无线传感器网络时钟参数追踪与一致性同步*

针对无线传感器网络分布式时钟同步问题,本文提出了基于卡尔曼滤波的最大一致性时钟同步算法。在获得硬件时钟参数后,通过设置预定偏斜目标,各节点可不通过网络交换来调整时钟偏斜。为了进一步使节点间时钟偏移达到同步,本文设计了最大一致性控制方案来补偿节点,并基于图论给出算法收敛性证明。仿真结果表明本文的算法能够快速跟踪硬件时钟参数,较加权最大一致性时钟同步算法收敛速度更快,全局平均同步误差下降了一个数量级。     

一种适用无人机集群的多段补偿时间同步算法

随着人工智能、传感器以及通信技术的快速发展,无人机集群已经逐渐成为现代军事战争中一个不可或缺的作战因素.为了适应无人机集群网络拓扑内的高动态变化,提高组网节点的时间同步精度,提出一种适用于无人机集群的多段补偿双向时间同步算法.算法基于节点间的双向时间信息交互,同时考虑了时钟偏移率与偏移量对同步的影响,并通过均值滤波和指数平滑法来校正时钟偏移.仿真结果表明,与传统的双向同步算法相比,提出的时间同步算法同步精度更高、同步保持更长,更适用于复杂多变的无人机集群网络的时间同步.     

时钟同步积累误差补偿的传感通信优化仿真

时钟同步是传感器网络通信中的关键技术,但是在有限节点传感网络信息传递过程中,多采用先同步局部范围的节点,在扩展到所有节点,在局部与整体的切换过程中,信息在不同层传递,存在层间不定的时间同步随机时间延迟,传统的传感网络时间延迟消除方法是假定不同网络层时延一致的情况,对应层同量补偿误差较大,误差消除效果不佳.提出采用自回归积分滑动控制算法的时钟同步累计误差补偿方法.在传感通信中,将传感网络分割为若干个子单元,获取对应局部区域的时间域窗口结构,在指定时域窗口中将所有的节点展开,计算传感网络累计延迟率.根据时钟同步累计误差补偿目标函数,建立自回归积分滑动控制模型,实现时钟同步累计误差补偿.实验结果表明,利用改进算法进行传感通信网络的时钟同步累计误差补偿,能够降低传感网络的延迟性,满足传感网络通信需求.     

一种处于任意时延非线性动态网络中的时钟振荡器快速平均同步算法

研究了处于任意时延非线性动态网络中的时钟振荡器的同步问题. 首先, 提出了一种基于一致性控制策略的动态同步算法, 即快速平均同步算法(FASA)来找到同步解. 该算法能够补偿时钟节点间的时钟偏移和时钟偏差, 使得和以前的同步方法比较后在较短的时间内实现时钟节点的同步. 其次, 由于FASA的动态特性, 我们从具有任意时延的分割动态系统角度来刻画这个算法. 该算法保证在动态网络中的所有时钟节点收敛到李亚普诺夫稳定平衡点. 最后, 数值仿真和实验结果证明了FASA的正确性和有效性, 这意味着时钟节点能达到全局一致, 并且使同步误差精度达到纳秒级别.     

WSN中的时钟漂移与偏移补偿机制研究

在简要阐述无线传感器网络时间同步的发展情况后,基于经典的发送者-接收者双向同步原理,提出一种基于时钟漂移与偏移的同步补偿机制(CDCO算法)。实验仿真结果表明,相对于TPSN算法,CDCO算法可以减少同步误差。     

基于空间应用的TTE时钟同步算法研究

时间触发以太网络(time-triggered ethernet, TTE)作为新型的分布式交换网络具有强实时、高带宽、高安全性的特点,而TTE时钟同步是TTE网络实现的前提条件,本文通过分析TTE时间同步过程以及其过程中存在的噪声,建立了时钟噪声模型,并且采用kalman滤波等滤波算法得到了良好效果,最后在滤除噪声影响之后使用两种渐进时钟补偿算法进行时钟补偿,并通过仿真验证了算法的可行性。     

基于节点自补偿的ＩＥＥＥ １５８８时钟同步算法

为了解决无线传感器网络应用中节点时钟因各自频率与偏移不同步的问题,提高时钟同步的精度和收集到数据的时效性,本文提出基于节点自补偿的IEEE 1588时钟同步算法。该算法在IEEE 1588协议中时钟同步的基础上引入主从节点补偿的理念,以主节点为全局中心,周边所有的从节点依据与主节点时钟间的Kalman最优估计差值进行自补偿,从而达到更高精度的同步。实验表明：经过补偿算法优化后的时钟偏移同步性能综合提升较大,同时同步后时钟系统更稳定,能量损耗低。     

高速网络测量系统时钟同步的研究与分析

在监测网络流量行为中，时钟同步是提供准确的网络测度测量值的前提保证．单向延迟等网络性能测度至少需要毫秒级的同步精度。然而，在高速、大规模、分布式的网络环境下，高速的网络流量影响了系统的时钟响应信号，使得原本是线性模型的相对时钟偏移模型受到影响，这一影响使得即便使用NTP或者GPS，都无法很好地解决时钟同步问题．本文以一个分布式的抽样测量监刚乐境PERME和CERNET地区网主干为依托，详细分析和讨论了高速IP网络中的时钟偏移问题．通过大量真实的实验数据时高速网络中的时钟同步问题进行了研究和分析．同时，对如何解决实验中出现的模型的非线性问题指出了自己的见解．     

随机有界通信时延下传感器网络中的一致性时钟同步算法

在存在随机有界时延的情况下,现有的许多一致性时钟同步算法的同步过程是发散的.在平均一致性时钟同步算法(ATS)的基础上,通过对偏斜和偏移同步过程进行分析,找出导致同步过程发散的原因.通过改变相对偏移估计的方法,保证偏斜同步过程的收敛.在偏移同步过程中,通过计算节点的同步误差,得出时延条件下偏移同步误差有界的结论.最后通过仿真表明,所提出的时钟同步算法在存在随机有界时延且保证网络连通的条件下,同步过程收敛且同步误差有界.     

