Sinkronisasi waktu, seperti dalam semua sistem terdistribusi, merupakan komponen pentingdari jaringan sensor nirkabel (JSN), yang bertujuan untuk memberikan skala waktu yang samauntuk jam lokal node dalam jaringan. Karena semua jam hardware yang tidak sempurna,orang-orang di node yang berbeda dapat melayang dari satu sama lain dalam waktu. Untuk alasan ini,waktu diamati atau durasi interval waktu mungkin berbeda untuk setiap node dijaringan. Namun, untuk aplikasi atau protokol jaringan banyak, diperlukanbahwa pandangan umum waktu ada dan tersedia untuk semua atau beberapa kelenjar dijaringan pada suatu saat tertentu.

Bab ini berfokus pada masalah sinkronisasi waktu, dan ulasanmetode sinkronisasi yang ada dan protokol untuk WSNs. Bagian 9.1 memperkenalkanmasalah sinkronisasi dan tantangan umum untuk sinkronisasimetode. Bagian 9.2 dan 9.3 membahas perlunya sinkronisasi danpersyaratan sinkronisasi dalam WSNs, masing-masing. Bagian 9,4 ulasanmetode sinkronisasi yang ada dan protokol untuk WSNs. Bagian 9.5 menyimpulkandengan ringkasan bab ini dan diskusi singkat dari penelitian masa depanarah.

9.1.1 Jam Komputer dan Masalah SinkronisasiPerangkat komputasi sebagian besar dilengkapi dengan osilator hardware - dibantu komputerjam, yang menerapkan pendekatan C (t) dari real time t sebagaiC t k d C tt00,dimana w (t) adalah frekuensi sudut dari osilator hardware, k adalah proporsionalitas suatusien efisien, dan t 0 adalah nilai awal jam [1]. Untuk jam yang sempurna,dC / dt akan sama 1. Namun, semua jam tunduk pada jam melayang; osilatorfrekuensi akan bervariasi tak terduga karena berbagai efek fisik. meskipunfrekuensi perubahan jam dari waktu ke waktu, hal itu dapat didekati dengan baikakurasi oleh osilator dengan frekuensi yang tetap [2]. Kemudian untuk beberapa simpul i dalamjaringan, kita dapat mendekati jam lokal sebagaiC1 ta12 C2 tb12 .

Kami memanggil 12 drift relatif, dan b 12 relatif offset antara jam darinode 1 dan 2. Jika dua jam sempurna sinkron, arus relatif mereka adalah 1,yang berarti bahwa jam memiliki tingkat yang sama, dan relatif offset adalah nol,yang berarti bahwa mereka memiliki nilai yang sama pada saat itu. Beberapa studi dalam literaturmenggunakan "miring" bukan melayang, defi ning sebagai perbedaan (sebagai lawan rasio)antara tingkat jam [3,4]. Juga, offset dapat dipersamakan disebutkan sebagai "fasemengimbangi ".Masalah sinkronisasi pada jaringan perangkat n sesuai denganmasalah menyamakan jam komputer perangkat yang berbeda. sinkronisasidapat berupa global, berusaha untuk menyamakan C i (t) untuk semua i = 1, 2, ..., n, atau lokal,mencoba untuk menyamakan C i (t) untuk beberapa set node - sebagian besar orang-orang yang secara spasialdekat atau di jalan yang sama antara berkomunikasi node. Menyamakan hanyanilai sesaat (mengoreksi offset) dari jam tidak cukup untuk sinkronisasikarena jam akan hanyut sesudahnya. Oleh karena itu, sinkronisasiSkema harus baik menyamakan tarif jam serta offset, atau berulang kalimengoreksi offset untuk menjaga jam disinkronkan selama periode waktu.The defi nisi di atas sinkronisasi sebenarnya menguraikan bentuk ketatsinkronisasi, di mana seseorang mencari pencocokan sempurna waktu pada jam yang berbeda,tapi defi Definisi ini bisa santai untuk derajat yang berbeda, sesuai dengan kebutuhanaplikasi. Secara umum, masalah sinkronisasi dapat ed klasifi ketiga tipe dasar [5]. Yang pertama dan jenis sederhana penawaran sinkronisasi hanyadengan urutan peristiwa atau pesan. Tujuan sinkronisasi tersebut adalah untukkirim apakah acara E 1 telah terjadi sebelum atau sesudah acara lain E 2 (yaitu, hanyamembandingkan jam lokal untuk pesanan daripada yang mereka disinkronkan). ituprotokol sinkronisasi diusulkan dalam Ref. [6] adalah contoh dari jenis ini. ituTipe kedua dari target sinkronisasi menjaga jam relatif. Dalam sinkronisasi tersebut,node menjalankan jam lokal secara mandiri, namun tetap informasitentang drift relatif dan offset jam untuk jam lain dalam jaringan sehinggabahwa pada setiap saat waktu lokal node dapat dikonversi ke beberapa lainnyasimpul 's waktu setempat dan sebaliknya. Sebagian besar protokol sinkronisasi yang diusulkanuntuk sensor jaringan menggunakan model ini [2,3,7]. Jenis yang ketiga dan yang paling komplekssinkronisasi adalah "always on" model, di mana semua node mempertahankan jam yangdisinkronisasi dengan jam acuan dalam jaringan. Tujuan dari jenis sinkronisasiadalah untuk mempertahankan skala waktu global di seluruh jaringan. sinkronisasiprotokol yang diusulkan dalam Ref. [5] sesuai dengan model ini, tapi penggunaandari "always on" model tidak wajib dalam protokol.

9.1.2 Tantangan umum untuk Metode Sinkronisasi

Semua metode sinkronisasi waktu jaringan mengandalkan semacam pertukaran pesanantara node. Nondeterminism dalam dinamika jaringan, misalnya, propagasiwaktu atau saluran fisik waktu akses, membuat tugas sinkronisasi menantangdalam banyak sistem. Ketika sebuah node dalam jaringan menghasilkan timestamp untukkirim ke node lain untuk sinkronisasi, paket membawa timestamp akanmenghadapi penundaan variabel sampai mencapai dan diterjemahkan pada penerima yang dimaksudkan. inidelay mencegah penerima dari persis membandingkan jam lokal dari duanode dan akurat sinkronisasi ke pengirim. Kami pada dasarnya dapat teruraisumber kesalahan dalam metode sinkronisasi waktu jaringan menjadi empat dasarkomponen:

1. Kirim Time. Ini adalah waktu yang dihabiskan untuk membangun pesan di pengirim. itutermasuk overhead dari sistem operasi (misalnya, switching konteks) danwaktu untuk mentransfer pesan ke antarmuka jaringan untuk transmisi.2. Akses Time. Setiap paket menghadapi beberapa penundaan di kontrol akses media(MAC) lapisan sebelum transmisi yang sebenarnya. Sumber keterlambatan ini tergantungpada skema MAC yang digunakan, tetapi beberapa alasan khas untuk menunda menungguuntuk saluran yang akan menganggur atau menunggu waktu - divisi multiple access(TDMA) slot untuk transmisi.3. Perbanyakan Time. Ini adalah waktu yang dihabiskan dalam penyebaran pesanantara antarmuka jaringan pengirim dan penerima.4. Menerima Time. Ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk antarmuka jaringan daripenerima untuk menerima pesan dan transfer ke tuan rumah.Dalam jaringan yang besar, waktu propagasi dapat menjadi cukup besar dan pentingkarena itu termasuk antrian dan beralih penundaan di router di jalan

antara dua node. Namun, selama dua node dalam jaringan sensor dalamjangkauan transmisi satu sama lain, penundaan ini hanya waktu propagasi daripaket di udara, yang biasanya sangat kecil. Dalam platform hardware Mica,arsitektur sensor node Berkeley [8], sistem - optimasi tingkat untukarsitektur sensor nirkabel diusulkan, yang dapat digunakan untuk menghapusPengaruh keterlambatan yang disebabkan oleh waktu pengiriman dan waktu akses pada keakuratan sinkronisasi.Jika ada kopling ketat antara aplikasi dan komunikasiprotokol, lapisan MAC dapat menginformasikan aplikasi apa menunda paket pengalamansebelum dikirim. Informasi ini bahkan dapat digunakan untuk memodifikasipaket sekali transmisi dimulai sehingga timestamp dalam proyek-paket reflwaktu yang tepat ketika itu dikirim [8]. Demikian pula, jika waktu kedatangan dapat timestampedpada tingkat yang cukup rendah pada penerima, kesalahan karena menerima waktu dapatberkurang karena tidak termasuk biaya overhead sistem operasi, atauwaktu untuk mentransfer pesan dari antarmuka jaringan ke host [3].

