无线传感器网络同步技术

　　PREFACE page XI
　　1 INTRODUCTION page 1
　　1.1 Wireless Sensor Networks 1
　　1.2 Time Synchronization 2
　　1.3 Importance of Time Synchronization 3
　　1.4 History of Clock Synchronization 4
　　1.5 Outline 6
　　2 SIGNAL MODELS FOR TIME SYNCHRONIZATION page lO
　　2.1 Definition of Clock lo
　　2.2 Design Considerations 11
　　2.3 Delay Components in Timing Message Delivery 13
　　3 TIME SYNCHRONIZATION PROTOCOLS page 15
　　3.1 Pairwise Synchronization - 16
　　3.1.1 Timing-Sync Protocol for Sensor Networks （TPSN） 16
　　3.1.2 Tiny-Sync and Mini-Sync 8
　　3.1.3 Reference Broadcast Synchronization （RBS） 19
　　3.1.4 Flooding Time Synchronization Protocol （FTSP） 21
　　3.2 Network-Wide Synchronization 21
　　3.2.1 Extension of TPSN 22
　　3.2.2 Lightweight Time Synchronization （LTS） 22
　　3.2.3 Extension of RBS 23
　　3.2.4 Extension of FTSP 23
　　3.2.5 Pairwise Broadcast Synchronization （PBS） 24
　　3.2.6 Time Diffusion Protocol （TDP） 24
　　3.2.7 Synchronous and Asynchronous Diffusion Algorithms 26
　　3.2.8 Protocols Based on Pulse Transmissions - 27
　　3.3 Adaptive Time Synchronization 28
　　3.3.1 Rate-Adaptive Time Synchronization （RATS） 28
　　3.3.2 RBS-based Adaptive Clock Synchronization 29
　　3.3.3 Adaptive Multi-Hop Time Synchronization （AMTS） 30
　　4 FUNDAMENTAL APPROACHES TO TIME SYNCHRONIZATION page 32
　　4.1 Sender-Receiver Synchronization （SRS） 33
　　4.2 Receiver-Only Synchronization （ROS） 36
　　4.3 Receiver-Receiver Synchronization （RRS） 39
　　4.4 COmparisons 41
　　5 MINIMUM VARIANCE UNBIASED ESTIMATION （MVUE）OF CLOCK OFFSET page 42
　　5.1 The System Architecture - 43
　　5.2 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics（BLUE-OS） 45
　　5.2.1 Symmetric Link Delays 47
　　5.2.2 Asymmetric Link Delays - 48
　　5.3 Minimum Variance Unbiased Estimation （MVUE） 51
　　5.3.1 Asymmetric Link Delays 5
　　5.3.2 Symmetric Link Delays 55
　　5.4 Explanatory Remarks 57
　　6 CLOCK OFFSET AND SKEW ESTIMATION page 62
　　6.1 Gaussian Delay Model 63
　　6.1.1 Maximum Likelihood （ML） Clock Offset Estimation - 63
　　6.1.2 Cramer-Rao Lower Bound （CRLB） for Clock Offset 64
　　6.1.3 Joint Maximum Likelihood Estimation （JMLE） of Clock Offset and Skew 64
　　6.1.4 Cramer-Rao Lower Bound （CRLB） for Clock Offset and Skew 67
　　6.2 Exponential Delay Model. 69
　　6.2.1 Cramer-Rao Lower Bound （CRLB） for Clock Offset - 70
　　6.2.2 Joint Maximum Likelihood Estimation （JMLE） of Clock Offsetand Skew 73
　　7 COMPUTATIONALLY SIMPLIFIED ScHEMEs FOR ESTIMATION OF CLOCK OFFSET AND SKEW page 90
　　7.1 Using the First and the Last Data Sample 91
　　7.1.1 Gaussian Delay Model 91
　　7.1.2 Exponential Delay Model 92
　　7.1.3 Combination of Clock Offset and Skew Estimation 95
　　7.1.4 Simulation Results 96
　　7.2 Fitting the Line Between Two Points at Minimum Distance Apart 99
　　7.2.I Simulation Results lol
　　7.2.2 Computational Complexity Comparison lo2
