基于频率校正的触发型传感器网络同步算法

通过对现有时钟同步算法的分析,为消除触发型同步算法中时钟频率偏差对同步误差的影响,提出一种基于频率校正的触发型传感器网络同步算法。该算法中基站监测事件发生时,相关传感器节点通过线性回归计算时钟晶振频率偏差,通过同步信令的交互,估算往返时延和时间差值。仿真结果表明,该算法能达到良好的同步精度。     

一种双参数拓扑推测方法

针对采用单一性能参数推测网络拓扑结构算法的问题, 如有效性与网络负载有关以及测量节点性能参数时大多需要节点间时钟的同步等, 在现有的测量方法基础上, 提出了一种不需要节点间时钟同步可以测量端到端时延抖动和丢包相关性的紧接分组对序列测量方法, 同时设计了一种综合端到端时延抖动和丢包相关性的双参数拓扑推测算法, 该算法能够适应不同的网络负载环境。最后通过NS-2仿真实验验证了该算法的有效性和准确性。     

一种新的动态无线传感器网络中的安全时钟同步算法

提出一种新的动态无线传感器网络安全时钟同步算法DSCS(Dynamic Secure Clock Synchronization).DSCS采用本地广播认证的方案阻止网络外部的恶意节点的攻击 ,同时采用接收冗余的同步报文的方案阻止网络内部妥协节点的攻击,解决了无线传感器网络时钟同步算法中的安全问题,并且适用于动态网络.仿真结果验证了DSCS算法的高效性.     

基于PTP的加权时钟同步算法

时钟同步在计算机网络领域中应用广泛,是实现许多网络功能的重要基础。软件定义网络(SDN)作为一种新兴的网络架构,其中的确定性时延、同步传输、网络虚拟化等研究都依赖于网络协议进行软件时钟同步。研究如何通过软件方式提升时钟同步精度在SDN系统中有着重要的意义。本文对现有的PTP的时钟同步方式进行了介绍与分析,在此基础上提出了一种改进的时钟加权算法,通过利用网络中上一层多个节点的时钟信息来提升多跳同步的时钟精度。在对典型网络的仿真测试中,每个节点时钟同步精度的提升幅度从1倍到2.6倍不等。网络中的链路越多,算法提升效果越明显。     

AUV辅助的水下传感器网络时钟同步算法

针对当前水下传感器网络中的时钟同步难题,设计了一种三元阵被动定位自主水下航行器（ AUV）模型,并基于此模型提出了AUV辅助的时钟同步（ AUV-Sync）算法。该算法通过AUV与节点之间相对运动过程中进行的信息交换来对节点相对距离进行估计,进而基于相对距离计算单向传播时延来降低由于节点移动性所导致的误差。最后,通过两轮加权最小二乘法进行线性回归来估计时钟同步的参数。仿真结果表明：在存在节点漂移的动态水下传感器网络环境中,该算法较其他相关算法有更高的精度。     

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.     

基于卡尔曼一致滤波器的WSN时间同步算法

提出一种基于分布式卡尔曼一致滤波器的无线传感器网络时间同步算法.该算法不需要将网络分层,每个节点都和它的相邻节点交换时间消息,通过分布式卡尔曼一致滤波器估计本节点的时钟偏移和频率偏移,使得全网所有节点的虚拟全局时钟逐渐收敛一致.仿真实验表明,提出的算法在多跳网络中误差累积较小,具有较高的同步精度,同时对存在节点失效或新节点加入的动态网络具有良好的可扩展性.     

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。     

风电场SCADA系统时间同步技术研究

为了实现风电场SCADA系统的时钟同步,提出了基于物理层物理介质无关接口的时钟同步方法.详细分析了分布式网络主从节点间实现时间同步的过程,提出了基于介质无关接口准确获取网络数据帧离开和到达时刻的时间同步方法,通过对各从节点相对主节点的频率偏差修正、往返法测量链路时延以及实时计算交换时延补偿交换时延的不确定性,实现了主节点到从节点的高精度时间同步.试验证明,基于介质无关接口的开环时间传递能够实现25ns的高精度时钟同步.     

网络化测试系统中时滞误差的动态补偿

以基于网络的动态测试为研究背景,在无GPS等时钟同步设备的条件下,设计一个基于LMS算法的自适应估计器,对参比系统、被测系统及误差处理器的时钟源同步误差进行在线估计,实现了对网络时延引起的时滞误差的动态补偿。仿真结果表明,该自适应时延估计器能够有效地对时钟源同步误差进行估计,网络化测试系统动态补偿后的总误差比补偿前下降了85％。     

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.     