9.2 KEBUTUHAN SINKRONISASI PADA WIRELESSJARINGAN SENSORAda beberapa alasan untuk mengatasi masalah sinkronisasi dalam WSNs.Pertama, node sensor harus mengkoordinasikan operasi mereka dan berkolaborasi untuk mencapaitugas penginderaan kompleks. Data fusi adalah contoh dari koordinasi tersebut di manaData yang dikumpulkan pada node yang berbeda dikumpulkan ke dalam hasil yang berarti. untukMisalnya, dalam aplikasi pelacakan kendaraan, node sensor melaporkan lokasi danwaktu di mana mereka merasakan kendaraan ke node wastafel, yang pada gilirannya menggabungkan iniInformasi untuk memperkirakan lokasi dan kecepatan kendaraan. Jelas, jikanode sensor tidak memiliki skala waktu yang sama (yaitu, tidak disinkronkan), estimasiakan tidak akurat.Kedua, sinkronisasi dapat digunakan oleh tenaga - skema tabungan untuk meningkatkanseumur hidup jaringan. Sebagai contoh, sensor dapat tidur (pergi ke kekuasaan - mode hematdengan mematikan sensor dan / atau transceiver mereka) pada waktu dan bangun tepatketika diperlukan. Bila menggunakan kekuatan - modus hemat, node harus tidurdan bangun pada waktu yang terkoordinasi, sehingga penerima radio node tidakdimatikan ketika ada beberapa data diarahkan untuk itu. Hal ini memerlukan waktu yang tepatantara node sensor.Penjadwalan algoritma, misalnya, TDMA, dapat digunakan untuk berbagi transmisimenengah dalam domain waktu untuk menghilangkan tabrakan transmisi danmenghemat energi. Dengan demikian, sinkronisasi merupakan bagian penting dari transmisipenjadwalan.Skema sinkronisasi tradisional, misalnya, waktu protokol jaringan(NTP) [9] atau global positioning system (GPS) [10] tidak cocok untuk digunakan dalamjaringan sensor karena kompleksitas dan energi masalah, biaya dan faktor ukuran.NTP bekerja dengan baik untuk sinkronisasi komputer di Internet, tetapi tidakdirancang dengan energi dan perhitungan keterbatasan node sensor dalam pikiran.Sebuah perangkat GPS mungkin terlalu mahal harus terpasang pada perangkat sensor yang murah,dan layanan GPS mungkin tidak tersedia di mana-mana (misalnya, di dalam gedung atau di bawahair).

9.3 PERSYARATAN SINKRONISASI PADA WIRELESSJARINGAN SENSORBagian ini menyajikan serangkaian luas persyaratan untuk masalah sinkronisasi.Persyaratan ini juga dapat dianggap sebagai metrik untuk mengevaluasi sinkronisasiskema untuk WSNs. Namun, ada trade - off antara persyaratanpada solusi sinkronisasi efi sien (misalnya, presisi vs energi efi siensi).Sebuah skema tunggal mungkin tidak memuaskan sama sekali. Energi Effi efisiensi. Seperti dengan semua protokol yang dirancang untuk jaringan sensor,skema sinkronisasi harus memperhitungkan energi yang terbatassumber daya dalam node sensor. Skalabilitas. Sebagian besar aplikasi jaringan sensor memerlukan penyebaran besarjumlah node sensor. Sebuah skema sinkronisasi harus skala baik denganmeningkatkan jumlah node dan / atau kepadatan tinggi dalam jaringan. Presisi. Kebutuhan presisi, akurasi atau, dapat bervariasi signifitergantung pada aplikasi c spesifik dan tujuan sinkronisasi.Untuk beberapa aplikasi, bahkan pemesanan kejadian yang sederhana dan pesan dapatce suffi, sedangkan untuk beberapa orang lain kebutuhan untuk akurasi sinkronisasimungkin di urutan beberapa mikrodetik. Robustness. Sebuah jaringan sensor biasanya ditinggalkan untuk waktu yang lamaoperasi dalam lingkungan mungkin bermusuhan. Dalam kasus kegagalanbeberapa node sensor, skema sinkronisasi harus tetap berlaku danfungsional untuk sisa jaringan. Lifetime. Waktu disinkronkan antara node sensor yang disediakan oleh sinkronisasiAlgoritma mungkin seketika, atau bisa berlangsung selamawaktu operasi jaringan. Jika skema sinkronisasi sinkronisasidrift dan menghilangkan offset, masa untuk waktu disinkronkan adalahbiasanya jauh lebih tinggi. Lingkup. Skema sinkronisasi dapat memberikan dasar waktu global untuk semuanode di jaringan lokal atau sinkronisasi hanya di kalangan spasial dekatnode. Karena masalah skalabilitas, sinkronisasi global terjadi kesulitan untukmencapai atau terlalu mahal (mengingat energi dan penggunaan bandwidth) dalam jumlah besarjaringan sensor. Di sisi lain, basis waktu umum untuk besarjumlah node mungkin diperlukan untuk data agregat yang dikumpulkan dari jauhnode, mendikte sinkronisasi global. Biaya dan Ukuran. Node sensor nirkabel yang sangat kecil dan murahperangkat. Oleh karena itu, seperti disebutkan sebelumnya, melampirkan relatif besar atau mahalhardware (misalnya, penerima GPS) pada perangkat murah kecil tidak logispilihan untuk sinkronisasi node sensor. Sebuah metode sinkronisasi untukjaringan sensor harus dikembangkan dengan biaya yang terbatas dan ukuran dalam pikiran. Kedekatan. Beberapa aplikasi jaringan sensor, misalnya, daruratdeteksi (misalnya, deteksi kebocoran gas, deteksi penyusup) memerlukan terjadiAcara yang akan dikomunikasikan langsung ke node wastafel. Dalam aplikasi tersebut,jaringan tidak bisa mentolerir segala jenis keterlambatan saat keadaan darurat adalahterdeteksi. Ini disebut kebutuhan kedekatan, dan mungkin mencegahdesainer protokol dari mengandalkan pengolahan yang berlebihan setelah peristiwa semacam itukepentingan terjadi.9,4 PROTOKOL SINKRONISASI UNTUK WIRELESSJARINGAN SENSORAda seperti sejumlah cant signifikan dari penelitian tentang sinkronisasi waktumasalah dalam WSNs yang akan tidak praktis untuk menyajikan rincian semua di sini.Sebaliknya, kami mengidentifikasi tiga lagu utama untuk mempelajari metode sinkronisasi,dan menyajikan beberapa protokol yang ada sebagai wakil untuk setiap lagu. Yang pertamasatu adalah primitif sinkronisasi, meliputi metode untuk membangunsinkronisasi seketika antara node tetangga. Dalam panjang - hidup multihopjaringan sensor, primitif sinkronisasi biasanya digunakan sebagai bangunanblok untuk mencapai networkwide dan / atau panjang - sinkronisasi jangka. Oleh karena itu,trek kedua dan ketiga mempertimbangkan sinkronisasi multihop dan panjang - jangkasinkronisasi, masing-masing. Pada akhir bagian ini, kami merangkum danmengomentari beberapa protokol lain dan kerja yang relevan.9.4.1 Sinkronisasi PrimitifBagian ini berfokus pada metode untuk menyediakan sinkronisasi seketikaantara jam lokal node tetangga dalam jaringan sensor. Kami mengklasifikasikan inimetode sebagai primitif sinkronisasi karena mereka sebagian besar digunakan sebagai dasarblok bangunan untuk sinkronisasi node didistribusikan ke seluruh jaringan.9.4.1.1 Dua - Way Pesan Exchange. Pertukaran pesan dengan cara - Duaantara sepasang node adalah metode konvensional sinkronisasi jam lokaldalam jaringan, yang digunakan oleh NTP untuk jaringan kabel tradisional. iniMetode ini juga blok bangunan dasar dari banyak sinkronisasi networkwideprotokol untuk jaringan sensor, misalnya, waktu - protokol sinkronisasi untuk sensorjaringan (TPSN), yang kami jelaskan secara lebih rinci dalam Bagian 9.4.2.2. meskipunbanyak seluk-beluk mungkin ada dalam pelaksanaan metode ini, kami menyajikanSkema yang digunakan oleh TPSN sini.Untuk mendapatkan hubungan defi definitif antara dua jam dengan satupertukaran pesan, dua asumsi dasar perlu dibuat.

