航天器自主高精度时间管理系统设计

为满足航天器长期在轨飞行期间高精度的时间同步需求,提出了一种航天器自主高精度时间管理系统,将北斗导航定位授时设备和频率综合器两种时钟源系统进行融合使用,两种时钟源系统可根据导航定位状态自主切换,在消除了频率源系统误差累积效应问题的同时,解决了导航非定位情况下时间精度急剧下降的问题.通过建立系统的误差模型,以航天器应用设计实例进行计算分析,结果表明:系统时间同步精度优于37.8μs.研究结果可以为后续航天器高精度时间管理系统设计提供参考.     

可变周期的基于贝叶斯估计的TPSN改进算法

文章在介绍无线传感器网络的时间同步协议TPSN的基础上,针对TPSN算法在节点间交换消息时因传递延迟引起的误差以及同步时的能耗问题,引入贝叶斯估计法以及可变周期同步法进行改进,以达到减小误差并降低能耗的目的;运用N2仿真环境进行仿真,仿真结果表明,改进后的算法不但同步精度得到提高,而且耗能显著减小,更有利于延长无线传感器网络的寿命。     

多层动态分簇的WSN时间同步算法

无线传感器网络受多跳传输延迟和节点中的晶振准确度的影响,造成时间同步误差较大.为了减小同步误差,传统解决方法提高了同步算法的频率,这使得算法面临两个问题:①通信能耗较高;②精度与能耗之间的不平衡.针对以上问题,结合单向广播机制和双向成对机制,提出一种多层动态分簇的无线传感器网络时间同步算法.采用节点分层策略减少了同步通信开销;采用同步误差补偿机制降低了算法同步误差的影响,使用时钟补偿机制减少了传感器节点运行的累积误差.实验测试表明:在保证精度的前提下,本算法降低了同步次数,减少了同步通信开销,从而延长了网络的生命周期.     

基于最优线性拟合的WSN时间同步算法研究

针对传感器网络应用对节点同步精度要求高、通信开销小等需求,研究一种基于最优线性拟合的时间同步算法。在分析FTSP算法的基础上,通过节点分级策略,减少同步分组数据传输量,并引入概率统计学中参数估计理论改进线性回归算法,减小异常数据点对同步精度的影响,延长节点同步时间。实验结果表明:该算法能有效减少同步通信开销,实现高精度的时间同步,同步误差在μs级。     

无线传感器网络同步误差测量方法

针对无线传感器网络时间同步算法的同步精度性能难以测量的问题,利用处理器的"自中断"功能,提出一种高精度、低成本的无线传感器网络时间同步误差测量方法,并在GAINS测试床上进行实现.实验结果表明,与使用高精度逻辑分析仪的测量方法相比,该方法的测量准确性较高,且成本更低.     

无线传感器网络TPSN的优化算法

通过对无线传感器网络时钟同步算法TPSN(传感器网络时间同步协议)的研究,提出一种TPSN的优化算法;在TPSN算法时钟同步的过程中,由于节点时钟的不稳定性以及节点间消息交换延迟会引起同步误差,针对引起同步误差的这两个因素,基于已经存在的TPSN时钟同步算法,利用贝叶斯估计的先验和后验分布对TPSN算法进行优化,来达到减小同步误差的目的;使用NS2仿真软件进行的仿真实验显示优化后的算法比原算法的同步误差明显减小,同步精度显著提高.     

无线传感器网络时间同步协议的改进策略

鉴于NTP和无线传感器网络时间同步协议的相似性,提出把NTP中的时间过滤、时间选择和时间组合算法简化后应用于无线传感器网络时间同步协议中以提高同步精度的策略.作为例证,将时间组合算法简化后引入BTS协议中.模拟的结果表明:在由81个Mica2节点组成的8跳网络内,除抗拒节点的同步误差保持不变外,其余节点的同步误差减小至改进前的67.70%～91.58%;具有相同跳距的节点的平均同步误差随跳距的增加率由19.8减小至15.5μs/跳;同时没有额外的报文开销.理论分析表明:同步精度的提高得益于应用时间组合算法所导致的节点时间偏移量均方差的减小.     

