一种分布式时钟同步技术设计

时钟同步是分布式网络内各节点设备协同工作的重要前提,网络内许多任务的完成都需以时钟同步作为基础;为了实现分布式系统中高精度的时钟同步,文章在现有的时钟同步技术的基础上,设计了一种分布式时钟同步技术,以北斗卫星授时技术作为主同步机制,单向时钟同步技术作为辅助同步机制;即在正常情况下网络中的节点设备利用北斗卫星进行授时,而在无法顺利接收北斗授时信号的少数情况下,节点设备之间利用单向时钟同步技术完成时钟同步,两者结合共同实现不同情况下高精度的时钟同步;在LabVIEW编程环境下设计仿真程序对方案进行验证,结果表明,该方案可以实现分布式系统中的时钟同步,方案的可行性可以得到验证,然后通过进一步的误差分析可知,误差处在一个可接受的范围内.     

基于PTP的多节点微震数据同步采集技术研究

为了同步微震监测系统中各分布式采集节点时钟和提高其精度,提出一种基于PTP(precision time protocol)时钟协议的微震数据同步采集设计方案。该方案将计算机时钟作为系统主时钟,以STM32为处理器,IP178CH为网卡驱动设计时钟分配器,并在其中植入PTP时钟协议,然后通过时钟分配器向网络中各采集节点周期性发送同步信号,最后通过时间偏差和网络延迟时间对每个节点的RTC时钟进行校准,使其与主时钟保持一致,从而实现了节点数据同步采集,其时钟同步精度达到了μs级。     

一种基于休眠机制的网络时间同步协议

时间同步技术是网络系统正常运行的基础。为了降低能耗,无线传感器网络(WSN)需要采用周期性休眠机制。针对目前WSN时间同步协议较少考虑网络节点的休眠问题,提出了一种适用于采用休眠机制的WSN时间同步协议。该协议包括递增序列号(ISN)机制和时钟校正机制。ISN同步机制能够在唤醒休眠节点的同时,将各网络节点同步到一致的时间点。随后,各节点利用本地时钟与参考节点时钟间的时钟漂移差值,对本地时钟进行校正。基于硬件平台的测试表明,该协议能够以较低的同步成本达到较高的同步精度;与传统时间同步协议相比,协议的执行不再受节点休眠状态影响,并且节点的唤醒过程与时间同步相结合,减少了同步消息的交换量;此外,协议中的时钟校正机制还可有效延长再同步周期。该协议还为众多基于时间同步的应用,如网络通信协议、时分多址(TDMA)调度及节点定位等,奠定了必要的基础。     

一种超低功耗无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络中,能量是一个关键资源。传感器网络节点通常在大部分时间里处于休眠状态以节约能量。其中,节点间精确地同步和超低的休眠功耗能够本质上延长无线传感器网络节点的寿命。然而现实中节点在唤醒周期设置、时钟源选择和网络节点同步时很难满足理论研究时提出的要求。因此,提出了一种低功耗无线传感器网络MAC协议:允许节点使用多种时钟源实现功耗最优配置,在休眠时采用内部时钟以达到最低功耗,在工作时采用外部晶振以保证射频性能,同时为了解决多时钟源误差增大且休眠周期变化带来的问题,提出了多时钟源休眠唤醒机制和节点同步策略。最后文章在IEEE802.15.4硬件测试平台上完成了多时钟源MAC协议与SMAC协议的实证测试,结果表明对比SMAC协议的唤醒和同步机制,低功耗无线传感器网络MAC协议在传感器网络节点上能够极大地减少休眠功耗并显著地节约同步的时间,从而大大延长节点寿命。     

改进的无线传感器网络平均时间同步算法

在过去的大多数无线传感器网络时间同步算法中,普通节点通常将时钟与参考节点(或根节点)同步,这很容易被意外事件所干扰(如环路失效或根节点掉电)。文中基于对ATSP(平均时间同步协议)的改进,提出了一种将所有节点时钟同步到它们的平均值的算法-IATS(改进的平均时间同步)算法。首先,在IATS算法中采用ROS(仅接收同步)的方法最小化报文发送量而不失同步精度。此外,基于ROS的扩散机制通过寻找最优同步序列对来节省能耗,并把本地时间同步扩散到整个网络以实现全网同步。文中新颖的想法和方法,已经通过系统的分析和仿真得到了研究和证实,显示了算法的可行性。     

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。     

一种基于Ad hoc网络测距的时钟同步协议

Ad hoc网络是一种特殊的无线移动通信系统,具有无中心、多跳等特点.结合无线传感器网络时钟同步协议RBS、TPSN和有线网络DOCSIS协议,提出了一种适合Ad hoc网络的时钟同步协议.先在Ad hoc网络上建立具有层次性的全网络结构后,以发送广播时钟同步信号的方式实现全网络节点的时钟相对同步,并通过周期性和突发性的双向测距实现和维护主从时钟节点之间精确的时间同步,以满足实际应用的要求.仿真实验表明,该时钟同步协议能满足不同时钟同步精度要求下的Ad hoc网络应用,具有低功耗和高可靠性的特点.     

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.     

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.     

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.