1. offset antara jam konstan dalam jangka waktu kecil selamapertukaran pesan;2. delay propagasi adalah sama di kedua arah.Pertimbangkan dua - pertukaran pesan dengan cara antara node A dan B seperti yang ditunjukkan padaGambar. 9.1. Node A memulai sinkronisasi dengan mengirimkan sebuah paket di T 1 (menurutuntuk jam lokal), yang meliputi A 's waktu setempat saat ini T 1. Node B menerimapaket ini (menurut jam lokal) di T 2 = T 1 + + d, di mana adalah relatifJam offset antara dua node, dan d adalah delay propagasi pulsa.Node B merespon pada waktu T 3 dengan paket pengakuan, yang meliputiJumlah tingkat B dan nilai-nilai T 1, T 2, dan T 3. Kemudian, node A dapat menghitungJam offset dan delay propagasi seperti di bawah ini dan melakukan sinkronisasi sendiri ke B:

9.4.1.2 Referensi Broadcast Sinkronisasi. referensi siaransinkronisasi (RBS), yang diajukan oleh Elson et al. [3], menggunakan pihak ketiga untuk sinkronisasi.Alih-alih sinkronisasi pengirim dengan penerima, skema inimensinkronisasikan satu set penerima dengan satu sama lain. Meskipun penerapannya dijaringan sensor adalah novel, ide penerima - sinkronisasi penerima sebelumnyadiusulkan untuk sinkronisasi dalam lingkungan siaran [11]. Dalam RBSSkema, node mengirim referensi beacon untuk tetangga mereka. Sebuah suar referensitidak termasuk catatan waktu. Sebaliknya, waktu kedatangan digunakan oleh penerimanode sebagai titik acuan untuk membandingkan jam.Dengan menghapus nondeterminism pengirim dari jalur kritis (lihat Gambar.9.2), RBS bisa mencapai presisi yang lebih baik dibandingkan dengan sinkronisasi tradisionalmetode yang menggunakan dua - pertukaran pesan dengan cara antara node disinkronkan. sebagainondeterminism pengirim tidak berpengaruh pada RBS presisi, satu-satunya sumber

kesalahan adalah nondeterminism dalam waktu propagasi dan menerima waktu. itupenulis mengklaim bahwa siaran tunggal akan merambat ke semua penerima di dasarnyawaktu yang sama; maka kesalahan propagasi diabaikan. Merintis ini terutamabenar ketika rentang radio relatif kecil (dibandingkan dengan kecepatan cahayadihitung per sinkronisasi presisi yang diperlukan), seperti halnya untuk jaringan sensor[4]. Oleh karena itu, mereka hanya menjelaskan kesalahan waktu penerima ketikamenganalisis akurasi model mereka.Dalam bentuk yang paling sederhana dari RBS, node menyiarkan pulsa tunggal untuk dua penerima.Penerima, setelah menerima pulsa, bertukar kali mereka menerima daripulsa dan mencoba untuk memperkirakan offset relatif mereka. Skema RBS dasar ini dapatdiperpanjang dengan dua cara:1. Membiarkan sinkronisasi antara penerima n oleh pulsa tunggal, di mana nbisa lebih besar dari dua.2. Meningkatkan jumlah pulsa referensi untuk mencapai presisi yang lebih tinggi.Hal ini ditunjukkan dengan simulasi yang siaran 30 referensi (untuk sinkronisasi tunggaldalam waktu) dapat meningkatkan ketepatan 11-1,6 ms saat sinkronisasisepasang node. Redundansi ini juga dapat digunakan untuk memperkirakan miring jam.Alih-alih rata-rata fase offset dari beberapa pengamatan (misalnya, masing-masingPulsa referensi 30), seseorang dapat melakukan setidaknya - kotak regresi linier dengan iniData. Maka frekuensi dan fase jam node lokal s sehubungan denganremote node dapat pulih dari lereng dan intercept garis, yangmenjelaskan berikutnya untuk Tiny - protokol Sync.

9.4.1.3 kecil - Sync dan Mini - Sync. Kecil - Sync dan Mini - Sync adalah dua ringanalgoritma sinkronisasi yang diusulkan oleh Sichitiu dan Veerarittiphan [2].Para penulis berasumsi bahwa setiap jam dapat didekati dengan osilator denganfi xed frekuensi. Seperti yang dijelaskan dalam Bagian 9.1.1, dua jam, C 1 (t) dan C 2 (t), dapatberhubungan linier dengan asumsi ini sebagaiC1 ta12 C2 tb12,di mana 12 adalah penyimpangan relatif, dan b 12 adalah relatif mengimbangi antara duajam.Algoritma ini menggunakan metode yang sama untuk dua konvensional - pesan caraskema, tapi mendapatkan hubungan antara jam dengan cara yang agak berbeda. Node1 mengirimkan probe pesan ke node 2, timestamped dengan untuk, waktu setempat sebelumpesan dikirim. Node 2 menghasilkan catatan waktu ketika mendapat pesan dit b, dan segera mengirimkan kembali pesan balasan. Asumsi balasan langsungbisa santai tanpa kehilangan umum, tapi kita lewati kasus itu di sini untuk singkatnya.Akhirnya, simpul 1 menghasilkan tr cap sebagai waktu ketika mendapat balasan inipesan. Menggunakan urutan mutlak antara cap waktu ini dan Persamaan. (9.2), yangketidaksetaraan berikut dapat diperoleh.t0 a12 tb b12,tr a12 tb b12.3 - tuple dari cap waktu (untuk, tb, tr) disebut titik data. Kecil - Sync danMini - pekerjaan Sync dengan beberapa set titik data, masing-masing dikumpulkan oleh dua - pesan carapertukaran seperti yang dijelaskan. Karena jumlah data menunjukkan kenaikan, begitu juga presisialgoritma. Setiap titik data sesuai dengan dua kendala padarelatif hanyut dan relatif mengimbangi [Pers. (9.3) dan (9.4)]. Kendala yang dikenakanoleh data poin yang digambarkan dalam Gambar. 9.3. Perhatikan bahwa garis yang sesuaiPersamaan. (9.2) harus terletak antara interval vertikal yang diciptakan oleh masing-masing titik data.Salah satu garis putus-putus pada Gambar. 9.3 merupakan kemungkinan jalur tersebut curamPersamaan memuaskan. (9.2). Baris ini memberikan batas atas untuk relatif penyimpangan, A12 (kemiringan

dari garis) dan batas bawah untuk relatif offset, b12 (y - intercept garis)antara dua jam. Demikian pula, garis putus-putus lainnya memberikan batas bawahuntuk drift A12 relatif () dan batas atas untuk mengimbangi relatif b12 (). Kemudian, relatifmelayang 12 dan relatif mengimbangi b 12 dapat dibatasi sebagaia12 a12 a12 ,b12 b12 b12Nilai penyimpangan yang tepat dan offset tidak dapat ditentukan dengan metode ini (atauMetode lain selama penundaan pesan tidak diketahui), tetapi dapat diperkirakan dengan baikOleh

