ ｇ ｅ ｎ Ｔｉ ｈ ａＵ ｉ ｓｙ Ｂ ｉｎ ０８ ， ｈｎ） ｃｏ ｎ ｒ ｇ ｎ ｅ ｔ ｊ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｐ ｐ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ｎ ｃ ｅｅ ａ ｉ ｎ ｉｓ ｅ ｆｄ ｓ ｒｂ ｔ ｄ ｃ ｎ ｅ ｓ ｓ ｔｍｅ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｚ ｔｏ ｓｒ ｃ ： ｓ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｓｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ａ ｄ ａ ｃ ｌｒ ｔｏ ｓ ｕ ｓｏ ｉｔ ｉ ｕ ｅ ｏ ｓ ｎ ｕ ｉ ｙ ｈ ｏ ｉａ ｉ ｎ ｐ ｏ ｏ ｏ ｓ ｉ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｒ ｔ ｃ ｌ ｎ ｗｉｅ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ．Ｂｙ ｍａ ｐ ｎ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｎ ｉｅ ａ ｉ ｎ ｏ Ｍ ａ ｋ ｖ ｄ ｍａ ｎ， ｈ ｐ ｅ ｎ ｐ ｉ ｇ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉ ｔ ｒ ｔｏ ｓ ｔ ｒ ｏ ｏ ０ ｉ ｔ ｅｕ ｐ ｒａ ｄ ｌ ｗｅ ｏ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ｃ ｌ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃｒ ｕ ａ ｔ ｎ ｔ ｒ ｓ ｗｈ ｃ ｒ ｖ ｓ ｔ ａ ｈ ｒ ｔ ｃ ｌ ｏ ｒ ｂ ｕ ｄ ｆ ｐ ｏ ｏ ｏ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ａ ｅ ａ ｅ ｄ ｄ ｃ ｄ ｉ ｉｃ ｌ ｎ ｅ ｗｏ ｋ ， ｉｈ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｒ ｔ ｅａ ｅ ｏ ｎ ｄ ｅ ｇ ｂ ｒｓｚ ｎ ｅ ｗｏ ｋ ｓｚ ． ａ ｌ ｂ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｉ ｏ ｕ ｉ ｒ ｒ ｇ ｌ ｒ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ａ ｅ ｉ ｒ ｌ ｔ ｄ ｔ ｏ ｅｎ ｉ ｈ ｏ ｉｅ ａ ｄ ｎ ｔ ｒ ｉｅ Ｍ ｔａ ｉ ｌ ｔｏ ｅ ｕ ｔ ｃ － ｎ ｆ ｍ ｅ ｕ ａ ｓ ｎ ｏ ｎ ｔ ｒ ｓ ｎ ｏ ｕ ｉ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｎ ｉ ａ ｅ ｈ ａ ｅ ｏ ｃ ｕ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｅ ｖ ｒ ｔ ｓ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｏ ｕ ｉ ｒ ｅ ｗｏ ｋ ａ ｄ ｃ － ｎ ｆ ｍ ｅ ｗｏ ｋ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ｅ ｓ ｍ ｃ ｎ ｌ ｓ ． ｏ ｏ ｒ ｏ ｅ ，ｉ ｆ ｕ ｄ ｈ ｔ ｎ ｃ － ｎ ｆ ｍ ｉ ｏ
ａ ｃ ｌ ｒ ｔｎ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｉ ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｇ ｌ ｏ ｉｈ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ， ｗｈ ｃ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ｒ ｔ ｏ ｄ ｓ ｒｂ ｔ ｄ ｏ ｓ ｎ ｕ ｔｍｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｉ ｈ ｍ ｒ ｖ ｓ ｈ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ａ ｅ ｆ ｉｔ ｉ ｕ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓ ｓ ｉ