The ever-increasing number of WSN deployments based on a large number of battery-powered, low-cost sensor nodes, which are limited in their computing and power resources, puts the focus of WSN time synchronization research on three major aspects of accuracy, energy consumption, and computational complexity. In the literature, the latter two aspects haven’t received much attention compared to the accuracy of WSN time synchronization. Especially in multi-hop WSNs, intermediate gateway nodes are overloaded with tasks for not only relaying messages but also a variety of computations for their offspring nodes as well as themselves. Therefore, not only minimizing the energy consumption but also lowering the computational complexity while maintaining the synchronization accuracy is crucial to the design of time synchronization schemes for resource-constrained sensor nodes. In this paper, focusing on the three aspects of WSN time synchronization, we introduce a framework of reverse asymmetric time synchronization for resource-constrained multi-hop WSNs and propose a beaconless energy-efficient time synchronization scheme based on reverse one-way message dissemination. Experimental results with a WSN testbed based on TelosB motes running TinyOS demonstrate that the proposed scheme conserves up to 95% energy consumption compared to the flooding time synchronization protocol while achieving microsecond-level synchronization accuracy.

中文翻译：

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一种资源受限多跳无线传感器网络的无信标非对称节能时间同步方案

越来越多的基于电池供电的低成本传感器节点的 WSN 部署数量不断增加，其计算和电源资源有限，使得 WSN 时间同步研究的重点放在准确性、能量消耗和计算复杂度。在文献中，与WSN时间同步的准确性相比，后两个方面没有受到太多关注。尤其是在多跳 WSN 中，中间网关节点不仅要承担中继消息的任务，还要为它们的后代节点及其自身进行各种计算。所以，不仅最大限度地减少能耗，而且在保持同步精度的同时降低计算复杂度对于资源受限传感器节点的时间同步方案设计至关重要。在本文中，针对 WSN 时间同步的三个方面，我们为资源受限的多跳 WSN 引入了反向非对称时间同步框架，并提出了一种基于反向单向消息传播的无信标节能时间同步方案。基于运行 TinyOS 的 TelosB 节点的 WSN 测试台的实验结果表明，与泛洪时间同步协议相比，所提出的方案节省了高达 95% 的能耗，同时实现了微秒级的同步精度。针对 WSN 时间同步的三个方面，我们为资源受限的多跳 WSN 引入了反向非对称时间同步框架，并提出了一种基于反向单向消息传播的无信标节能时间同步方案。基于运行 TinyOS 的 TelosB 节点的 WSN 测试台的实验结果表明，与泛洪时间同步协议相比，所提出的方案节省了高达 95% 的能耗，同时实现了微秒级的同步精度。针对 WSN 时间同步的三个方面，我们为资源受限的多跳 WSN 引入了反向非对称时间同步框架，并提出了一种基于反向单向消息传播的无信标节能时间同步方案。基于运行 TinyOS 的 TelosB 节点的 WSN 测试台的实验结果表明，与泛洪时间同步协议相比，所提出的方案节省了高达 95% 的能耗，同时实现了微秒级的同步精度。