无线传感器网络时间同步概率误差研究*

研究WSNTS(无线传感器网络时间同步)误差,旨在分析影响WSNTS误差的因素,揭示WSNTS误差的分布规律。在分析了传统的NTP时间同步策略的基础上建立了WSNTS误差的数学模型,给出了单跳WSNTS误差分布规律（正态分布）,同时还给出了多跳WSNTS误差的随机过程模型及其均值和方差,并给出了多跳WSNTS误差的上、下限曲线。仿真实验证明这些结果是正确的。     

无线生理传感器网络TPSN算法的改进与分析

通过对无线生理传感器网络TPSN算法的研究,针对采用TPSN算法进行时间同步时产生的同步误差,采用最小二乘法对其进行改进,并在NS-2仿真环境下进行仿真分析。仿真结果表明改进后算法的时间同步误差更小,同步精度更高,更适用于无线生理传感器网络。     

磁盘阵列环境下Linux中断机制的改进与测量

以HRAID磁盘阵列为应用背景，针对Linux操作系统中断响应速度慢、中断处理时间开销大的缺点，提出了一种模块化的加权中断快速响应机制．还针对复杂环境下微小时间量的测量，设计了一套合理的测量方案。利用int软中断模拟将异步测量问题转化为同步测量问题，并通过对外部扰动因素的排除实现了多任务、异步环境下微秒级操作的提取和测量．实验结果表明，改进的中断机制显著地提高了中断响应速度，减小了中断处理的时间开销．     

网络测量中高精度时间戳研究与实现

在网络测量中,时间戳记录数据包接收和发送的时间,是时延、带宽以及抖动等网络参数测量的基础.受缓存延迟、中断响应时间不确定等因素影响,软件时间戳只能达到毫秒级精度;基于GPS(global positioning system)时钟的硬件时间戳可以达到纳秒级精度,但其成本高且安装部署不方便.基于对网络测量系统中时间戳误差来源的详细分析,设计了精确时间戳测量系统,系统利用硬件产生时间戳,消除各种软件延迟影响,通过基于预测的时钟同步算法PCS(prediction-based clock synchronization)同步各测量节点时钟,达到了与GPS相当的精度.基于自行设计的千兆网卡实现了测量系统原型,测试表明各测量节点时间戳误差不超过100ns.     

空间相机偏流角的周期性连续调整

为了减小偏流角对空间相机图像质量的影响,延长相机一次性有效连续摄像时间,提出了一种在相机摄像前的准备阶段,偏流角的周期性连续调整方法。首先,详细分析偏流角调整的需求,确定调整策略;然后,介绍了偏流角调整系统的构成及工作原理;最后,系统设计和实验验证。实验结果表明:单次调整误差≤40″,调整周期为512ms,摄像开始时偏流角≤56″,对图像MTF值的影响≤0.03%,一次性有效连续摄像时间最大可延长9.488s。有效减少了偏流角对图像质量的影响,延长了有效摄像时间,完全满足空间相机对偏流角的控制要求。     

一种改进的Gardner定时同步算法

针对定时同步算法捕获时间长、稳定性差和误码率高等问题,提出一种改进的Gardner定时同步算法。分析不同插值滤波器对定时同步的影响,并选用分段抛物线插值滤波器。对QPSK调制信号进行开环和闭环分析。仿真结果表明,与现有算法相比,改进的定时同步算法捕获时间缩短0．005S,进入同步后的均方误差减小,当信噪比大于8dB时,误码率明显降低。     

基于分簇的双簇首水下传感器网络时间同步算法

水下传感器的时间同步会受到节点移动、传播时延、能耗等因素的影响,陆地传感器的时间同步算法无法直接应用于水下环境。综合考虑水下通信的特点,提出一种基于分簇的双簇首辅助时间同步算法。基于节点能耗和深度对其进行分簇,从簇中选取2个最优节点作为主副簇首,引入节点移动模型以减小节点移动性造成的计算误差,并使用移动信标节点完成簇首间的同步。在此基础上,利用双簇首对普通节点进行同步,并考虑声速动态变化对同步性能的影响。仿真结果表明,与TSHL、MU-Sync、multi-hop、D-Sync等算法相比,该算法的能耗较低,同步精度较高。     