Semakin ketat batas dapatkan, semakin tinggi kesempatan bahwa perkiraan akanbaik (yaitu, ketepatan sinkronisasi semakin tinggi sebagai batas atas mendapatkanketat). Untuk mengencangkan batas, seseorang dapat memecahkan pemrograman linearMasalah yang terdiri dari kendala didikte oleh semua titik data, untuk mendapatkanbatas optimal yang dihasilkan dari titik data. Namun, pemrograman linearMasalah semakin besar dengan meningkatnya jumlah titik data dan iniPendekatan ini cukup kompleks untuk jaringan sensor karena memerlukan perhitungan tinggidan penyimpanan untuk menjaga semua titik data dalam memori.Dasar intuisi belakang kecil - Sync dan Mini - Sync algoritma adalah pengamatanbahwa poin tidak semua data yang berguna. Perhatikan, misalnya, tiga data yangpoin pada Gambar. 9,3; interval yang 12 12, dan bb12 12,hanya dibatasi oleh data yangpoin 1 dan 3. Oleh karena itu, data titik 2 adalah berguna dalam contoh ini. berikut iniintuisi, Tiny - Sync membuat hanya empat kendala - orang-orang yang menghasilkan yang terbaikbatas pada perkiraan - di antara semua titik data. Algoritma yang dihasilkan jauhsederhana daripada memecahkan masalah pemrograman linear. Namun, skema ini tidaktidak selalu memberikan solusi yang optimal untuk batas. Algoritma dapat menghilangkanbeberapa titik data, mengingat titik data yang tidak berguna, meskipun itu akan benar-benarmemberikan yang lebih baik diikat dengan data titik lain yang belum terjadi.Mini - Sync merupakan perpanjangan dari kecil - Sync yang nds fi solusi optimal denganpeningkatan kompleksitas. Idenya adalah untuk mencegah kecil - algoritma Sync darimenghilangkan kendala-kendala yang dapat digunakan oleh beberapa titik data di masa depan untuk memberikanbatas ketat. Para penulis berpendapat dengan menggunakan hasil eksperimen bahwa meskipunsuboptimal, kinerja kecil - Sync adalah sebanding dengan yang optimalMini - Sync.

9.4.2 multihop SinkronisasiSebuah WSN biasanya mencakup wilayah yang jauh lebih besar dibandingkan dengan jangkauan transmisipemancar radio yang digunakan; karenanya, data yang dikumpulkan pada node sink mungkin memilikiberasal di node yang berbeda yang beberapa hop terpisah. Pandangan umum dariwaktu antara node tersebut hanya dapat dibentuk melalui sinkronisasi multihopprotokol, yang kita meninjau berikutnya.

9.4.2.1 multihop RBS. Bagian 9.4.1.2 disajikan bagaimana RBS melakukan sinkronisasiset penerima di lingkungan tunggal. Dalam banyak kasus, node yang perluwaktu disinkronkan mungkin tidak berada di wilayah cakupan beberapa node umum. kemudian,beberapa node lain harus bertindak sebagai gateway untuk terjemahan waktu antara lingkunganuntuk rute informasi waktu dari satu node ke yang lain.Gambar 9.4 menggambarkan kasus di mana sinkronisasi multihop diperlukan. untukMisalnya, node 1 dan 7 tidak di lingkungan yang sama; yaitu, mereka tidakberbagi pengirim yang sama dari mana mereka berdua bisa menerima sinkronisasipulsa. Dalam hal ini, simpul 4 bertindak sebagai simpul gerbang antara dua lingkungan.Ketika pengirim A dan B siaran pulsa sinkronisasi ke lingkungan merekaseperti biasa, simpul 4 mendapat kedua pulsa tersebut dan dengan demikian dapat berhubungan jam lokalA dan B; yaitu, dua lingkungan. Ketika pengirim beacon menyiarkanpulsa sinkronisasi, itu akan menciptakan satu set node (lingkungan) diyang node dapat berhubungan jam lokal mereka antara satu sama lain. Sekarang perhatikan grafiksimpul yang sesuai dengan sensor node dalam jaringan. Sebuah tepi antara duasimpul dalam grafik ini ada jika node yang sesuai dalam jaringan berada dalamlingkungan yang sama yang dibentuk oleh RBS; yaitu, jika dua node dapat menerimapulsa sinkronisasi dari sinyal pengirim yang sama. Sinkronisasi kemudian multihopdapat dilakukan sepanjang tepi grafik ini. Untuk tujuan ini, konsepdari "Routing waktu dalam jaringan multihop" diperkenalkan. Menemukan jalur terpendekantara dua node akan menghasilkan kesalahan minimal jalan sinkronisasi multihopuntuk pasangan ini node. Selain itu penulis mengusulkan pemberian bobot tepiuntuk mewakili kualitas sinkronisasi berpasangan (misalnya, menggunakan kesalahan residudari linear fi t).

