所有有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步都很重要。它允許網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)之間的有效通信。然而，它對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尤其重要。無(wú)線節(jié)點(diǎn)中的同步允許在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上使用TDMA算法。無(wú)線時(shí)間同步用于許多不同的目的，包括位置、接近度、能源效率和移動(dòng)性等等。
在部署節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們的確切位置是未知的，因此使用時(shí)間同步來(lái)確定它們的位置。此外，時(shí)間戳消息將在節(jié)點(diǎn)之間傳輸，以確定它們彼此之間的相對(duì)接近程度。時(shí)間同步用于節(jié)能；它將允許節(jié)點(diǎn)休眠給定時(shí)間，然后定期喚醒以接收信標(biāo)信號(hào)。許多無(wú)線節(jié)點(diǎn)都是電池供電的，因此節(jié)能協(xié)議是必要的。節(jié)點(diǎn)之間有共同的時(shí)序?qū)⒃试S確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的速度。
同步的需求是顯而易見的。除了確定位置、接近度或速度等許多用途外，還需要它，因?yàn)橛布r(shí)鐘并不。振蕩器存在變化，時(shí)鐘可能會(huì)漂移，并且在節(jié)點(diǎn)之間觀察到的事件時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間不會(huì)相同。需要時(shí)間和時(shí)間同步的概念，尤其是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。
有線時(shí)間同步和無(wú)線時(shí)間同步的講解
1.1 有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步
對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，常見的是兩種時(shí)間同步方法。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議和**定位系統(tǒng) (GPS) 都用于時(shí)間同步。這兩種協(xié)議都不適用于無(wú)線同步。兩者都需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中不可用的資源。
網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議需要一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘，通常是帶有原子鐘的服務(wù)器。想要與服務(wù)器同步的客戶端計(jì)算機(jī)將發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求時(shí)間信息的UDP數(shù)據(jù)包。然后服務(wù)器將返回計(jì)時(shí)信息，因此計(jì)算機(jī)將同步。由于許多無(wú)線設(shè)備由電池供電，因此具有原子鐘的服務(wù)器對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是不切實(shí)際的。
GPS 需要無(wú)線設(shè)備與衛(wèi)星通信才能同步。這需要在每個(gè)無(wú)線設(shè)備中都有一個(gè)GPS接收器。同樣由于功率限制，這對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是不切實(shí)際的。傳感器網(wǎng)絡(luò)也由廉價(jià)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)上的GPS接收器會(huì)很昂貴，因此不可行。GPS的時(shí)間精度取決于接收器在給定時(shí)間可以與多少衛(wèi)星通信。這并不總是相同的，因此時(shí)間精度會(huì)有所不同。此外，**定位系統(tǒng)設(shè)備依賴于與衛(wèi)星的視線通信，這在部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的地方可能并不總是可用。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的限制不允許傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受限于大小、功率和復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議和GPS都不是針對(duì)這種限制而設(shè)計(jì)的。
1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步
時(shí)間同步的定義并不一定意味著所有時(shí)鐘在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都匹配。這將是嚴(yán)格的同步形式，也是難實(shí)現(xiàn)的。準(zhǔn)確時(shí)鐘同步并不總是**的，因此可以使用從寬松到嚴(yán)格的協(xié)議來(lái)滿足您的需求。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同步方法有三種基本類型。就算是相對(duì)時(shí)間，也是簡(jiǎn)單的。它依賴于消息和事件的順序。基本思想是能夠確定事件1是否在事件2之前發(fā)生。只需比較本地時(shí)鐘以確定順序即可。 時(shí)鐘同步并不重要。
下一種方法是相對(duì)時(shí)序，其中網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘相互獨(dú)立，節(jié)點(diǎn)跟蹤漂移和偏移。通常，一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)保存有關(guān)其與相鄰節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的漂移和偏移量的信息。節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)將其本地時(shí)間與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間同步。大多數(shù)同步協(xié)議都使用這種方法。
一種方法是全局同步，其中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)恒定的全局時(shí)間尺度。這顯然是復(fù)雜和難實(shí)現(xiàn)的。很少有同步算法使用這種方法，特別是因?yàn)檫@種類型的同步通常不是必需的。
所有的無(wú)線同步方案都有四個(gè)基本的數(shù)據(jù)包延遲分量：發(fā)送時(shí)間、訪問時(shí)間、傳播時(shí)間和接收時(shí)間。發(fā)送時(shí)間是發(fā)送者構(gòu)造的時(shí)間消息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臅r(shí)間。訪問時(shí)間是訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí)MAC層延遲的時(shí)間。這可能正在等待以 TDMA 協(xié)議傳輸。比特在介質(zhì)上物理傳輸?shù)臅r(shí)間被認(rèn)為是傳播時(shí)間。接收時(shí)間是指接收節(jié)點(diǎn)處理消息并將其傳送給主機(jī)。時(shí)間同步的主要問題不僅在于存在這種數(shù)據(jù)包延遲，而且難以預(yù)測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)包所花費(fèi)的時(shí)間。任何這些將大大提高同步技術(shù)的性能。
如圖所示，時(shí)間同步或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有許多不同的變體。它們的范圍從非常復(fù)雜且難以實(shí)施到較簡(jiǎn)單且易于實(shí)施。無(wú)論使用哪種方案，所有同步方法都有四個(gè)基本組成部分：發(fā)送時(shí)間、訪問時(shí)間、傳播時(shí)間和接收時(shí)間。
有許多同步協(xié)議，其中許多彼此沒有太大區(qū)別。與任何協(xié)議一樣，基本思想始終存在，但缺點(diǎn)是不斷發(fā)展的。將詳細(xì)討論三種協(xié)議：參考廣播同步 (RBS)、傳感器網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步協(xié)議 (TPSN) 和泛洪時(shí)間同步協(xié)議 (FTSP)。這三種協(xié)議是目前用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要定時(shí)協(xié)議。還有其他同步協(xié)議，但這三個(gè)很好地說(shuō)明了不同類型的協(xié)議。這三個(gè)包括發(fā)送方到接收方的同步以及接收方到接收方。此外，它們還涵蓋單跳和多跳同步方案。
