基于TSDPLL的时钟漂移补偿算法容错研究*

提出集成TSDPLL对系统节点本地时钟计时频率漂移进行有效补偿的时钟同步方法,大大提高了应用网络时间同步技术（如NTP、PTP等）的同步精度。为确保TSDPLL能在网络出现拥塞的情况下仍然正常工作,通过分析收敛函数基本特征,提出基于收敛函数的容错方案。仿真实验结果表明,该方案算法简单、容错效果明显,是基于DPLL时钟漂移补偿算法不可或缺的关键组成部分。     

时间触发以太网时钟同步的容错方法分析

为揭示高完整性和标准完整性配置下时钟同步容错方法的有效性,对时间触发以太网(time-triggered Ethernet,TTE)网络标准中时钟同步服务描述进行协议分析,还原时钟同步算法的理论模型。通过分析容错机制对应的失效模式,对TTE网络时钟同步算法在单同步域下对抗失效的有效性进行仿真验证,仿真结果表明了高完整性配置下的TTE网络时钟具备对抗单点随意失效的能力。     

一种可应用于联盟链的拜占庭容错共识算法

针对联盟链应用场景,分析了目前应用最广泛的PBFT（practical Byzantine fault tolerance,实用拜占庭容错）算法中的高通信成本和主节点选取的问题,提出了OBFT（optimistic Byzantine fault tolerance,乐观同步拜占庭容错）算法。首先,针对高通信成本问题,OBFT算法通过动态超时时间实现了乐观同步拜占庭容错,并且结合了PBFT算法中的检查点协议,当触发超时时,说明此时节点处于异步状态,为了实现拜占庭容错,算法切换回部分同步拜占庭容错,即执行PBFT算法的commit阶段,并且以stable checkpoint为新一轮乐观拜占庭容错的起点。其次利用积分制优化了主节点选取过程,保证可供选择的主节点符合区块链最长链原则。最后通过本地多节点仿真实验表明,OBFT算法提升了数据吞吐量和可拓展性,并且有效地降低了交易延迟。     

WMN中拜占庭容错网络结构及算法

为提高无线Mesh网络(WMN)的可靠性,以可信计算领域中的拜占庭容错原理为基础,引入拜占庭单元概念,构建一个WMN拜占庭容错网络结构,并提出一种拜占庭算法,用以改进现有WMN路由协议.仿真结果表明,改进的路由协议能对异常节点信息进行容错处理,获得正确的节点信息,增强网络的容错能力,达到提升WMN可靠性的目的.     

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.     

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.     

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。     

适用于大规模超低占空比WSN的时间同步协议*

时间同步是无线传感器网络的重要组成部分。在超低占空比休眠机制的无线传感器网络时间同步中,迫切需要解决节点间的时钟漂移(Clock Drift)问题。目前,仅有少数解决超低占空比无线传感器网络时钟漂移问题的协议。本文引入同步子层思想,提出一种类根节点协同时间同步协议TPCRC(Time-synchronization Protocol with Collaboration from Root-node Class),采用首先实现同步子层的时间同步,然后实现同步子层间的时间同步,最后达到整个网络时间同步的方式,能有效解决时钟偏差(Clock Skew)校正后的时钟漂移问题。仿真实验表明,TPCRC协议能有效解决大规模超低占空比无线传感器网络时间同步中的时钟漂移问题。     

无线传感器网络时钟同步技术

在无线传感器网络中,时钟同步是一项重要的支撑技术;诸如数据融合、TDMA调度、休眠唤醒节能模式和移动节点定位等应用均需要传感器节点本地时钟保持同步;由于传感器网络一些独特的内在特性,NTP等传统同步技术无法适用于这种新型网络;因此,越来越多的研究者开始关注传感器网络时钟同步协议的研究与设计;通过回顾时钟同步的问题及传感器网络对时钟同步的需求,介绍了时钟的数学模型,并基于该模型讨论了时钟同步的3个重要概念:时钟漂移、时钟偏移和分组的传输延迟;之后简要阐述了3种专门为传感器网络设计和提出的典型传感器网络时钟同步协议.     

精确时间同步协议在空间无线信道下的适应性研究

IEEE1588协议定义的精确时间协议（Precision Time Protocol,PTP）能够实现地面以太网网络节点中的时钟同步,达到亚微秒级时间同步精度。相比于稳定的地面以太网环境,深空网络环境具有长时延、时延抖动及信道不对称等特点。对PTP协议在深空邻近空间无线信道下的时间同步性能进行了研究。首先,介绍了PTP协议的同步原理。其次,对深空邻近无线网络信道环境对于适用于地面以太网环境的PTP协议时间同步性能的影响进行了分析,并提出采用卡尔曼滤波算法和设定主从时钟钟差阈值相结合的方法,对PTP协议进行适应性改进。最后,采用损伤仪和测试仪模拟深空邻近无线网络信道环境,利用时钟分析仪对软件结合硬件实现的PTP协议进行了时间同步性能测试。测试结果表明,改进后的PTP协议提高了在深空邻近空间无线信道下时间同步的精度和稳定性。     