Dalam analisis algoritma multihop RBS, penulis berpendapat bahwa adahanya pembusukan lambat dalam presisi oleh sinkronisasi multihop; rata-ratakesalahan sinkronisasi sebanding dengan n untuk n - jaringan hop. dengan menggunakanpelaksanaan RBS pada IPAQ dan 802.11 - testbed berbasis, dan termasukyang timestamping level kernel, kesalahan dari 3,68 2,57 ms diukur setelah empathop.9.4.2.2 Waktu - Sync Protokol. Ganeriwal et al. [5] mengusulkan sebuah networkwideWaktu protokol sinkronisasi untuk jaringan sensor, yang disebut waktu itu - syncprotokol untuk jaringan sensor (TPSN). Protokol ini bekerja dalam dua tahap: tingkatPenemuan dan sinkronisasi. Tujuan dari fase pertama adalah untuk menciptakan sebuah hirarkitopologi dalam jaringan, di mana setiap node diberikan tingkat. Hanya satu simpuladalah ditugaskan level 0, simpul akar. Pada tahap kedua, node tingkat i mensinkronisasikanke node tingkat i - 1. Pada akhir fase sinkronisasi, semua nodedisinkronisasi ke node akar, dan sinkronisasi networkwide adalahdicapai.Protokol ini seperti adaptasi praktis NTP [9], di mana setiap komputersecara bersamaan dapat menjadi server untuk komputer yang lebih rendah dalam hirarki atauclient komputer yang lebih tinggi dalam hirarki. Perbedaan struktur dasarbahwa NTP memanfaatkan infrastruktur yang ada di internet, sementara adaada infrastruktur dalam jaringan sensor, dan protokol seperti perlu membuathirarki virtual sebelum menerapkan skema sinkronisasi. Tingkat Penemuan Tahap. Fase ini dijalankan sekali pada penyebaran jaringan.Pertama, node harus ditentukan sebagai simpul akar. Ini bisa menjadi tenggelamsimpul dalam jaringan sensor, dan wastafel mungkin memiliki penerima GPS, di manaKasus algoritma akan melakukan sinkronisasi semua node ke waktu eksternal (waktudunia fisik). Jika wastafel tersebut tidak tersedia, node sensor dapat secara berkalamengambil alih fungsi dari simpul akar. Pemilihan pemimpin yang adaAlgoritma dapat digunakan untuk ini periodik simpul akar langkah pemilu.Simpul akar diberikan tingkat 0, dan memulai fase penemuan tingkatdengan menyiarkan paket level_discovery. Paket ini berisi identitasdan tingkat node pengirim. Setelah menerima paket ini, para tetanggasimpul akar menetapkan sendiri tingkat 1. Kemudian masing-masing tingkat 1 siaran simpulpaket level_discovery dengan tingkat dan identitas dalam paket. Setelahsimpul diberikan tingkat, itu membuang jauh paket level_discovery masuk.Rantai siaran ini berlangsung melalui jaringan, dan fase selesaiketika semua node ditugaskan tingkat. Sinkronisasi Tahap. Fase ini dimulai oleh time_sync akar simpul 'spaket. Pada menerima paket ini, tingkat - 1 node memulai dua - pesan carapertukaran dengan akar, seperti yang dijelaskan dalam Bagian 9.4.1.1. sebelum memulaipertukaran pesan, setiap node menunggu untuk beberapa waktu acak untukmeminimalkan tabrakan di akses media. Setelah mereka mendapatkan kembali jawaban darisimpul akar, mereka menyesuaikan jam mereka ke node root. Tingkat - 2 node,sengaja mendengar beberapa tingkat - 1 komunikasi simpul 's dengan akar, memulaipertukaran pesan dengan cara dengan tingkat - - dua simpul 1, lagi setelah menunggubeberapa waktu acak untuk memastikan tingkat itu - 1 node telah menyelesaikan sinkronisasi mereka.Prosedur ini akhirnya mendapat semua node disinkronkan dengansimpul akar.

TPSN diimplementasikan pada Berkeley 's arsitektur Mica [8] dan memanfaatkantimestamping paket pada layer MAC untuk mengurangi ketidakpastian dipengirim, sebagaimana disebutkan dalam Pasal 9.1.2. Ganeriwal et al. [5] menyatakan bahwa TPSNmencapai dua kali presisi lebih baik dari RBS dan presisi yang dilaporkan untukRBS adalah karena menggunakan sistem operasi yang unggul (Linux) dan jauh lebih stabilkristal tersedia di iPaqs. Dengan demikian RBS diimplementasikan pada Mica arsitektur sensor,serta TPSN, untuk membandingkan kinerja mereka. Mereka melaporkanrata-rata 29,13 - ms presisi untuk pelaksanaannya dari RBS pada Mica motes,sedangkan TPSN adalah 16,9 ms pada platform hardware yang sama. Pada dasarnya, itu adalahmengklaim bahwa ketidakpastian di pengirim kontribusi sangat sedikit untuk sinkronisasi Totalkesalahan seperti yang diminimalkan dengan penggunaan rendah - cap level pengirim,dan karena itu klasik pengirim - sinkronisasi penerima lebih efektif daripadareceiver - sinkronisasi penerima dalam jaringan sensor.

9.4.2.3 Ringan Pohon berbasis Sinkronisasi. Ringan pohon -sinkronisasi berbasis (LTS), diusulkan oleh Greunen dan Rabaey [7], dibedakandari pekerjaan lain dalam arti bahwa tujuannya bukan untuk memaksimalkan akurasi,tetapi untuk meminimalkan kompleksitas sinkronisasi. Dengan demikian, sinkronisasi yang diperlukanakurasi diasumsikan diberikan sebagai kendala dan target adalah untukmenyusun algoritma sinkronisasi dengan kompleksitas minimal untuk mencapai diberikanpresisi. Pendekatan ini didukung oleh klaim penulis bahwaketepatan waktu maksimum yang diperlukan dalam jaringan sensor relatif rendah (dalamsepersekian detik). Oleh karena itu, efisien suffi menggunakan santai atau ringanSkema sinkronisasi dalam jaringan sensor. Jelas, asumsi ini tidak mungkintahan selama beberapa aplikasi atau layanan jaringan sensor, misalnya, mengukurwaktu - dari - fl ight suara [12], membentuk jadwal TDMA [13], dan mendistribusikansebuah beamforming array yang akustik [14], yang membutuhkan waktu disinkronkan dengan tinggipresisi. Namun, sinkronisasi longgar mungkin dapat diterima di sebagian besar lainnyakasus dalam berbagai aplikasi yang diproyeksikan untuk WSNs.

