学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线传感器网络时间同步算法的研究与应用

作　者: 陈乔
导　师: 张毅坤；张彤
学　校: 西安理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 事件触发同步 累计时延 最早截止时间优先调度 XUTSN节点
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 228次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


无线传感器网络被认为是21世纪最有影响的21项技术之一,也是近年来信息技术中被广泛关注的研究热点。无线传感器网络的本质特点就是将数据的采集、处理和传输融于一体,极大扩展了人与自然的交互范围和方式,在人类社会中有着广泛应用前景。时间同步技术是无线传感器网络的一项重要支撑技术,它对传感器网络中节点定位、数据融合等技术的实现具有重大意义,因为这些技术都是以网络中传感器节点保持时间同步作为基础的。本文先介绍了无线传感器网络时间同步的研究现状,然后具体分析研究了无线传感器网络时间同步的必要性、系统的时钟同步模型、同步技术及其分类。然后深入分析了各种同步机制的原理,并按照无线传感器网络时间同步算法的评价指标对这些算法进行了比较分析。在此基础上,本文针对在由事件触发、部分节点同步的无线传感器网络应用中,传统时间同步算法周期性全网同步存在不必要的能耗问题,提出了一种基于事件触发的时间同步补偿算法,该算法通过分别统计出沿途的累计处理时延并补偿传输延时的方式实现部分节点同步。并在XUTSN硬件平台(基于CC2431片上系统)以及软件平台(定制的TinyOS操作系统1上实现了该算法。其中在算法实现过程中,主要做了3个方面的工作：(1)移植TinyOS到XUTSN硬件平台。TinyOS是一种嵌入式开源操作系统,由于基于组件模型实现而具有良好的跨平台性和高效性,非常适用于资源相对受限的无线传感器网络应用。(2)对TinyOS调度机制进行了改进,实现了一种非抢占式最早截止时间优先(EDF)调度策略。TinyOS2.x的FCFS调度机制在实时性不够,无法满足时间同步之类对实时性要求较高的应用,本文分析了FCFS任务调度机制,同时研究几种其他的调度机制,在TinyOS中实现了一种非抢占式基于最早截止时间优先(EDF)的任务调度构件。根据实验的验证分析,EDF调度机制能有效增强TinyOS的实时性能。(3)在定制和改进的TinyOS系统中实现了基于事件触发的时间同步补偿算法。本文最后通过仿真实验和实际实验验证,结果表明,本文提出的基于事件触发的时间同步补偿算法在兴趣节点数量较少和事件发生频率较低的情况下该算法具有良好的同步效果和节能性。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-19
  1.1 选题背景  9-14
    1.1.1 无线传感器网络概述  9-12
    1.1.2 无线传感器网络的特点  12-13
    1.1.3 无线传感器网络的应用  13-14
  1.2 选题的目的和意义  14-15
  1.3 WSN时间同步的国内外研究进展  15-17
  1.4 本文研究内容与论文结构  17-19
2. WSN时间同步算法研究  19-31
  2.1 WSN时间同步原理  19-22
    2.1.1 节点的时钟模型  19-20
    2.1.2 同步过程中的延时分析  20-21
    2.1.3 同步机制原理  21-22
  2.2 经典的WSN时间同步算法研究  22-27
    2.2.1 WSN时间同步算法的分类  22
    2.2.2 TPSN算法及其改进算法  22-24
    2.2.3 RBS算法及其改进算法  24-25
    2.2.4 DMTS算法  25-26
    2.2.5 FTSP算法  26
    2.2.6 其他算法  26-27
  2.3 WSN时间同步算法比较分析  27-29
    2.3.1 WSN时间同步算法的评价指标  27-28
    2.3.2 WSN时间同步算法的比较分析  28-29
  2.4 本章小结  29-31
3. 基于事件触发的时间同步算法的设计  31-39
  3.1 智能地震波信息采集系统需求  31-32
  3.2 系统体系结构设计  32-34
  3.3 算法的设计思路  34-36
    3.3.1 事件触发同步的延时补偿思想  35
    3.3.2 多跳节点间的同步思想  35-36
  3.4 基于事件触发的时间同步算法描述  36-38
  3.5 本章小结  38-39
4. 传感器节点软硬件设计与实现  39-53
  4.1 硬件平台设计与实现  39-41
  4.2 软件系统及开发语言的选择  41-44
    4.2.1 TinyOS操作系统  42-43
    4.2.2 NesC语言  43-44
  4.3 TinyOS的移植工作  44-47
    4.3.1 开发工具链定制  44-46
    4.3.2 移植需要完成的工作  46-47
  4.4 对TinyOS调度机制的改进  47-52
    4.4.1 TinyOS2.x调度机制原理  47-48
    4.4.2 调度算法的改进分析  48-49
    4.4.3 非抢占的EDF调度机制的实现  49-51
    4.4.4 改进效果实验分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
5. 基于事件触发的时间同步算法的实现与分析  53-59
  5.1 基于事件触发的时间同步算法实现过程  53-55
    5.1.1 程序总体框架  53-54
    5.1.2 主要的数据结构  54-55
  5.2 算法的复杂度分析  55-56
  5.3 应用实验分析  56-58
    5.3.1 实验过程描述  56-57
    5.3.2 测试结果分析  57-58
  5.4 本章小结  58-59
6. 总结与展望  59-61
  6.1 本文总结  59
  6.2 研究展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-67
硕士期间发表论文及获奖情况  67

相似论文

  1. 基于无线传感器网络的粮库粮情监测系统设计,TP274.4
  2. 嵌入式无线网络传感器的研究与设计,TP212
  3. 无线网络传感器及其微型操作系统的研究,TP212
  4. 一种改进的分布式服务质量路由算法,TP393.01
  5. 应用于交通参数监测的无线网络传感器研究,TN929.5
  6. 支持无线网络传感器的超微型操作系统ZUOS研究与应用,TP316
  7. Ad-Hoc网络多信道MAC层协议的信道分配问题的研究,TN929.5
  8. 基于UWB脉冲信号的测距定位技术,TN929.5
  9. 多端口网络通信平台的设计与实现,TN929.5
  10. 基于软件无线电的数字中频收发信机的设计与实现,TN929.5
  11. 卫星网络中移动IP路由选择的研究,TN929.5
  12. 多载波CDMA的信道编码与信道估计技术的研究,TN929.533
  13. 基于OLSR的Ad Hoc网络功率意识路由协议,TN929.5
  14. DMR集群系统高层协议的设计和研究,TN929.52
  15. 无线自组网中的服务注册技术研究,TN929.5
  16. 智能家居系统中ZigBee节点的研究,TN929.5
  17. 大红山铁矿井下人员跟踪定位系统的优化研究,TN929.5
  18. 一种老年人移动健康监护系统的研究,TN929.5
  19. 无线传感器网络组播路由协议研究,TN929.5
  20. 水声通信网络MAC协议研究,TN929.3
  21. 基于地理位置的WSNs路由算法研究与改进,TN929.5

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
© 2012 www.xueweilunwen.com