A New and Improved Algorithm for Fault-Tolerant Clock Synchronization

Synchronous clocks are an essential requirement for a variety of distributed system applications. Many of these applications are safety-critical and require fault tolerance. In this paper, a new "Sliding Window" clock synchronization algorithm is presented. It offers two significant advantages. First, it can tolerate considerably higher percentages of faults than any known algorithm. In addition, it achieves clock synchronization tightness that is tighter than or as tight as that of other algorithms. A comprehensive simulation environment is used for an evaluation and comparison of the Sliding Window Algorithm with other clock synchronization algorithms. A quantitative evaluation using this environment outlines the achievable tightness under different conditions and shows that the Sliding Window Algorithm is capable of tolerating more than 50% of the nodes being faulty at any time as well as short fault bursts that affect all nodes. The evaluation also shows that our algorithm synchronizes up to 38% tighter than other algorithms. Finally, it is proven that the algorithm is able to guarantee synchronization in an n-node system even if the number of Byzantine faults is n/4.     

嵌入式设备的精确时钟同步技术的研究与实现

为解决工业以太网中嵌入式设备之间时钟同步能力不足的问题,提出了IEEE1588协议在嵌入式设备中的应用方案。基于STM32F207IG处理器和ucos-II操作系统软硬件平台,首先移植并修改LwIP协议使其兼容IEEE 1588协议,然后配置系统时间校准模式,将捕获的时间戳以增强型描述符的形式交于应用层进行时钟校正,采用频率漂移校正算法解决从时钟频率漂移的问题,使用秒脉冲信号测试时钟同步。实验测试表明,时钟同步精度约200 ns,满足了大部分工业以太网的需求。     

普通交换机在IEEE1588时钟同步系统中的应用

探讨了在通信网络结构相对简单的分布式测控系统中,采用普通以太网交换机实现IEEE1588时钟同步应用方案。通过大量的实验数据来分析IEEE1588系统中使用普通交换机所导致的同步报文延迟对于时钟同步精度的影响,以及使用不同性能交换机的IEEE1588系统所能够实现的时钟同步效果。研究结果表明,在主从时钟节点通过交换机直接连接以及网络流量很小的情况下,仍可以实现微秒级的时钟同步精度,由此验证了普通交换机的可行性。本文的工作可以为IEEE1588协议在分布式测控系统中的进一步推广普及提供参考依据。     

具有容错性的时间同步协议算法

在无线传感器网络的许多时间同步协议中,算法的精确性、高效性以及简洁性总被优先考虑.此外,容错性时间同步协议也逐渐受到越来越多的关注,鉴于经典算法浮动时间同步协议(FTSP)较为全面地考虑了时间同步的能耗、同步精度、可扩展性等要求,提出了一种基于FTSP具有容错性的时间同步协议,算法通过对历史所测的有限个时钟漂移率进行加权平均计算新的漂移率,其中算法的加权系数根据历史测量值的方差动态确定.通过Matalab对新算法的时钟漂移率和在接收到错误信息情况下漂移率的变化进行仿真分析,结果表明:改进后的算法具有较强的容错性.     

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。     

一类网络化控制系统的时延分析及时钟同步方法

针对如何保证精确的分布式时钟同步以实现预期的实时调度和控制问题,通过对一类基于全双工交换式以太网并采用总线型拓扑的网络化控制系统时延特征的分析,结合网络精确时钟同步协议,在分析了其可行性的基础上,给出了网络化控制系统时钟同步的设计及实现方法.     

The accuracy of the clock synchronization achieved by TEMPO inBerkeley UNIX 4.3BSD

The authors discuss the upper and lower bounds on the accuracy of the time synchronization achieved by the algorithm implemented in TEMPO, the distributed service that synchronizes the clocks of the University of California, Berkeley, UNIX 4.3BSD systems. The accuracy is shown to be a function of the network transmission latency; it depends linearly upon the drift rate of the clocks and the interval between synchronizations. TEMPO keeps the clocks of the VAX computers in a local area network synchronized with an accuracy comparable to the resolution of single-machine clocks. Comparison with other clock synchronization algorithms shows that TEMPO, in an environment with no Byzantine faults, can achieve better synchronization at a lower cost     

网络时间同步协议综述

时间同步技术广泛应用于工业自动化、精密测量与控制、军队指挥信息化系统等领域。IEEE 1588精密时间协议提供亚微秒级的网络时间同步，能够满足工业领域的高精度测量和控制需求。White Rabbit时间同步技术（WR）是基于同步以太网、IEEE 1588v2协议和全数字双混频鉴相器技术（DDMTD）的一种分布式时间同步方案，能够提供亚纳秒级的同步精度。SAE AS6802协议是一种高精度、可容错、具有开发潜力的时钟同步协议，可为时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet，TTE）提供所需精度的全局同步时钟。回顾了这三种时间同步技术的研究发展状况，并分析了其优缺点，展望了未来网络时间同步技术可能面临的挑战和发展趋势。     

IEEE1588精确时钟同步协议从时钟设计

时钟漂移与传输延时的不确定性是分布式系统时钟同步中不容忽视的问题,它直接影响同步精度。分析了IEEE 1588精确时钟同步协议的同步机制,设计了从时钟的硬件结构,提出了结合数据滤波和锁相环PI调节的高精度时钟同步算法。