發(fā)布時(shí)間：2018-11-25 15:28

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)相互通信形成的一個(gè)多跳自組織分布式系統(tǒng)，它為解決相關(guān)交通監(jiān)測(cè)問題提供一種新的理論和方法。時(shí)間同步作為面向交通監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)基于時(shí)分復(fù)用機(jī)制的鏈路層協(xié)議或路由協(xié)議、交通狀態(tài)感知節(jié)點(diǎn)的協(xié)作感知以及網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)融合等起著至關(guān)重要的作用。本文以面向交通監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為研究背景，針對(duì)其時(shí)間同步中的若干關(guān)鍵問題展開了深入研究，主要研究工作如下： （1）針對(duì)非樹狀層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中如何以較少同步報(bào)文開銷實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步問題，提出了一種基于兩跳鄰居信息的貪婪性同步拓?fù)渌惴�。該算法首先利用改進(jìn)的泛洪型層探測(cè)方法構(gòu)建非樹狀層次型結(jié)構(gòu)；然后提出了基于兩跳鄰居信息的貪婪性廣播元組篩選策略；最后通過MATLAB仿真平臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證所提出方法的同步報(bào)文開銷；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同仿真條件下，基于兩跳鄰居信息的貪婪性同步拓?fù)錁?gòu)建方法在非樹狀層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的同步報(bào)文開銷相比GPA、DMSP、TPSN等算法均表現(xiàn)出良好的能量有效性和優(yōu)越性。 （2）針對(duì)樹狀層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中如何以能量有效性的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步問題，提出了一種基于單跳鄰居信息的貪婪性同步拓?fù)渌惴�。該算法首先利用已有分簇路由協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)成簇方法和同層節(jié)點(diǎn)的鄰居握手協(xié)議構(gòu)建樹狀層次型結(jié)構(gòu)；然后提出了基于單跳鄰居信息的貪婪性廣播元組篩選策略；最后通過MATLAB仿真平臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證所提出方法的同步報(bào)文開銷；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同仿真條件下，基于單跳鄰居信息的貪婪性同步拓?fù)錁?gòu)建方法在樹狀層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的同步報(bào)文開銷相比TPSN、ERTSP、CCS、HRTS等算法均表現(xiàn)出良好的能量有效性和優(yōu)越性。 （3）針對(duì)貪婪性同步拓?fù)錀l件下的時(shí)鐘偏差估計(jì)問題，，提出了一種基于高斯時(shí)延模型的WSN時(shí)間同步算法。該算法首先利用貪婪性廣播元組的無線廣播特性實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間本地時(shí)間戳的局部共享；其次根據(jù)一階線性時(shí)鐘模型建立節(jié)點(diǎn)間本地時(shí)間戳的相互依賴關(guān)系；然后圍繞層內(nèi)與層間時(shí)鐘偏差的估計(jì)問題，分別設(shè)計(jì)基于高斯時(shí)延模型的層內(nèi)時(shí)鐘偏差估計(jì)方法和層間時(shí)鐘偏差估計(jì)方法；最后通過MATLAB仿真平臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證所提出方法的同步精度；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于高斯時(shí)延模型的WSN時(shí)間同步算法能夠以較高的同步精度適用于貪婪性同步拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)其層內(nèi)時(shí)鐘偏差估計(jì)算法的同步精度相比RBS、TPSN、RTSP以及HRTS算法，分別提高22.51s、14.64、3.17和1.5；層間時(shí)鐘偏差估計(jì)算法的平均同步誤差低于TPSN算法，且相比TPSN算法提升5.29。 （4）針對(duì)貪婪性同步拓?fù)錀l件下低同步能耗與高同步精度的均衡問題，提出了一種基于分量解耦融合的WSN時(shí)間同步算法。該算法首先根據(jù)貪婪性同步拓?fù)渲懈黝惞?jié)點(diǎn)本地時(shí)間戳間的相互依賴關(guān)系，建立有關(guān)層內(nèi)節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘偏差的兩種估計(jì)方式；然后利用多傳感器信息的分量解耦融合計(jì)算層內(nèi)節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘偏差的融合值，并以最小均方誤差為原則估計(jì)分量解耦過程中引入的加權(quán)參數(shù)；最后通過仿真實(shí)驗(yàn)分析所提出算法的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于分量解耦融合的時(shí)間同步算法能夠在不增加額外同步能耗的條件下進(jìn)一步提高時(shí)間同步的精度，而且在同步報(bào)文開銷均為40的仿真條件下，時(shí)間同步精度與TSP-GDM-IL、PBS、ERTSP、TPSN、RBS算法相比，分別提高4.02s、4.52s、7.19s、13.8s以及25.48s。 （5）構(gòu)建了一種面向交通監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案首先描述了時(shí)間同步測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；然后在測(cè)試系統(tǒng)中融入了基于兩跳鄰居信息的貪婪性同步拓算法、基于單跳鄰居信息的貪婪性同步拓?fù)渌惴ā⒒�于高斯時(shí)延模型的WSN時(shí)間同步算法以及基于分量解耦融合的WSN時(shí)間同步算法的核心思想，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步拓?fù)涞臉?gòu)建、在線同步軟件的設(shè)計(jì)以及離線同步軟件的設(shè)計(jì)；最后通過設(shè)定測(cè)試場(chǎng)景對(duì)比分析了時(shí)間同步測(cè)試系統(tǒng)的同步報(bào)文開銷與同步精度；實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，基于貪婪性廣播元組的層次型同步拓?fù)錁?gòu)建方法和基于高斯時(shí)延模型的時(shí)間偏差估計(jì)能夠以良好的能量有效性和較高的時(shí)間同步精度適用于WSN-TS應(yīng)用場(chǎng)景。 通過研究面向交通監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的拓?fù)錁?gòu)建方法、時(shí)鐘偏差估計(jì)策略以及同步時(shí)鐘偏差融合模型，論文從能量有效性、同步精確性、同步能耗與精度的均衡性以及同步可擴(kuò)展性四個(gè)方面解決了面向交通監(jiān)測(cè)的WSN時(shí)間同步存在的若干關(guān)鍵問題。該研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)面向交通監(jiān)測(cè)的WSN時(shí)間同步應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U491.116

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2356598