Dua algoritma LTS diusulkan untuk sinkronisasi multihop darijaringan berdasarkan skema sinkronisasi berpasangan dijelaskan dalam Bagian9.4.1.1. Kedua algoritma membutuhkan node untuk menyinkronkan beberapa simpul referensi (s),misalnya, node tenggelam di jaringan sensor. Algoritma pertama dipusatkandan membutuhkan spanning tree yang akan dibangun pertama. Sinkronisasi kemudian berpasangandilakukan sepanjang n - 1 tepi spanning tree. Dalam algoritma terpusat,node referensi adalah akar dari pohon rentang dan memiliki tanggung jawabmemulai sinkronisasi yang diperlukan. Menggunakan asumsi bahwa jamdrift dibatasi dan diberi presisi yang diperlukan, menghitung referensi simpuljangka waktu yang sinkronisasi langkah akan berlaku untuk. karenakedalaman spanning tree mempengaruhi waktu untuk menyinkronkan seluruh jaringan, sepertiserta kesalahan presisi pada node daun, kedalaman pohon dikomunikasikankembali ke akar sehingga dapat menggunakan informasi ini dalam sinkronisasi yangKeputusan waktu.The multihop kedua algoritma LTS melakukan sinkronisasi networkwidesecara terdistribusi. Setiap node memutuskan waktu untuk sinkronisasi sendiridan struktur spanning tree tidak digunakan dalam algoritma ini. Ketika simpul i memutuskanbahwa perlu untuk menyinkronkan (menggunakan akurasi yang diinginkan, jarak darisimpul referensi, dan jam melayang), ia akan mengirimkan permintaan sinkronisasi kesimpul referensi terdekat (oleh mekanisme routing yang tersedia). Maka semua nodesepanjang jalan itu referensi node ke node i harus disinkronkan sebelumsimpul i dapat disinkronkan. Keuntungan dari skema ini adalah bahwa beberapa node mungkinmemiliki acara kurang sering untuk menyampaikan, dan karena itu mungkin tidak perlu sering sinkronisasi.Karena node memiliki kesempatan untuk memutuskan sinkronisasi sendiri,ini menghemat upaya sinkronisasi yang tidak perlu untuk node tersebut. diSebaliknya, membiarkan setiap node memutuskan resynchronization dapat meningkatkan jumlahdari sinkronisasi berpasangan karena untuk setiap permintaan sinkronisasi semua nodesepanjang jalan dari simpul referensi inisiator sinkronisasi perludisinkronkan. Karena jumlah permintaan sinkronisasi peningkatan, secara keseluruhanefek sinkronisasi sepanjang jalur ini mungkin membuang-buang cant signifikan sumber daya.Oleh karena itu, gagasan menggabungkan permintaan sinkronisasi yang diusulkan; bila adasimpul ingin meminta sinkronisasi, itu permintaan node yang berdekatan untuk menemukanAdanya permintaan tertunda. Jika ada ada, permintaan sinkronisasi inisimpul bisa dikumpulkan untuk permintaan tertunda, mengurangi efisiensi ketidakefi yangakan disebabkan oleh dua sinkronisasi terpisah di sepanjang jalan yang sama.Kinerja algoritma LTS diuji oleh simulasi darijaringan yang terhubung ad hoc yang terdiri dari 500 node, ditempatkan seragam secara acakdalam 120 m 120 m area persegi. Jangkauan transmisi diatur ke 10 m. sekarangdiasumsikan bahwa ada simpul referensi tunggal di pusat daerah, yang memilikiakses ke waktu yang akurat. Semua node harus melakukan sinkronisasi untuk referensi node ini.Akurasi yang diperlukan ditentukan sebagai 0,5 s, dan simulasi dijalankan untuk10 h. Sebagai metrik untuk mengevaluasi kinerja algoritma sinkronisasi,jumlah sinkronisasi berpasangan diperlukan untuk menjaga jaringan disinkronkandianalisis. Rata-rata jumlah sinkronisasi diperlukan untuk setiapnode 36 untuk LTS terpusat lebih dari 10 jam dari waktu simulasi. Jika jumlahnode yang berpartisipasi (node yang membutuhkan waktu disinkronisasi dan dengan demikian berpartisipasidalam algoritma) rendah, algoritma didistribusikan melakukan jauh lebih baik; untuk 65%partisipasi, jumlah sinkronisasi per node turun menjadi sekitar empat sampailima sinkronisasi ketika didistribusikan LTS digunakan. Metrik lainnya adalahRata-rata kedalaman spanning tree dan rata-rata lima sampai tujuh dilaporkanuntuk kedua algoritma.9.4.2.4 Banjir Waktu Sinkronisasi Protocol. The flooding sinkronisasi waktuprotocol (FTSP) [15] menggunakan dan meningkatkan beberapa ide kunci dariTPSN dan RBS, dan menggabungkan mereka dengan periodik flooding sinkronisasipesan untuk mencapai sinkronisasi networkwide, yang tahan terhadap simpuldan kegagalan link. FTSP menerapkan MAC lapisan timestamping seperti di TPSN danmelayang kompensasi dengan regresi linier seperti di RBS.Sebuah peningkatan kinerja kritis FTSP atas pekerjaan sebelum ini karena yangfokus pada analisis rinci dari pipa transceiver dalam saluran nirkabel.FTSP menggunakan satu pesan per sinkronisasi dan memperkenalkan penggunaan beberapacap waktu untuk pesan sinkronisasi tunggal. Waktu khusus ini dibuat disetiap batas byte seperti yang dikirim atau diterima dan timestamp fi nalpada pesan dihitung dengan rata-rata cap waktu normal. iniefektif mengurangi jitter dari penanganan interupsi dan encoding / decodingkali melalui CPU (central processing unit), radio, dan antena pengirimdan penerima. Meskipun koreksi kesalahan dicapai dengan menggunakan teknik ini adalahdibatasi oleh jumlah byte, percobaan pada laporan Platform Mica2kira-kira 10 - perbaikan kali lipat dalam presisi dengan hanya enam cap waktu.Di FTSP, semua node dalam jaringan sinkronisasi dengan dinamis (re) terpilihakar simpul dengan menggunakan dikendalikan flooding. Serupa dengan titik data di kecil-Syncdijelaskan dalam Bagian 9.4.1.3, node menggunakan titik referensi untuk sinkronisasi, masing-masingyang merupakan sepasang lokal dan cap waktu "global". Sebuah titik acuan dikumpulkandengan menerima pesan sinkronisasi dari akar atau node lain yang sebelumnyadisinkronisasi ke akar. Ketika sebuah node mengumpulkan poin referensi cukup,melakukan sinkronisasi dengan memperkirakan jam hanyut dan diimbangi menggunakan linearregresi, setelah itu juga dapat mulai penyiaran pesan sinkronisasi.Sebuah pesan sinkronisasi berisi tiga fi medan: TIMESTAMP, rootID, danseqNum. Timestamp adalah waktu disinkronkan "global" yang seperti yang diperkirakan olehpengirim pesan sinkronisasi ini. The rootID lapangan berisi ID unikdari simpul akar karena selama ini dikenal pengirim pesan ini. seqNum Thedigunakan untuk mengontrol banjir yang fl pesan dan bertambah pada setiap sinkronisasiputaran diprakarsai oleh simpul akar. Sebuah node hanya menggunakan pesan pertamatiba untuk setiap rootID dan pasangan seqNo. Ketika sebuah node tidak menerima sinkronisasipesan untuk durasi waktu tertentu, itu menyatakan dirinya sebagai root. diUntuk menghilangkan masalah memiliki beberapa akar, node yang menerimapesan dengan rootID kecil menyerah statusnya akarnya; oleh karena itu, hanya node denganID terkecil tetap sebagai akar tunggal.

Percobaan dengan implementasi FTSP pada motes Mica2 melaporkankesalahan sinkronisasi rata-rata 3 ms dalam 6 - jaringan hop, menghasilkan 0,5 - s perhop akurasi, yang jelas lebih baik daripada RBS dan TPSN. FTSP jugadilaporkan menggunakan sumber daya kurang dari dua jaringan protokol lain; jika sinkronisasi yangPeriode adalah T detik, maka setiap node mengirimkan 1 pesan per detik Tdi FTSP, 2 pesan per detik T di TPSN (1 pesan ke orang tua dan 1 respon)dan 1,5 pesan per detik T di RBS (0,5 untuk siaran referensi dan 1 untukpesan pertukaran timestamp).

9.4.3 Jangka Panjang SinkronisasiProtokol sinkronisasi disajikan sejauh ini terutama bertujuan untuk memberikan umumskala waktu antara jam pada suatu saat tertentu. Namun, seperti yang dikatakan sebelumnya,harmoni dicapai dari jam dapat cepat terganggu dengan memvariasikan drift jam.Metode yang paling sederhana untuk mencapai sinkronisasi waktu selama lamajangka waktu (misalnya, masa jaringan sensor) adalah aplikasi periodiksalah satu skema yang menyediakan sinkronisasi seketika. Sebagai baikalternatif, skema adaptif yang dirancang dengan hati-hati untuk panjang - sinkronisasi jangkatelah diusulkan untuk lebih baik menggunakan sumber daya yang terbatas dan / atau presisi tinggidi WSNs.

9.4.3.1 Post - Sinkronisasi facto. Sinkronisasi Postfacto adalah perintis yangbekerja dengan Elson dan Estrin [16,17], yang telah menyebabkan setelahnya untuk RBS merekaskema. Mereka mengusulkan bahwa tidak seperti dalam skema sinkronisasi tradisional,Misalnya, NTP [9], jam lokal node sensor biasanya harus berjalan sinkrondalam langkah mereka sendiri dan hanya harus melakukan sinkronisasi bila diperlukan. inicara, cap waktu setempat dua node pada saat terjadinya suatu peristiwa yang disinkronkankemudian dengan ekstrapolasi mundur untuk memperkirakan offset antara jampada waktu sebelumnya (pada saat acara). Sinkronisasi Postfacto juga bisadisebut sebagai sinkronisasi reaktif, sedangkan skema tradisional proaktif, Membutuhkan jam node sensor yang akan disinkronisasi sebelum acarakepentingan terjadi.

