一种事件触发型传感器网络时钟同步算法*

通过介绍时钟同步机制的作用和现状,针对节点能源有限的特点,提出一种事件触发型传感器网络时钟同步算法。仿真结果表明该算法能较好地节约能源开销,延长网络寿命。     

基于本地时钟自校正的无线传感器网络同步方法

通过分析TPSN同步协议和造成时钟偏差不确定性的各种因素,结合无线传感器网络低功耗的特点及其对时钟同步算法精度的要求,针对TPSN未对时钟频率漂移进行估计的问题,提出一种节点本地时钟自校正方法,并设计了平均时钟偏差指标对一个同步周期内时钟精度进行评价。对比实验结果表明本方法易于实现,在保证同步精度的同时可以延长同步周期,减少同步开销,节约了能耗。     

基于最优时钟偏差的无线传感器网络同步算法

针对无线传感器网络固有的时钟偏移和时钟漂移问题,研究了不同的时间同步方法对同步精度的影响。以簇形网络结构时钟同步原理为依据提出最优时钟偏差算法,应用卡尔曼滤波方法,以最优化递归方式对成员节点的时钟偏差进行最小调整。与一般簇形同步算法进行比较发现,该算法不仅可以提高同步精度,还可以减少节点能耗。仿真结果也表明,该算法能准确地描述同步精度问题,是一种有效的时钟同步算法。     

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。     

基于加权最小二乘法的精确时钟同步算法研究与实现

提出了一种基于加权最小二乘法的从时钟频率自补偿算法。该算法采用从时钟频率自补偿算法解决了每两次PTP同步之间时钟漂移偏差逐步扩大的问题,并引入加权最小二乘法来求取频率自补偿算法中的动态补偿值。该算法在以Altera Cyclone Ⅱ FPGA为主控芯片的开发平台上通过了验证,测试结果表明,算法的引入显著提高了PTP的同步精度,同步精度达到1μs。     

基于GPS的无线传感器网络时间同步技术

在无线传感器网络测试系统中,为了对测试对象进行准确的测试,时间同步技术至关重要。根据GPS授时原理,提出了利用GPS秒脉冲对同步控制系统进行触发,并无线广播同步触发信号,同时,各传感器节点通过接收同步触发信号,进行时钟同步触发、时钟校准,以及对测试事件触发的同步采集。通过验证,各传感器节点之间的事件同步触发误差为1μs左右,并具有很高的可靠性,可广泛应用于航空、航海等工程测试领域。     

OFDM系统中同步偏差的联合估计算法

研究基于IEEE 802.11a的正交频分复用(OFDM)系统,分析同步偏差对该系统的影响,提出一种联合估计算法。利用导频序列估计频域中OFDM系统的同步偏差,包括符号定时偏差、载波频率偏差和采样时钟频率偏差。仿真结果证明,该算法的误包率较低,能较好地应用于OFDM系统。     

无线传感器网络中同步补偿机制的研究与应用

在由事件触发、部分节点同步的无线传感器网络应用中,传统时间同步算法周期性全网同步存在不必要的能耗问题。通过分析现有的时间同步机制,提出一种基于事件触发的时间同步补偿算法,该算法通过分别统计出沿途的累计处理时延并补偿传输延时的方式实现部分节点同步。实验结果表明,在兴趣节点数量较少和事件发生频率较低的情况下该算法具有良好的同步效果和节能性。     

无线传感器网络时间同步综述

无线传感器在网络应用时要求传感器节点保持时间同步,但传统的时间同步方法并不适用于无线传感器网络。为此,指出设计时间同步协议所面临的问题,对现有无线传感器网络时间同步算法进行总结,分析典型算法对时钟偏差和时钟漂移的处理,并给出进一步的研究方向。     

无线传感器网络中带延时的一致性时间同步

针对无线传感器网络(WSNs)中节点间通信存在传输延迟,影响同步精度的情况,将加权平均应用于相对时钟斜率的计算,提出了一种带延时的一致性时间同步算法.该算法中每个传感器节点通过与邻居节点通信交换时钟信息,根据一致性理论更新时钟参数,从而到达时间同步的目的.研究了在假定传输延时服从正态分布的情况下对一致性时间同步算法的影响,提出的算法降低了延时对同步精度的影响,Matlab仿真验证了该算法的有效性.     

Probabilistic clock synchronization in distributed systems

Presents and analyzes a new probabilistic clock synchronization algorithm that can guarantee a much smaller bound on the clock skew than most existing algorithms. The algorithm is probabilistic in the sense that the bound on the clock skew that it guarantees has a probability of invalidity associated with it. However, the probability of invalidity may be made extremely small by transmitting a sufficient number of synchronization messages. It is shown that an upper bound on the probability of invalidity decreases exponentially with the number of synchronization messages transmitted. A closed-form expression that relates the probability of invalidity to the clock skew and the number of synchronization messages is also derived     

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。     

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.     

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.     

一种适用于矿山设备振动监测的WSNs改进时间同步算法

结合矿山设备振动监测的实际情况,给出了矿山设备振动监测的无线传感器网络模型;针对TPSN时间同步算法能耗大、DMTS时间同步算法精度低的问题,提出一种改进的无线传感器网络时间同步算法——TPDM算法。该算法采用动态簇首选择算法选出簇首节点,簇首节点之间的同步采用TPSN算法以保证同步精度,簇内节点之间的同步采用DMTS算法以降低能耗,并采用基于最小平方线性回归方法的时钟漂移补偿技术对同步时钟进行时间补偿。仿真结果表明,与TPSN算法和DMTS算法相比,TPDM算法在能耗和精度方面得到了折中,能更好地满足矿山设备振动监测的要求。     

免时间戳交互的无线传感网隐含节点同步参数估计算法

能效是无线传感网(Wireless sensor networks, WSNs)时间同步机制设计时需考虑的一个关键因素. 近年来, 隐含同步和免时间戳同步两种低功耗同步机制备受关注. 前者利用监听方式节省了发送同步信息所带来的能耗; 后者则通过接收端的定时响应, 无需在交互过程中传递时间戳, 减少了能量开销. 将免时间戳同步与隐含同步相结合, 能够进一步降低无线传感网同步功能实施所导致的额外能耗. 但目前免时间戳交互下的隐含节点只能估计时钟漂移, 无法估计时钟偏移. 针对该问题, 提出了一种基于最大似然估计(Maximum likelihood estimation, MLE)的免时间戳同步参数估计算法, 实现对隐含节点时钟漂移和偏移参数的联合估计, 并推导获得了对应估计器的性能界限. 仿真结果验证了所提估计器的有效性.     

Clock synchronization for Internet measurements: a clustering algorithm

Clock synchronization is a crucial issue for scalable and accurate network performance measurements, especially when no external time sources are introduced. The paper presents a clustering based efficient and robust algorithm Optimized Top-Down Time series Segmentation (OTDTS) for clock synchronization between end-to-end systems. The computational complexity of OTDTS is of order O(KN²). Based on the one-way probe delay traces, the algorithm segments the delay time series at proper points, at which clock dynamics occur. End systems could achieve relative clock synchronization by estimating and removing the clock skew of each segment. Simulations on artificial data set and practical Internet measurement illustrate the availability and efficiency of OTDTS.