第7章 时间同步技术.ppt

3．扩展性方面 RBS协议：在全网达到同步后，新节点的加入不会影响到参考广播节点的地位，也就不会对全网的结构造成影响。但是，加入新的参考广播节点会使得情况变得复杂，必须考虑处于不同广播域内的节点达到同步的问题。对于多跳网络的RBS协议需要依赖有效的分簇方法，保证簇之间具有共同的节点，以便簇间进行时间同步。 TPSN协议：从分层过程可以看出，新节点加入后会对网络的拓扑结构造成很大的影响，应此，该协议的扩展性很差，这也是这个协议最大的缺点之一。 FTSP协议：如果加入的是ID号最小的节点，该节点首先使自己与网络达到同步，然后再进行根节点选择，不会影响网络时间同步。如果不是ID号最小的节点，该节点只需要进行时间同步并广播时间同步消息。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术比较 4．鲁棒性方面 RBS协议：由RBS协议的同步原理可以看出，节点失效或网络通信故障不会破坏整个拓扑结构，每个节点都有大量的冗余消息来保证时间同步。但是参考节点失效就会影响到该节点广播域内所有节点的同步。该协议具有较好的鲁棒性。 TPSN协议：当某个节点失效，该节点以下的节点就有可能接收不到时间同步消息，这样就会造成连锁反应，影响到该节点所有的后续节点的时间同步。全网的时间同步会受到个别节点的影响，鲁棒性很差。 FTSP协议：如果是根节点失效，那么其他节点就会开始根节点选择的过程，重新选出一个根节点，这在段时期内会破坏时间同步，但全网很快就能重新达到同步。如果是其他节点失效，由于大量冗余消息的存在，个别节点不会影响全网时间同步。FTSP协议也具有良好的鲁棒性。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术比较 5．能耗方面 可以利用网络中的节点在一次时间同步中平均接收和发送消息的次数来简单的估计时间同步协议的能耗。 RBS协议：要实现两个节点之间的时间同步，节点需要接收一次广播消息，然后再交换一次时间同步消息，平均需要2次消息发送和3次消息接收。协议的能量消耗较大。 TPSN协议：由于这个方法采用的是类客户/服务器模式，所以实现一次时间同步，节点平均需要2次消息发送和2次消息接收，协议的能量消耗相对较小。 FTSP协议：在该协议中，节点接收到时间同步消息后，使得节点本地时间与全局时间达到同步，然后形成新的时间同步消息并发送出去。每次同步，节点平均需要1次消息发送和1次消息接收，协议的能量消耗是最小的。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术比较 传统的无线传感器网络时间同步机制的研究已经非常成熟，实用性也非常强，主要应用在单跳网络中，同步误差在Mica2平台上已经达到几至十几微秒的量级，同步功耗也较低，能够满足大多数应用场合的需要。 然而，当这些时间同步协议被扩展到多跳网络时，目前普遍采取的方法是首先按照节点之间的通信连接关系建立起一定的网络拓扑结构，在该拓扑结构上，按照时间同步协议的约定，未同步节点和所选定的已同步节点之间通过交换含时间信息的同步报文，从而间接地实现与时间基准节点之间的同步。 这种同步机制的特点在于：除时间基准节点的邻居节点外，其余节点并不能直接和时间基准节点同步。鉴于它们与传统的因特网时间同步协议（Network Time Protocol，NTP）在该特点上的相似性，故将它们称为无线传感器网络的传统时间同步协议。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术分析 由于传统时间同步协议在体系结构上的限制，节点不能直接和时间基准节点同步而只能和与时间基准节点存在同步误差的节点进行同步，因此必将出现节点的同步误差随着其离时间基准节点跳距（Hop Distance）的增加而增加的现象，即出现了同步误差的累积。 理论分析和一些实际实验表明，在这些传统的时间同步协议下，即使在最好的情况下，节点的同步误差至少与其跳距的平方根呈正比。随着无线传感器网络的发展，同步误差累积问题将越来越严重： 一方面由于传感器节点体积的不断减小，使得节点的单跳传播距离减小 另一方面由于网络规模的不断扩大使得网络直径不断增加 这两个因素均会导致平均节点跳距的增加，使得同步误差的累积现象更加严重。这对大规模无线传感器网络的应用提出了挑战。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术分析 传统无线传感器网络时间同步协议还面临着可扩展性问题的挑战： 传统的时间同步协议在同步之前总是力图建立起网络拓扑结构，从而把网络中的所有节点有机地组织起来， 当网络规模较小时，这是完全可行的，但当网络规模较大时，由于无线传输的不稳定性以及节点工作的动态性，只有频繁地进行拓扑更新才能跟踪拓扑的变化。 这一方面对于本已非常有限的网络带宽和节点电能供应来说是不可想象的，另一方面把网络拓扑维护的繁重工作交给时间同步协议来解决也并不合适。 第七章 时间同步技术 传统时间同步技术分析 两个新的时间同步技术