9.4.3.2 Waktu - Difusi Sinkronisasi Protocol. Waktu - difusiprotocol (TDP) [18] adalah protokol sinkronisasi networkwide yang mempertahankanwaktu kesetimbangan seluruh jaringan, yang memungkinkan hanya penyimpangan kecildari keseimbangan. Toleransi penyimpangan dapat disesuaikan berdasarkan spesifik yangc aplikasi jaringan sensor.TDP mencapai panjang - sinkronisasi jangka dengan defi ning aktif dan tidak aktifperiode (lihat Gambar. 9.5). Pada setiap detik d selama masa aktif, beberapa nodeterpilih sebagai master node yang siaran informasi waktu ke tetangga mereka

di setiap detik. Node yang menerima informasi waktu dari node indukdiri - menentukan untuk menjadi node pemimpin disebarkan yang lebih disiarkan waktunyainformasi kepada tetangga mereka. Tetangga pemimpin disebarkan juga bisa menjadinode pemimpin menyebar, menyebarkan informasi waktu lebih jauh darinode master saat. Oleh karena itu, pada dasarnya pohon - struktur seperti untuk sementaradiciptakan untuk menyebarkan informasi waktu dari node master untuk sisajaringan.Didistribusikan proses difusi yang otonom dipadu dengan periodikpemilihan node induk menyediakan sinkronisasi networkwide dengan merduparameter t dan d, yang bersama-sama menentukan panjang TDP aktifperiode. Durasi sesuai masa aktif tergantung pada diinginkanakurasi sinkronisasi seluruh jaringan, sedangkan durasiperiode tidak aktif ditentukan oleh berapa banyak jam yang diizinkan untuk melayang dari masing-masinglainnya dalam kasus terburuk.9.4.3.3 Tingkat Adaptive Waktu Sinkronisasi. Tingkat adaptif waktu sinkronisasi(TIKUS) oleh Ganeriwal et al. [19] adalah energi - efi sien panjang - jangkaprotokol sinkronisasi yang dapat beradaptasi dengan variabel drift jam sementara mencapaiyang spesifik presisi ed oleh aplikasi. Desain TIKUS didasarkan padadi - analisis mendalam dari pengukuran empiris untuk menyelidiki interaksi antaratiga parameter kunci yang mempengaruhi panjang - sinkronisasi jangka, termasuk sinkronisasirate, sejarah sinkronisasi data, dan skema estimasi.Tujuan dari protokol TIKUS adalah untuk secara dinamis menerapkan kontrollingkaran diilustrasikan pada Gambar. 9.6. Sampel repositori di Figur merupakantitik data sinkronisasi (pengamatan) yang dikumpulkan oleh simpul dalam kaitannya dengannode lain 's jam lokal. Sebuah jendela sampel ini adalah masukan ke estimatoryang menggunakan pengamatan untuk memperkirakan model relatif antara dua jam.Sebuah periode sampling baru kemudian dihitung berdasarkan perbandingan prediksierror model ini untuk aplikasi - error c spesifik terikat. Sebuah analisis rincidari panjang - jangka pengukuran empiris memandu pilihan atau pembelajaranTIKUS parameter seperti ukuran jendela yang optimal.

Percobaan dengan implementasi TIKUS di Mica2 motes menunjukkan bahwauntuk kesalahan terikat dari 225 mikrodetik periode rata-rata sampling sekitar30 menit. Penggunaan utama yang diusulkan untuk protokol TIKUS adalah tugas efisien lebih efibersepeda di jaringan sensor. Oleh karena itu, terintegrasi dengan lapisan protokol MAC,B - MAC [20], yang tidak bertanggung sinkronisasi waktu melainkan menggunakan

sebuah pembukaan yang sangat lama untuk menjamin bahwa penerima bangun sebelum aktualtransmisi data. Integrasi TIKUS di B - MAC memungkinkan penggunaan yang lebih pendekpreambles dan siklus tugas lagi, yang dilaporkan untuk memberikan urutan besarnyapengurangan konsumsi energi dari sebuah node dengan dampak minimal terhadaptingkat packet loss.

9.4.4 Protokol lain dan Kerja relevanYounis dan Fahmy [21] mengusulkan sepasang protokol didistribusikan, SYNC - IN danSYNC - NET, untuk sinkronisasi jaringan sensor berkerumun. Tujuannya adalah untukmenyediakan end - to - end sinkronisasi antara berkomunikasi node, bukandari skala waktu global di seluruh jaringan. Hal ini diasumsikan bahwa jaringanberkerumun menggunakan pendekatan clustering dan node dapat menyesuaikan transmisi merekakekuasaan. SYNC The - IN protokol yang digunakan untuk sinkronisasi intracluster menggunakanyang lebih kecil di - daya transmisi cluster, di mana node akan disinkronisasi kekepala klaster. Kepala Cluster disinkronisasi dengan SYNC - NET protokolmenggunakan kekuatan transmisi yang lebih tinggi.Protokol difusi asynchronous diusulkan oleh Li dan Rus [22] menyediakanpendekatan sederhana untuk sinkronisasi. Meskipun difusi berbasis seperti TDP, itu adalahbenar-benar asynchronous; node rata pembacaan waktu yang diperoleh dari merekatetangga dan kemudian disiarkan nilai yang dihitung sebagai jam mereka diperbarui membaca.Salah satu kelemahan dari metode ini adalah bahwa jam dapat berjalan mundur setelah update,menyebabkan waktu yang sama membaca terjadi lebih dari sekali.Dalam Ref. [6], skema pesan memesan untuk jaringan sensor diusulkan. ituniat tidak untuk menyinkronkan jam, tetapi untuk alasan tentang urutan relatifantara pesan atau peristiwa. Skema yang dijelaskan dalam pekerjaan ini sesuai denganversi yang paling santai sinkronisasi dan tidak berlaku untuk sebagian sinkronisasikebutuhan dalam WSNs.Dalam sebuah studi yang lebih menarik teoritis [23], penulis dianggap sebagaiinfi nitely jaringan sensor besar dan mengusulkan sebuah pendekatan di mana node berkolaborasiuntuk menghasilkan gelombang yang membawa informasi sinkronisasi cukupke semua node dalam jaringan. Mereka berpendapat bahwa jumlah node pergiuntuk infi nity, sinkronisasi optimal mungkin pada kompleksitas yang wajar.Sebuah CENS (Pusat Tertanam Jaringan Sensing - University of California,Los Angeles) laporan teknis juga menyajikan studi tentang optimal dan globalsinkronisasi waktu pada jaringan sensor [4]. Mereka menganggap masalahfi nding jalur terbaik (chain) dari sinkronisasi berpasangan yang akan menghasilkansinkronisasi optimal antara setiap pasangan node dalam jaringan. mereka mengklaimbahwa kombinasi tepat tertimbang bolak jalan untuk sinkronisasiharus menghasilkan presisi yang lebih baik daripada jalur tunggal dapat memberikan. Dengan penggunaankombinasi tertimbang seperti jalan, sinkronisasi global yang optimalMasalah dapat diabstraksikan sebagai formulasi jaringan aliran. Dalam karya ini,penulis tidak bertujuan memberikan metode sinkronisasi praktis, tetapi disajikanhasil teoritis untuk sinkronisasi global optimal, yang dapat digunakan sebagaireferensi untuk membandingkan kinerja metode sinkronisasi global.