　　8 PAIRWISE BROADCAST SYNCHRONIZATION （PBS） - page lo4
　　8.1 Synchronization for Single-Cluster Networks lo5
　　8.2 Comparisons and Analysis lo5
　　8.3 Synchronization for Multi-Cluster Networks - lo7
　　8.3.1 Network-Wide Pair Selection Algorithm （NPA） lO8
　　8.3.2 Group-Wise Pair Selection Algorithm （GPA） - 1io
　　8.4 Comparisons and Analysis 114
　　9 ENERGY-EFFICIENT ESTIMATION OF CLOCK OFFSET FOR INACTIVE NODES page 118
　　9.1 Problem Formulation 119
　　9.2 Maximum Likelihood Estimation （MLE） 121
　　9.3 Cramer-Rao Lower Bound （CRLB） 132
　　9.3.1 CRLB for the Clock Offset of Inactive Node q 133
　　9.3.2 CRLB for the Clock Offset of Active Node t' 137
　　9.4 Simulation Results 138
　　10 SOME IMPROVED AND GENERALIZED ESTIMATION SCHEMES FOR CLOCK SYNCHRONIZATION OF INACTIVE NODES page 14o
　　10.1 Asymmetric Exponential Link Delays 141
　　10.1.1 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics （BLUE-OS） 142
　　10.1.2 Minimum Variance Unbiased Estimation （MVUE） 145
　　10.1.3 Minimum Mean Square Error （MMSE） Estimation 149
　　10.2 Symmetric Exponential Link Delays - 151
　　10.2.1 Best Linear Unbiased Estimation Using Order Statistics（BLUE-OS） 15I
　　10.2.2 Minimum Variance Unbiased Estimation （MVUE） 153
　　10.2.3 Minimum Mean Square Error （MMSE） Estimation 155
　　11 ADAPTIVE MULTI=HOP TIME SYNCHRONIZATION （AMTS） page I57
　　11.1 Main Ideas - 158
　　11.2 Level Discovery Phase 159
　　11.3 Synchronization Phase 159
　　11.4 Network Evaluation Phase 16o
　　11.4.1 Synchronization Mode Selection 16o
　　11.4.2 Determination of Synchronization Period 162
　　11.4.3 Determination of the Number of Beacons 164
　　11.4.4 Sequential Multi-Hop Synchronization Algorithm （SMA） 164
　　11.5 Simulation Results - 167
　　12 CLOCK DRIFT ESTIMATION FOR ACHIEVING LONG-TERM SYNCHRONIZATION - page 169
　　12.1 Problem Formulation 17o
　　12.2 The Estimation Procedure 271
　　13 JOINT SYNCHRONIZATION OF CLOCK OFFSET AND SKEW IN a RECEIVER-REcEIVER PROTOCOL page 177
　　13.1 Modeling Assumptions 177
　　13.2 Joint Maximum Likelihood Estimation （JMLE）of the Offset and Skew 178
　　13.3 Application of the Gibbs Sampler 179
　　13.4 Performance Bounds and Simulations 181
　　14 ROBUST ESTIMATION OF CLOCK OFFSET page 185
　　14.1 Problem Modeling and Objectives - 187
　　14.2 Gaussian Mixture Kalman Particle Filter （GMKPF） 189
　　14.3 Testing the Performance of GMKPF - 192
　　14.4 Composite Particle Filtering （CPF） with Bootstrap Sampling （BS） 196
　　14.5 Testing the Performance of CPF and CPF with BS 204
　　15 CONCLUSIONS AND FUTURE DIRECTIONS page 211
　　ACRONYMS page 214
　　REFERENCES page 218
　　INDEX page 227

　　    无线传感器网络在民用与军用设备中有着广泛的应用。微传感器以无线互联的形式完成高度分散系统中的感应、计算、通信以及控制等工作。塞佩丁编著的《无线传感器网络同步技术（影印版）》介绍了无线传感器网络部署中的一项最关键的技术：同步技术。《无线传感器网络同步技术》概述了无线传感器网络中的时钟同步协议，着重讲解了导出高效时钟补偿评估方法以及运行评估指标等技术手段。《无线传感器网络同步技术（影印版）》适合电子信息专业、计算机专业的高年级本科生、研究生以及相关研究人员阅读。