无线传感网学习笔记（9）—— 能量管理和时间同步

今天是最后一份视频学习笔记，这个系列主要是针对一些基础内容进行了简单介绍，并不囊括所有知识点。

一、动态能量管理（Dynamic Power Management）

1、采取的策略：
 ① 局部DPM策略：最小化独立节点的能耗，即优化节点的各子系统能耗
 ② 全局DPM策略：最小化全网络的能耗，即定义网络级别的睡眠状态

2、采取的方法：

① 动态操作模式（Dynamic Operation Modes）

• 选出符合WSN中节点活动需求的最优配置
• 选择特定的电源配置时需要考虑状态切换时消耗的能量和时延

② 动态调度（Dynamic Scaling）

• 实行动态电压调度和动态频率调度
• 当处理器内核处于运行状态时，实时改变其性能

③ 任务调度（Task Scheduling）

• 特定电压和频率的选取会受一系列因素的影响
• 由于处理器的负载难以得知，导致参数的调整难以进行

二、时钟偏移与同步问题

1、时钟偏移：时钟之间的时间差（Clock Offset）
 WSN系统中，每个节点都有自己的时钟和对时间的定义，但网络整体工作时，应该需要一个共同的时间标准。

① 各节点的公共时间尺度非常重要

• 用于确定物理世界中事件之间的因果关系
• 用于消除传感器的冗余数据
• 用于方便传感器网络的物理层操作和上层协议的运行

② 典型的时钟组成：一个稳定的石英振荡器 + 一个计数器

• 计数器随着每次石英晶体的振荡递减至0，并重置初始值，产生一个中断
• 每个中断（时钟周期）都触发一个软件时钟加1
• 软件时钟为传感器节点提供一个本地时间：t时刻的本地时钟读数为C(t)

2、时钟飘移率
 时钟率dC/dt表示的是时钟推移的频率，理想情况下恒定为1，实际情况下会受到其他因素的影响而产生飘移，即时钟飘移率。

• 两个时钟的相对飘移率为dC/dt-1。
• 石英晶体典型的最大飘移率p为：1ppm~100ppm
• 飘移率会导致两个时钟在同步后再次产生时钟飘移

3、时钟同步：调整一个或多个节点的时钟使它们之间的本地时间读数匹配

① 外部同步：所有节点的时钟与一个外部时间源（参考时钟）同步

• 参考时钟必须是一个精确的实时标准，如世界协调时间UTC
• 时钟准确度：当节点与外部参考时钟同步时，时钟相对参考时钟的最大偏移

② 内部同步：在没有外部参考时钟的支持下，所有节点的时钟相互同步

• 目标是获取网络内部所有时钟的一致性
• 时钟精度：当网络中的节点内同步时，任意两时钟之间的最大飘移

三、同步消息

1、概念：时间同步通常是基于传感器节点之间的某种形式信息的交换，该形式的信息称为同步消息。

2、同步消息的使用：

• ① 成对同步：两节点同步，至少需要一个同步消息
• ② 网络同步：整个网络中重复成对同步过程
• ③ 单向同步消息交换：节点发送包含时间戳的消息给其他节点
• ④ 双向同步消息交换：在单向同步消息交换的基础上，接收节点再回应一个消息，且包含3个时间戳。
• ⑤ 接收端-接收端同步：广播消息的多个接收端之间交换它们各自的接收时间，以计算它们之间的偏移。（广播消息不包含时间戳，而是利用到达接收节点的时间不同来使节点相互同步）

3、影响因素：通信延时的不确定性（包括发送延时、介质接入延时、传播延时、接收延时）