AL123 人文社科免费专区文学 2024-06-09

计算机网络时间同步原理与应用_贺鹏_AZW3_MOBI_EPUB_PDF_电子书（无页码）_贺鹏

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5.6本章小结 5.6.1 同步算法比较单向广播算法普遍具有较高的同步精度，尤以FTSP最好，并且基于Sender--Receiver 的算法在多数性能方面普遍优于基于Receiver--Receiver的算法。其中，DMTS相对简单，算法复杂度低，网络开销小，扩展性好，是一种灵活轻量、能量高效、适合全域同步的算法，可以满足多数精度要求不太高的同步应用。FTSP使用分级单向广播方式，能同时对相位偏差和频率偏差进行补偿，可以应对根节点的失效和网络拓扑的变化，是相对比较有效的算法。有较高的鲁棒性，在精确度、扩展性等方面也有较大优势，可实现全网同步。但该算法收敛时间较长，能耗较高。RBS算法是一个比较系统的无线传感器时间同步算法，使用不分级单向广播的方式实现多接收节点间的同步，消除了发送端的不确定性，能够取得较高的精度。但计算量和同步开销较大，能耗也较高，扩展性有限，属于局部网络。如表5.3所示，双向传输算法普遍具有较好的鲁棒性、较快的收敛速度和较低的复杂度，由于TPSN和PTP改进了算法，增加了复杂度，获得了很高的同步精度。TPSN使用分级方式实现全域时间同步，精度高，扩展性较好。由于是双向传输，节点间同步频繁，通信开销和能量消耗比较大，且不支持动态变化网络，影响了算法的鲁棒性。该算法只能实现相位偏差瞬间补偿，无法进行频率偏差补偿，随着网络规模的增长，其收敛性急剧下降。LTS是一种轻量级的同步算法，设计目的不在于提高精度，而在于减少复杂度，最小化能量开销，收敛时间与节点深度相关。tiny--Sync/Mini--Sync也是两个轻量级算法，只要通过交换少量报文就能提供具有确定误差上界的相位偏差和频率偏差补偿，对网络带宽、存储容量和处理能力等资源的占用非常有限。由于对相位偏差和频率偏差的估计是不变的，低成本的石英晶体振荡器又很难保证时钟长时间的稳定，所以该算法精度不高，扩展性也不好，适合局部网络。PTP-LRWPAN具有很高的精确度，它是通过提高石英晶体振荡器的性能、在硬件层次交互时间戳、增加报文交换次数等一系列改进措施后得到的，只适合一些特殊应用。时间同步算法比较如表5.3所示。表5.3 时间同步算法比较单双组合算法在报文传输方式上，既有单向广播环节，也有双向传输环节，所以在算法性能方面也承继了两类算法的特点，精确度一般，有较好的扩展性、鲁棒性，较低的能效性、收敛性和较高的复杂度。 5.6.2 算法改进与优化算法设计的首要目标在于提高精度和降低能耗，对其他性能的追求反映在算法的改进与优化上，最终还是为提高精度和降低能耗服务。目前几乎所有的时间同步算法或协议都是基于节点间打印时间戳的报文广播和报文交换，许多算法就是通过精确设置和计算打印时间戳的时刻点来提高时间同步精度的，而另一些算法则通过单向广播报文和捎带技术或减少报文交换次数来降低同步的能耗。单跳网络域的时间同步算法已经比较成熟，精度一般在微秒量级到亚微秒量级，能耗也较低，能够满足大多数应用场合。对于多跳全域网络的同步，随着规模的不断扩大，跳数的增加，累计误差越来越大，导致同步精度下降。目前关于WSN时间同步算法改进与优化的研究比较多，主要集中在精度与能耗两方面，也有追求其他某一方面特性的，更多是在方法层面，实质性进展不大。提高精确度的主要方法有：①对传统算法进行研究与改进；②将算法相互融合，比如DMTS与TPSN、TPSN与RBS等；③对基于时间同步机制的层次化网络协议进行改进；④基于数理统计的同步误差消减算法优化，比如最小二乘线性回归(LSLR)、卡尔曼滤波(Kalman Filter)、贝叶斯估计(Bayesian Estimation)等方法的应用；⑤选用高品质硬件，比如高精度OSC等。降低能耗、提高能效性的主要方法有：①减少通信成本，简化同步机制，比如主动同步机制、主动休眠机制、按需同步机制等；②降低感知成本；③提高存储与计算效能；④优化分簇结构；⑤改进层次化等级结构；⑥引入时隙对准机制等。当然，有些算法在两个或多个方面都有改善。除以上算法外，还有其他算法，比如TSync、共识时钟同步(Consensus Clock synchronization，CCS)、全球时钟同步(Global Clock synchronization，GCS)、事后同步(Post--Facto synchronization，PFS)、节能参考广播同步(Energy--effiCient Reference Broadcast synchronization，ERBS)、生物激励时间同步算法(Bio--inspired time synchronization Algorithm，BTSA)、Adaptive RBS、时间戳同步(time--stamp synchroniz......