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.