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。     

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%。     

车载ATP安全技术平台同步机制

车载ATP安全技术平台是基于三模冗余的三取二容错计算机。针对3套计算机系统的同步问题,基于采用公共外时钟同步与时钟漂移变化率有界结合的模型对本地时钟进行偏移和漂移补偿,实现系统本地时钟的同步。在此基础上,软件采用时序控制的方式实现三模系统的任务同步。多次实验结果表明,该同步机制能满足三取二容错计算机在同步技术上的要求。     

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。     

大规模无线传感器网络的时间同步方法研究

针对网络构建和应用,给出大规模无线传感器网络的定义及特点.给出时钟模型,并根据时钟模型分析时间同步的误差来源.在分析比较现有偏移补偿同步方法的基础上,提出偏移补偿与漂移补偿相结合的时间同步方案.     

一种应用于煤矿井下线型WSN的时间同步算法

针对煤矿井下线型网络结构的特殊性及传统TPSN算法存在线型网络末端节点同步误差比较大的问题,提出了基于分簇结构的线型WSN时间同步算法。该算法以传统分簇算法为基础,运用时钟漂移补偿、异常数据过滤技术,降低了网络的时间同步误差,同时平衡了整个网络的能量损耗。仿真结果证明了该算法的正确性。     

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。     

FlexRay时钟同步分析

描述FlexRay网络的基本特点及FlexRay网络时钟同步算法的具体过程,介绍FlexRay网络的容错中间点算法,提出时钟同步算法的数学模型,并对数学模型进行分析。从理论上说明FlexRay时钟同步算法具有较强的容错性和适用性。     

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。     

分布式计算系统回卷恢复容错的仿真设计

为了解决分布式计算系统回卷恢复容错的验证评估问题,设计一种分布式计算系统的回卷恢复容错算法的仿真机制,依据分布式计算系统回卷恢复容错的总体架构,将分布式计算系统中的节点任务过程使用离散事件模拟,在网络系统仿真工具的应用层增加支持多任务回卷恢复容错仿真的模块,并设计用于回卷恢复容错仿真的结构、功能模块和系统参数设定。结果表明本文提出的仿真机制能够实现分布式计算系统的回卷恢复容错算法的模拟验证,为不同容错算法间对比、改进与优化提供参照。      

无线传感器网络(k,m)-容错连通支配集的分布式构建

采用连通支配集作为虚拟骨干可以延长无线传感器网络的生命时间,但是考虑到节点容易失效,虚拟骨干还需要具有一定的容错性。对此,针对任意k和m取值,提出了一种完全分布式的k-连通m-支配集构建算法,其中k-连通保证了网络中支配节点之间的容错性,m-支配则保证了普通节点与支配节点之间的容错性。该算法可以在异构网络中进行扩展,首先构建连通支配集,然后采用最大独立集和贪心的思想将普通节点进行m-支配,最后在局部拓扑中通过公共邻居节点将连通支配集扩展为k-连通。仿真实验证实,该算法可以通过较低的通信开销获得规模较优的k-连通m-支配集。     

水厂自动化监控系统设计及容错技术应用研究

自动化监控系统已成为许多工业企业中非常重要的部分,而容错技术是保证系统可靠性的有效方法。本文以自行研制开发的某水厂自动化监控系统为例,首先介绍了系统的设计和实现方法。该系统采用三层网络结构来完成对水厂各设备的监控,通过PLC实现设备数据的采集,Profibus-DP和以太网实现数据的传送。分析了监控系统中常用容错技术的原理,并详细介绍了系统中容错技术的实现方法。该系统在某水厂得到了成功的应用,取得了满意的效果。     

基于不变网络模型和故障注入的分布式信息系统故障溯源方法

针对传统分布式信息系统故障溯源算法对于先验知识依赖严重的问题,提出一种基于不变网络与故障注入相结合的故障溯源方法.首先,利用系统日志中收集到的系统组件运行数据,构建系统的不变网络模型,在此基础上进行节点或组件故障注入及扩散建模,建立故障网络集;然后,根据原始时间序列取值情况,制定数据质量评价规则以甄别数据是否发生突变;最后,利用实际故障网络与故障网络集中故障网络局部拟合的方式进行故障溯源,并利用数据质量评价规则对该结果进行修正,实现对系统故障源的精确定位.在仿真数据集、某开源系统数据集和某电网调度系统实采数据上的实验结果表明,所提出方法具有更高的准确率.     

Distributed fault tolerance in optimal interpolative nets

The recursive training algorithm for the optimal interpolative (OI) classification network is extended to include distributed fault tolerance. The conventional OI Net learning algorithm leads to network weights that are nonoptimally distributed (in the sense of fault tolerance). Fault tolerance is becoming an increasingly important factor in hardware implementations of neural networks. But fault tolerance is often taken for granted in neural networks rather than being explicitly accounted for in the architecture or learning algorithm. In addition, when fault tolerance is considered, it is often accounted for using an unrealistic fault model (e.g., neurons that are stuck on or off rather than small weight perturbations). Realistic fault tolerance can be achieved through a smooth distribution of weights, resulting in low weight salience and distributed computation. Results of trained OI Nets on the Iris classification problem show that fault tolerance can be increased with the algorithm presented in this paper.     

A simple algorithm for clock synchronization in transputer networks

In a distributed system based on Transputer components there is one clock for each processing element, and the definition of the global system time requires the choice of a hardware or software synchronization method. This paper describes the RING_SYNC algorithm, based on a ring-structured synchronization scheme. RING_SYNC has no provision for fault tolerance, but it introduces little overhead, thanks to the optimization of both the number of messages exchanged at sync time and the resynchronization frequency. The implementation of the algorithm together with the tests performed for measuring the synchronization error and their results are discussed extensively, and some typical applications are pointed out.     

Routing in wormhole-switched clustered networks with applicationsto fault tolerance

This paper presents a novel technique for routing in wormhole-switched multiprocessor interconnection networks with clustered configuration. The network model used here consists of a set of clusters interfaced through a common central network. We assume that the central network and the clusters use independent algorithms to route messages between their internal nodes. A technique for deriving a global routing algorithm based on the local algorithms is presented, which allows the transfer of messages between any pair of nodes in the network. This proposed method is shown to be deadlock-free with two virtual channels. The clustered network model and the proposed routing technique can be used to enhance the fault tolerance capability of existing routing algorithms. In particular, we describe fault-tolerant routing methods for meshes, which can tolerate any arbitrary fault distribution without disabling connected healthy nodes     

基于消息队列的工作流引擎及其容错设计

在流程定义工具、Web中间件和工作流引擎组成的分布式工作流平台上,以提高工作流引擎的可信性为目的,围绕软件容错设计、硬件和网络平台的可靠性、可靠消息传输模式,结合对实际生产的分析,提出一种新的可信构件设计方案。运行结果表明,该方案取得了较好的应用效果。     

基于网络的大型装备在线监测与智能诊断

在大型武器装备的故障诊断中,运用无线网络技术,组建了基于多级分布式无线监测网络的智能诊断平台,设计了现场监测中心、设备在线监测诊断中心及无线智能检测单元。系统采用基于小波包能量分布与奇异值分解相结合的特征提取方法,运用混合型集成神经网络来完成这些特征信号的局部故障诊断,然后采用D-S证据理论将多个传感器的故障诊断结果进行融合,实现了准确的故障诊断;并采用基于竞争网络集成的在线监测方法,从而构建了某大型武器装备的在线监测与智能诊断系统。