基于RTEthernet改进的时钟同步算法

以太网其庞大的网络系统在复杂的环境中存在网络链路延迟,节点时钟的漂移,同步能力差等问题。通过研究RTEthernet协议的起源和工作原理,考虑到影响实时以太网时间同步精密度的时钟拜占庭故障、网络传输延迟和漂移率等三个因素,建立了符合RTEthernet协议的通信模型。对FTA时钟同步算法在故障下时钟同步精密度损失率提升较少的问题进行了研究,引入了滑动窗口技术,提出了容错滑动窗口（Fault-Tolerant Sliding Window, FTSW）算法。容错滑动窗口算法能进一步提高分布式系统在进行时钟同步是对故障节点的容错能力。最后,使用CANoe仿真工具对FTSW算法进行仿真验证, FTSW算法的容错性优于FTA时钟同步算法算法,且在系统（七个节点）中存在两个拜占庭故障的情况下,同步后的精密度损失率降低了7.1%。     

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。     

具有切换拓扑结构的非恒等节点复杂网络同步化判据

网络拓扑结构与节点动态在复杂网络的同步化过程中起着关键性的作用,针对具有切换拓扑结构与非恒等节点的同步化问题还没有非常有效的判据.本文研究了具有切换拓扑与非恒等节点的复杂网络同步化问题,针对非恒等节点不存在公共平衡解的情况,选取所有节点的平均状态作为同步化目标,并在此基础上建立起误差动态方程.基于所有外部耦合矩阵可以同时三角化的条件下,构建了低维系统的公共Lyapunov函数,提出了在误差向量范数有界意义下的复杂网络全局同步化判据,保证系统在任意切换策略下实现复杂网络的同步化.最后通过数值仿真验证了结果的有效性.     

Distributed Average Consensus in Multi-agent Networks with Limited Bandwidth and Time-delays

This paper studies the distributed average consensus problem of multi-agent digital networks with time-delays. For the network, each agent can only exchange symbolic data with its neighbours. We provide a distributed average consensus protocol which uses the quantized and time-delay information. We consider two types of dynamic encoders/decoders in our protocol. One uses inverse proportion function as scaling function, while the other uses exponential function as scaling function. All agents can reach average consensus asymptotically with our protocol. Furthermore, we show that the average consensus protocol is robust to finite symmetric time-delays, but is sensitive to asymmetric time-delays that will destroy the average consensus of the networks. Finally, simulations are presented to illustrate validity of our theoretical results.      

Scalable Clock Synchronization Analysis: A Symmetric Noncooperative Output Feedback Tubes-MPC Approach

In the cyber-physical environment, the clock synchronization algorithm is required to have better expansion for network scale. In this paper, a new measurement model of observability under the equivalent transformation of minimum mean square error (MMSE) is constructed based on basic measurement unit (BMU), which can realize the scaled expansion of MMSE measurement. Based on the state updating equation of absolute clock and the decoupled measurement model of MMSE-like equivalence, which is proposed to calculate the positive definite invariant set by using the theoretical-practical Luenberger observer as the synthetical observer, the local noncooperative optimal control problem is built, and the clock synchronization system driven by the ideal state of local clock can reach the exponential convergence for synchronization performance. Different from the problem of general linear system regulators, the state estimation error and state control error are analyzed in the established affine system based on the set-theory-in-control to achieve the quantification of state deviation caused by noise interference. Based on the BMU for isomorphic state map, the synchronization performance of clock states between multiple sets of representative nodes is evaluated, and the scale of evaluated system can be still expanded. After the synchronization is completed, the state of perturbation system remains in the maximum range of measurement accuracy, and the state of nominal system can be stabilized at the ideal state for local clock and realizes the exponential convergence of the clock synchronization system.      

基于推后补偿的时钟同步算法研究

时钟同步精度是网络时间同步的重要指标。目前网络节点的增多及涉及行业领域的扩大,给时钟同步精度提出了更高的要求,因此需要研究新的时钟同步算法提高时钟同步精度。本文以网络时钟同步的单向比较法为研究对象,针对其在时钟同步精度上的不足,提出了一种新的时钟同步算法,并给出了此算法在PPS信号同步中的应用,实验结果表明所提出的时钟同步算法提高了PPS信号的传递精度。该算法简单明了,易于工程实现。     

基于时间权重值的共识算法研究

针对联盟链中广泛应用的PBFT算法网络复杂度高、共识速度慢以及查询速度上的不足进行了研究,并提出了一种基于时间权重值(time-weighted value,TWV)的共识算法.首先,针对网络复杂度高和共识速度慢的问题,TWV共识算法通过节点的时间权重值选择合适的共识节点缩小了共识节点的规模,并且结合PBFT算法中的视图更换协议,将此时的共识节点替换为具有较高时间权重值的节点;其次利用共识节点延迟低、在线时间长以及数据存储量的特点,提升了数据查询和同步的效率;最后,通过本地多节点的仿真对比实验证明,TWV共识算法的数据查询效率以及吞吐量较PBFT共识算法有所提升,并且有效降低了节点达成共识的时间.