管网检测的无线传感网络信息采集同步

无线传感网络的时钟校准决定了各节点信息采集的同步性。在供水管网泄漏检测中,各节点信息采集的时间同步误差将引入漏点的定位误差。在泛洪时间同步协议的基础上,提出拨号时间同步方案,在同步过程中采用定向拨号和线性回归相结合的方法,周期补偿终端节点间因本地时钟源频差而产生的时钟偏移,实现网络时间校准。对单跳网络,每2分钟进行1次校正,测试表明节点间的同步误差每秒在10微秒以内,累积误差不超过1毫秒,这样引起的管网漏点定位误差在1米以内,可以满足供水管网泄漏检测的要求。     

基于卡尔曼滤波估计的一致性时钟同步算法

针对无线传感器网络（WSN）的众多应用都需要依赖时钟同步的节点协同完成,而由于节点的晶体震荡器受自身以及外界环境的影响,使得节点时钟偏斜和时钟偏移两个参数发生变化导致时钟不同步问题,提出了基于分布式卡尔曼滤波估计的一致性补偿时钟同步算法DKFCC。该算法首先利用双向信息交换机制以及分布式卡尔曼滤波实现时钟偏斜和偏移两个参数的最优估计,然后基于时钟参数的最优估计值采用一致性补偿方法实现节点的时钟同步。实验结果表明：在100个节点随机部署的WSN中,采用虚拟全局一致性方式的DKFCC同步算法比异步一致性同步（AC）算法的同步均方根误差（SRAMSE）值降低了约95%,具有较高的同步精度;同时,所提出算法从时钟参数层面实现同步,无需频繁地进行时钟同步操作,相比AC算法更节能。     

基于闭环调整策略的无线HART时间同步方法

时间同步是无线传感器网络的关键技术之一。无线HART是用于复杂工业环境的WSN通信协议.为了解决其时间同步问题,文章提出了一种基于闭环调整策略的时间同步方法 CATS。该方法通过测量同步节点之间的时间偏差,获得同步节点之间时间偏差对象模型参数,建立内部受控对象模型,实现节点间的时间偏差的短周期闭环调整。在CC2430通信模块上的实测表明:该方法具有同步精度高、环境适应性好、计算复杂度低等特点,为复杂工业领域中无线HART的时间同步提出了较优的方案。     

基于生成树的无线传感器网络时钟同步算法

考虑到无线传感器网络时钟同步多跳误差累积问题,提出一种基于动态生成树的全网时钟同步算法,只需由根节点开始沿树边广播一次同步消息,全网待同步节点即可采用时钟偏差补偿,并结合贝叶斯后验估计算法对时钟进行准确估计。一个同步轮次内每个节点至多广播两次消息即可完成全网同步。使用OMNeT++软件进行仿真实验表明算法有效降低了多跳累积误差,提高了同步精度,且具有较快的收敛速度和较低的开销。     

基于锁相环的时间同步机制与算法

在讨论计算机时钟分析模型的基础上,分析和总结已有的时间同步机制的特点,提出了一种低能耗单向广播校正同步机制,同时进行时钟偏移补偿和漂移补偿,并基于传统的锁相环(phase locked loop,简称PLL)原理设计了同步算法.为了避免实现过程中额外的硬件开销,开发了一种简洁的数字锁相环.最后,在Mica2实验平台上对所设计的同步机制与算法进行了验证,并与已有的典型算法进行了性能比较.     

基于卡尔曼滤波的网络精确时钟同步研究

在网络化分布式测试与控制系统中,时钟同步是一项重要的课题研究指标.在基于IEEE 1588协议主从时钟的时钟同步中,时钟偏差和时钟漂移的精确测量是主从时钟同步的重要保证.提出了基于卡尔曼滤波的时钟同步方法,该方法不仅能对主从节点之间的时钟漂移进行估计、优化时钟模型,还能实现对时钟偏差的估计,消除传输网络中的干扰.实验结果表明,在时钟同步中引入卡尔曼滤波算法能显著提高时钟同步精度.     

无线传感器网络中时间同步技术的综述

时间同步技术是无线传感器网络中非常重要的协议之一,也是其他协议可靠运行的前提条件,近年来也有相当多的同步机制被提出来,在大规模的无线传感器网络中,单跳同步误差的累加,时钟偏移与漂移同时补偿,同步机制的拓扑性能,同步收敛速度等是目前同步机制研究过程中的主要挑战,传统的集中式同步机制无法满足大规模无线传感器网络的性能要求,研究者们也提出了梯度同步机制,协作同步机制,以及分步式同步机制等来应对这些挑战.本文详细的分析了这些同步机制,并探讨了未来可能的发展方向.     

基于最小二乘法精确时钟同步算法研究与实现

在深入地研究P T P时钟同步机理的前提下,仔细分析了时钟偏差产生的原因,并引入了基于最小二乘法的频率补偿算法来校正相对时钟漂移偏差,在搭建的以太网精确时钟同步平台基础上,通过实验验证了该算法的可行性。结果表明,该算法的引人大大地提高了P T P的同步精度。     

多用户OFDM上行链路同步估计算法简单分析

本论文主要比较了两种多用户上行链路同步估计算法—时域同步与频域同步的性能;最后提出一种新的频率补偿算法使剩余频率快速降到±0.25子载波间距左右,使得频偏估计更具鲁棒性,并说明了算法仿真的有效性。