The reachback fi refl y algoritma (RFA) [24] adalah sinkronisitas didistribusikanalgoritma terinspirasi oleh Mirollo - Strogatz (MS) model matematika [25], yangsebelumnya diusulkan untuk menjelaskan bagaimana neuron dan ies fi refl spontansinkronisasi. Tujuan utama RFA tidak sinkronisasi waktu tetapi synchronicity(defi ned sebagai kemampuan untuk semua node dalam jaringan untuk menyepakati periode yang samadan fase untuk pulsa fi ring). Namun, sinkronisitas dapat digunakan sebagai primitifuntuk mendapatkan sinkronisasi waktu. Meskipun menyajikan pendekatan baru untuk sinkronisasi waktu,RFA memiliki signifi tidak bisa overhead dan kinerjanya belum dievaluasisebagai protokol sinkronisasi waktu.Lain algoritma desync terinspirasi secara biologis [26] tidak biasamenggunakan model MS untuk desynchronization, primitif diperkenalkan oleh penulissebagai lawan logis dari sinkronisasi. Alih-alih melakukan tugas periodikpada saat yang sama, kelenjar mencoba untuk menjadwalkan tugas-tugas sehingga mereka jauhdari satu sama lain sebanyak mungkin. Dengan kata lain, peristiwa fi cincin yang meratadalam kerangka waktu tertentu, daripada harus mereka bertepatan pada saat yang sama. iniprimitif dapat digunakan untuk banyak tugas jaringan sensor, seperti sumber daya periodikberbagi, didistribusikan penginderaan kolaboratif, dan penjadwalan akses channel.Adaptif - protokol sinkronisasi tingkat (ARSP) [27] alamat tidak hanyamenyesuaikan nilai jam lokal pada node, tetapi juga interval sinkronisasiuntuk memastikan bahwa kesalahan sinkronisasi tetap dalam toleransi yang diberikan denganprobabilitas tinggi. Termotivasi oleh keterbatasan energi dan berbagai kebutuhan presisiaplikasi jaringan sensor, ARSP bertujuan untuk menyediakan alat merdu untuk berbedaskenario. Ini menggunakan kedua dua - pertukaran pesan dengan cara dan penerima - sinkronisasi penerimaprimitif, sedangkan interval sinkronisasi disesuaikan pada saat runwaktu sebagai fungsi probabilitas intoleransi dari berbagai node.

Referensi [28] memberikan gambaran masalah sinkronisasi waktu diWSNs, dan defi nes persyaratan dan berbagai masalah untuk merancang sinkronisasialgoritma untuk WSNs. Para penulis berpendapat bahwa algoritma tersebut harusmenjadi multimodal, berjenjang dan merdu sehingga dapat memenuhi beragam kebutuhanberbagai aplikasi jaringan sensor. Selain itu, mereka menunjukkan bahwa jam lokalsetiap node bebas - berjalan; yaitu, seseorang tidak harus menyesuaikan jam lokal.Sebaliknya, skema sinkronisasi harus membangun sebuah tabel parameter yangmemungkinkan setiap node untuk mengubah jam lokal dengan yang lain, dan sebaliknya.

9,5 RINGKASAN DAN ARAH MASA DEPANBab ini memperkenalkan masalah sinkronisasi dan tantangan umumuntuk sinkronisasi, membahas perlunya sinkronisasi dan persyaratancara sinkronisasi di WSNs, dan mengkaji sinkronisasi utamametode dan protokol untuk WSNs. Kedua protokol sinkronisasi, RBS danTPSN, keduanya melaporkan presisi yang sangat tinggi atas perintah beberapa mikrodetikmeskipun mereka menggunakan pendekatan yang sama sekali berbeda. Penerima - penerimasinkronisasi RBS sepenuhnya menghilangkan ketidakpastian di pengirim denganmenggunakan simpul pihak ketiga, sementara TPSN meminimalkan ketidakpastian ini dengan rendah tingkattimestamping di pengirim. Di sisi lain, penerima - sinkronisasi penerimamemerlukan empat pesan yang dikirim dan tiga pesan yang diterima untuk sinkronisasidua node, sedangkan pengirim - sinkronisasi penerima hanya membutuhkan dua dikirim dandua pesan yang diterima. Komunikasi radio dikenal paling energiKomponen memakan operasi sensor node, ini hampir dua kalipeningkatan kompleksitas energi. Peningkatan kompleksitas penerima - penerimasinkronisasi dapat dikurangi sampai tingkat tertentu oleh sinkronisasi banyak penerimaoleh pulsa sinkronisasi tunggal disiarkan oleh pengirim. Meskipun TPSN tidaktidak menderita kompleksitas energi dalam hal ini, perlu struktur hirarkisnode yang akan dibentuk, yang dapat meningkatkan biaya sinkronisasi. FTSPmenggabungkan dan meningkatkan ide-ide kunci TPSN dan RBS dan memiliki kinerja yang ungguldibandingkan keduanya, dengan overhead komunikasi yang lebih kecil. The LTSalgoritma tawarkan sangat rendah - sinkronisasi biaya, namun, dengan akurasi yang sangat terbatasdan dengan demikian penerapan terbatas.Mempelajari panjang - perilaku jangka skema sinkronisasi untuk WSNs adalahagak kurang dieksplorasi daerah. Kebanyakan protokol menyarankan reapplication periodik sesaatmetode sinkronisasi, yang dapat mahal untuk sumber daya - terbatasjaringan sensor. Kami telah disajikan tiga pendekatan yang berbeda untuk efi sienmempertahankan disinkronkan waktu dalam jaringan untuk jangka waktu yang lebih lama. sebelummenyimpulkan bab ini, kita meninjau beberapa masalah terbuka dan kemungkinan arah penelitiandi fi ini bidang.Sebagian besar waktu sinkronisasi kerja dalam literatur analisis dan hadiahhasil mereka berdasarkan percobaan atau simulasi. Untuk tunggal - sinkronisasi hop,ada juga model analitis untuk defi ne karakteristik akurasi yang diusulkanSkema sinkronisasi. Namun, ada kurangnya model analitis untuksinkronisasi multihop. Ketika dua node terpisah disinkronisasi menggunakan beberapalangkah sinkronisasi berpasangan, kesalahan biasanya diharapkan tumbuh. Namun,karena kesalahan berpasangan mungkin memiliki tanda dan besaran yang berbeda, secara keseluruhanefek sinkronisasi multihop biasanya jauh lebih kecil daripada jumlah besarantunggal - hop kesalahan. Model analisis untuk artefak ini dapat dikembangkan,akuntansi untuk variasi probabilistik dalam tanda dan besarnyakesalahan sinkronisasi hop - tunggal.Identifi kasi atau penemuan node untuk bertindak sebagai pengirim sinyal di RBS adalahisu penting. Jika ada lebih dari satu sinyal pengirim di lingkungan tunggal,redundansi yang dihasilkan dapat digunakan untuk meningkatkan presisi, tetapi jugameningkatkan konsumsi sumber daya yang terbatas dalam jaringan. korelasiantara redundansi ini dan presisi dapat diselidiki, dan metode untukmengidentifikasi pengirim sinyal untuk mencapai beberapa titik yang diinginkan dalam perdagangan ini - kurva offdiusulkan.Penelitian yang luas pada jaringan sensor meningkatkan evolusi sistem ini.Meskipun jaringan sensor sebagian besar dianggap sebagai memiliki fi xed topologi (dengannode sensor stasioner), dan protokol jaringan sensor sejauh biasanya menganggap bahwanode stasioner, jaringan sensor generasi berikutnya mungkin diharapkan untuktermasuk node sensor mobile. Memang, Infomechanical Sistem Jaringan(Nims) proyek adalah inisiatif baru-baru ini terhadap ini, dan telah mengumumkanpengembangan dan penyebaran prototipe awal yang dioperasikan dalam lapangan hutanStasiun biologi (Informasi lebih lanjut tersedia secara online di http: //research.cens.ucla.edu / penelitian /). Sebagai sistem tersebut berevolusi, metode sinkronisasi yang mengambilmobilitas ke account akan dibutuhkan. Protokol sinkronisasi global bahkan mungkinbenefi t dari mobilitas karena node mobile akan "membawa" informasi waktudari satu bagian dari jaringan ke bagian lain, berpotensi meningkatkan sinkronisasi globalakurasi.