無線傳感器網絡中異構的RBS

摘要：本文主要針對參考廣播同步協議（RBS）協議只適合結點相同時才適用的不足。在參考廣播同步協議的基礎上考慮了無線傳感器網絡有異構結點情形的時間同步問題；討論了無線傳感器網絡有異構結點情形的不同結點間時間的偏差；改進后的方法使得協議能適合結點異構的無線傳感器的網絡，并在同步的精確性有所提高的同時能量消耗卻沒有大幅度的上升。

關鍵詞：RBS 時間同步 時鐘偏移 處理時間

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0028-01

1 引言

時間同步對分布式系統而言是非常重要，只有實現了時鐘同步才可相互之間進行通信、協作。時間同步在事件的處理、數據融合、能量管理、傳輸速度等方面有重要應用。過去的三十幾年，人們在時間同步方面做了大量的研究工作，計算機網絡上用的NTP協議是目前Internet網上用的時間同步的協議標準。無線傳感器網絡作為目前熱門的研究課題，在時間同步方面也做了大量的研究工作。研究出了參考廣播同步協議、基于樹的的輕量級同步、定時同步協議、高延遲時間同步協議、時間擴散協議、異步擴散協議及利用概率方法等來處理時間同步的方法。但這些協議大多數是基于結點的結構是一樣的條件下做出的結論。伴隨著無線傳感器網絡應用更深入的發展，不止需要結點結構單一的無線傳感器結點，更需要不同種類、不同應用的結點相互通信、相互協作共同完成感知、匯報任務。參考廣播同步協議（RBS），是基于接收端-接收端的時間同步協議，它的接收者利用接收到的時間戳避免了最大的不確定性（發送時間與訪問時間的不確定性），使的時間精確性已經非常的高。但參考廣播同步協議（RBS）使用的結點結構都是一樣的，不適合異構的結點（不同種類或使用不同協議）構成的網絡。在考慮兩個結點的平均時鐘偏移值時沒有考慮異構結點接收信息之后處理時間的差異，還不能適用于結點異構的網絡。而有異構網絡的結點是隨著無線傳感器網絡大規模應用后的必然結果，因此有異構結點的網絡時間同步是非常值得研究的，也是目前研究的熱點。本文主要是在參考廣播同步協議（RBS）協議的基礎上進一步考慮無線傳感器網絡有異構結點的情形，對參考廣播同步協議（RBS）協議做了改進，使得改進后的協議能適合有異構結點的網絡。

2 異構的RBS協議

參考廣播同步協議（RBS）基本思想是有一個發送時間同步的結點，其余結點利用收到的時間基本上是相同的這個事實，然后在接收者之間進行時間的同步。時間同步常分為本地時鐘同步和邏輯時鐘同步。參考廣播同步協議屬于邏輯時鐘同步，它避免了發送時間與訪問時間的不確定性，之后又利用相互的時鐘偏移值進行同步，由于避免了最大的不確定性，總的來說RBS同步使得這種時間是非常精確的，只是在計算時鐘偏移值時沒考慮網絡有異構結點的情形 。下面我們就對網絡有異構結點的情形做進一步的討論。

接收結點數據處理延時包括接收時間和接受時間。接收時間是指接收結點接收同步信息的的時間，基本是確定的。接受時間指接收結點接收到同步信息后處理的時間，具有不確定性，隨著結點種類的不同有很大差異。在沒異構結點的網絡，數據處理延時基本是一樣的，對結點的邏輯時鐘同步基本沒有影響。但對有異構結點的網絡，接受時間是最大的不確定因素，對結點的時鐘同步影響較大。下面我們主要對異構結點的數據處理延時做詳細的分析。

在異構情形假設我們的模型滿足如下條件：

（1）假設n+1個結點構成的單跳網絡，一個結點發送同步信息，其余n個結點按結點的本地時間接收同步信息。

（2）異構的結點可相互通信。

（3）異構結點的接受時間不同，但相同類型結點的接受時間相同。

（4）在不考慮傳播時間的誤差、不考慮本地結點時鐘飄移的情況下，假設接受者接收同步信息的時間是一樣的。

接受者通過交換本地時間信息來實現時間同步。在不考慮時鐘飄移的情況下， n是接收結點的數目，s表示發送結點發送的同步信息數目。Tu，v為是接收結點u接收到發送結點發送的第v個廣播同步信息的時間。是接收受結點j的接受時間。S為發送同步信息的結點發送的同步信息的個數。則結點i和結點j的平均時鐘偏移為

=

如果結點的時鐘有漂移，可用最小平方線性回歸方法來求取。則在進行同步的時候，除了要計算結點間的時鐘偏移，還需要再加上每個在那一時刻利用最小平方線性回歸方法計算出的自身時鐘漂移值。

以上我們討論了單跳網絡的情形。對多跳含有異構結點的網絡，我們的方法仍是適用的，做法和傳統的網絡相同，只不過在使用的時候需要考慮每個結點的接受時間。

每一類型結點的處理時間基本上是是一樣的，可看做一個常數。對不同類型的結點j的處理時間，可通過實驗測得。

3 結語

本文在參考廣播同步協議的基礎上給出了基于異構的時間同步協議，協議并沒有降低時間同步的精確性，但新協議可使的參考廣播同步協議應用到異構無線傳感器網絡，為無線傳感器網絡結點間相互協作提供了新的可能性。不過我們只從理論上作了討論，目前異構結點間相互通信還難于實現，有待無線傳感器網絡的實現者更進一步相互協作。

參考文獻

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[3]劉偉榮，等.物聯網與無線傳感器網絡技術[M].北京：電子工業出版社，2013.

收稿日期：2016-09-02

作者簡介：張涌逸（1968—），男，山西河曲人，碩士，副教授，主要研究方向為網絡容錯、網絡路由和無線傳感器網絡等。