無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的同步技術(shù)

內(nèi)容概要

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以高度分布式的拓撲結(jié)構(gòu)，通過無線的傳輸方式，把在不同地點的傳感器連接成為網(wǎng)絡(luò)，共同完成感知／監(jiān)控、計算、通信、控制等功能，在軍事和民用方面都有著廣泛的應(yīng)用。
　　《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的同步技術(shù)：參數(shù)估計、性能基準(zhǔn)及協(xié)議》研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一：時鐘同步技術(shù)。當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)融合、功率管理、傳輸調(diào)度、定位和安全等許多操作時，時間同步對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。本書在介紹通用時鐘模型的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一系列適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步協(xié)議，特別是推導(dǎo)了有效的時鐘偏移估計方案和其性能基準(zhǔn)。
　　本書為電子和計算機工程的研究生提供了理解和學(xué)習(xí)時鐘同步協(xié)議、算法和性能的非常有價值的參考，也為相關(guān)研究人員在設(shè)計有效的時鐘同步算法、改進現(xiàn)有的同步協(xié)議的性能過程中提供很好的幫助。

作者簡介

　　阿欽·瑟潘?。‥RCHIN SERPEDIN）1999年在美國Virginia大學(xué)獲得電子工程博士學(xué)位后，加入Texas
A＆M大學(xué)，現(xiàn)為該大學(xué)副教授。他的研究興趣在統(tǒng)計信號處理和無線通信。Serpedin博士擔(dān)任了多個期刊的副主編，這些期刊包括IEEE
Transactions on Wireless Communication，IEEE Transactions on Signal
Processing， IEEE Transactions on Communications， IEEE Signal
Processing Letters和IEEE Communication Letters。
　　卡西姆·M·喬哈里（QASIM M.CHAUDHAR）2008年在美國Texas
A＆M大學(xué)獲電子工程博士學(xué)位，現(xiàn)為巴基斯坦lqra大學(xué)助理教授。在進入學(xué)術(shù)界以前，他在伊斯蘭堡Communication
Enabling Technologies公司的
SoC工具小組工作，后來任職于Qualcomm公司的HSDPA性能測試小組。
　　他的研究興趣包括數(shù)字通信、估計和檢測理論，特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計和同步。

書籍目錄

譯者序
前言
第1章 緒論
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.2 時間同步
1.3 時間同步的重要性
1.4 時鐘同步的研究進展
1.5 本書概述
第2章 時間同步的信號模型
2.1 時鐘定義
2.2 設(shè)計要點
2.3 定時信息傳輸中的延時構(gòu)成
第3章 時間同步協(xié)議
3.1 成對同步
3.1.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)定時同步協(xié)議（TPSN）
3.1.2 TINY-SYNC和MINI-SYNC
3.1.3 參考廣播同步（RBS）
3.1.4 泛洪時間同步協(xié)議（FTSP）
3.2 全網(wǎng)同步
3.2.1 TPSN的擴展
3.2.2 低復(fù)雜度時間同步（LTS）
3.2.3 RBS的擴展
3.2.4 FTSP的擴展
3.2.5 成對廣播同步（PBS）
3.2.6 時間擴散協(xié)議（TDP）
3.2.7 同步和異步擴散算法
3.2.8 基于脈沖傳輸?shù)膮f(xié)議
3.3 自適應(yīng)時間同步
3.3.1 速率自適應(yīng)時間同步（RATS）
3.3.2 基于RBS的自適應(yīng)時鐘同步
3.3.3 自適應(yīng)多跳時間同步（AMTS）
第4章 時間同步的基本方法
4.1 發(fā)送端-接收端同步（SRS）
4.2 僅接收端的同步（ROS）
4.3 接收端-接收端同步（RRS）
4.4 比較
第5章 時鐘偏移的最小方差無偏估計（MVUE）
5.1 系統(tǒng)架構(gòu)
5.2 利用順序統(tǒng)計的最優(yōu)線性無偏估計（BLUE-OS）
5.2.1 對稱鏈路延遲
5.2.2 非對稱鏈路延遲
5.3 最小方差無偏估計（MVUE）
5.3.1 非對稱鏈路延遲
5.3.2 對稱鏈路延遲
5.4 解釋性說明
第6章 時鐘相偏和頻偏估計
6.1 高斯延遲模型
6.1.1 時鐘相偏的最大似然估計（ML）
6.1.2 時鐘相偏估計的克拉美-羅下界（CRLB）
6.1.3 時鐘偏移和偏斜的聯(lián)合最大似然估計（JMLE）
6.1.4 時鐘相偏和頻偏估計的克拉美-羅下界（CRLB）
6.2 指數(shù)延遲模型
6.2.1 時鐘相偏的克拉美-羅下界（CRLB）
6.2.2 時鐘偏移和偏斜的聯(lián)合最大似然估計（JMLE）
第7章 時鐘相偏和頻偏估計的簡化方案
7.1 運用第一個和最后一個數(shù)據(jù)采樣
……
第8章 成對廣播同步（PBS）
第9章 非活動節(jié)點的高能效時鐘估計
第10章 對非活動節(jié)點時鐘同步的一些改進和廣義估計方案
第11章 自適應(yīng)多跳時間同步（AMTS）
第12章 為實現(xiàn)長期同步的時鐘漂移估計
第13章 接收端-接收端協(xié)議中時鐘偏移和頻偏的聯(lián)合同步
第14章 時鐘偏移的魯棒估計
第15章 結(jié)論及未來研究的方向
縮略詞
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)時間同步已經(jīng)被研究得很徹底了，在文獻[2]的研究中，提出了很多同步協(xié)議。然而對于WSNs，在設(shè)計時間同步協(xié)議時，需要考慮很多特別的和重要的因素，這些因素將在下面列出來?！　?.能量消耗　　在WSNs中，能量消耗是一個非常重要的考慮因素，因為有限且不可充電的能量資源。因此，WSNs應(yīng)該被設(shè)計成每個傳感器節(jié)點維持最小的能量開支。在這點上，一般會考慮各種類型的功率控制程序，例如休眠／喚醒模式和動態(tài)路由控制。因為要獲時鐘同步需要無線傳輸，而無線傳輸將消耗大量能量，因此時間同步是能量消耗的一個關(guān)鍵部分，一個研究表示，用于一個節(jié)點時間同步的能量消耗是近似于一個節(jié)點總能量消耗的17%。Pottie和Kaiser在文獻中指出，在距離為100m時傳送lbit信息需要的射頻（RF）能量大致等同于執(zhí)行三百萬個指令的能量（如3焦耳）。因此，開發(fā)有效的同步算法反映了一個理想機制，即用增加計算的能量代價達到減少RF能量消耗的目的?？偠灾?，在設(shè)計時間同步協(xié)議時，能量效率是最關(guān)心的?！　?.延遲　　在設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)時，信息傳輸中的延遲是最基本因素。對于依靠多跳傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)如WSNs，因為隨著跳數(shù)的增加，信息傳輸?shù)臅r延不確定性就大大增加，減少延遲顯得尤為重要。還有，無線信道的變化，節(jié)點的移動性和WSNs中自組織特性的影響，都使同步問題變得更復(fù)雜。因此有效定位和時間同步協(xié)議對于減少延遲錯誤和抖動是必須的?！　　?/pre>








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