无线传感器网络时间同步误差分析*

分析无线传感器网络时间同步(WSNTS)误差,旨在研究影响WSNTS误差的因素,给出WSNTS误差的分布规律.通过研究基于TPSN同步协议的双向报文交换机制,建立了WSNTS误差的数学模型,指出在考虑所有时延的情况下,单跳WSNTS误差仍服从正态分布的规律,同时还给出了多跳WSNTS最大误差的随机过程模型及其期望、方差和上、下限.理论证明和仿真实验表明了结果的正确性,也为无线传感器网络时间同步机制的设计与分析提供了一定的理论依据.     

基于误差映射的无线传感器网络同步精度测试方法

传统的时间同步精度测试方法使用查询的方式需要占用无线网络资源,有可能影响系统正常运行。为此设计了基于误差映射的同步精度测试方法。通过使用FPGA对节点对应端口变化监测获得节点间时间同步误差的变化,从而避免了对无线通信资源的占用。实验结果表明,与传统方法相比,该方法可以获得更加实时的测量结果,而且使用更加灵活、方便。     

线性传感器网络时间同步协议

由于存在着高同步误差和高功耗的特点,尤其当网络拓扑为多跳线状时,经典的双向报文交换同步机制不适合于无线传感器网络中的一些应用.提出了TPLSN时间同步协议.两个组件,包括:改进的双向报文交换同步机制和时钟飘移补偿机制是TPLSN成功之关键.进一步讨论了TPLSN同步误差随跳数增长的现象.在一个与Mica2兼容的测试床上对TPLSN进行了性能评估.距离时间基准节点9跳的节点的同步误差小于20μs,同步误差随跳数的增长率小于1μs/跳,同步误差随重同步周期的增长率为0.017μs/s.此外,同步一个n跳的线状网络只需要2n个报文,这也是所有基于双向报文交换同步机制的同步协议最小所需的报文数.理论分析表明:近似精度、双向报文交换的不对称性和相对时钟飘移因素对两个相邻节点之间的同步误差有很大的影响.进而,线状网络的时钟序对同步误差的累积至关重要.     

高速跳频网络中时间同步的研究与实现

针对无线通信网络中各通信节点间守时存在较大的误差,提出了一种基于传感器网络时间同步协议TPSN双向时间同步算法,设计了一种小型化、模块化的高精度时统系统,可用于跳频同步和TDMA组网体制下的时隙同步。首先选取主机,仅当10 s内未收到校时呼叫的节点设置为主机;其次发送及应答,规定主机1 s内仅对一个从机请求作出应答;最后通过记录校时主从节点的发送时刻,扣除或补偿逻辑处理延迟、射频传输延迟、校时两端的频差等,计算节点间的同步误差。在不同条件下进行了仿真实验,节点间的同步误差可以精确到30 ns左右,表明该方案时间同步精度高、误差较小,可满足该无线通信网络中各节点间协同探测、协同攻击和协同干扰等战术目标的需要。     

一种采用时隙对准方式的TDMA自组网同步协议

通过对TDMA方式下的同步协议STS和TISS进行研究,提出一种基于时隙对准方式的TDMA自组网同步协议MFSS。该协议以工作周期为自组网节点之间同步的标准,在节点初入网时采用双向交互和时隙对准方法,消除了传输时延误差和初始时间偏差,从而实现了快速初始同步;随后通过监测过程保证了节点之间产生的时钟漂移误差可自适应控制,同时减小了重新同步带来的开销。仿真结果证明,相比于STS协议和TISS协议,MFSS协议在同步收敛速度、同步精度以及同步开销上都取得了更好的性能。     

WIA-PA网络时间同步误差测试方法与实现

通过对WIA-PA协议中时间同步误差的分析,提出了利用无线同步报文信息触发的测量方法。在此基础上,开发了WIA-PA的网络测试平台和测试流程。实验结果表明,这种测试技术能够准确地测试被测设备的时间同步精度是否符合WIA-PA标准,并具有可行性和灵活性。