面向单向延迟测量的时钟同步技术研究

为测量网络传输中的单向延迟等性能参数以准确提供和分析网络的性能状况,时钟同步的精度要求已非时钟同步协议(NTP)所能完成。该文对近年来出现的各种针对此问题的时钟同步技术研究和实现展开综述性陈述,并在此基础上提出Altair&Vega(A&V)方法。该方法修正了Moon方法中理论推导的欠妥之处,建立两主机之间同步模型,能提供高精度的相对时钟偏移修正。     

基于时钟漂移率的时钟同步客户端系统

采用客户/服务器时钟同步工作模式获得来自于参考时钟服务器的时间戳信息,并建立了连续时间戳通信模型以获得更准确的时钟运行精度差。在此基础上,利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型,以获得本地节点的时钟漂移率。最后详细分析了传统时钟调整策略,并针对其缺陷自主开发了基于时钟漂移率的时钟同步客户端软件。该软件不仅可以动态显示网络延迟、偏差趋势曲线和方程,而且可以采用拟合偏差策略进行时间调整,有效提高了客户端时钟同步的稳定性及时钟的运行精度。     

基于高精度性能计数器的网络单向时延研究

区别于常规的消除时钟偏差和时钟频差的网络单向时延测量方法,提出一种新的单向时延测量方法.利用两主机的高精度性能计数器的相对关系,推导出基于高精度性能计数器的网络单向时延表达式,为了估算表达式中的待定项,在两主机之间建立TCP连接,周期性双方向交换性能计数器信息,通过包对理论,定时更新时延表达式中的待定项.结果显示,该方法完全不需要主机之间的时钟同步,具有精度高、可在线测量的优点,同时,它提供了一种非对称网络环境下单向时延测量的手段.     

高速网络测量系统时钟同步的研究与分析

在监测网络流量行为中，时钟同步是提供准确的网络测度测量值的前提保证．单向延迟等网络性能测度至少需要毫秒级的同步精度。然而，在高速、大规模、分布式的网络环境下，高速的网络流量影响了系统的时钟响应信号，使得原本是线性模型的相对时钟偏移模型受到影响，这一影响使得即便使用NTP或者GPS，都无法很好地解决时钟同步问题．本文以一个分布式的抽样测量监刚乐境PERME和CERNET地区网主干为依托，详细分析和讨论了高速IP网络中的时钟偏移问题．通过大量真实的实验数据时高速网络中的时钟同步问题进行了研究和分析．同时，对如何解决实验中出现的模型的非线性问题指出了自己的见解．     

基于拟合偏差的时钟同步

该文提出采用拟合偏差方法进行时钟调整的策略,以有效克服网络延迟和抖动对时钟同步的影响。开发NTP时间同步客户端,实现多种时间戳数据的采集和存储。分析本地节点的时间信息和来自于参考时钟服务器的时间戳信息,并构造时钟偏差趋势方程。利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型和利用该漂移率进行时钟的调整和稳定性分析。实验证明,该策略提高了客户端时钟同步的稳定性和安全性,能够更好地适应网络传输性能较差环境下的时钟同步。     

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。     

基于NTP的时钟调整策略分析

时钟同步是分布式系统中的经典问题.本文采用本地节点的时间信息和来自于参考时钟服务器的时间戳信息构造时钟偏差趋势方程,并利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型.提出采用拟合偏差方法进行时钟调整的策略,以有效克服网络延迟和抖动对时钟同步的影响.实验证明该策略不仅有效减少了本地节点的非必须时钟调整次数,提高了客户端时钟同步的稳定性,并且对网络传输性能较差环境下的时钟同步有更好的适应性.     

自适应卡尔曼滤波的精密时钟同步方法

为减少因网络延时抖动引起的时钟波动，减小因频率不一致和漂移造成时钟偏差，建立了频率偏差模型和基于卡尔曼滤波的同步系统；为避免卡尔曼滤波器靠经验估计测量噪声的问题，并减少Sage-Husa算法因测量周期不一致造成的时钟波动，修正了Sage-Husa算法权值系数和测量噪声计算公式；为减小野值对强跟踪算法的影响和提高强跟踪算法的准确率，设计了野值检测和处理算法并修正了强跟踪算法公式。最后，实验验证了该方案的鲁棒性、跟踪性、时钟精度和稳定性。     

单向延迟测量中时钟动态性检测算法

延迟是评价网络性能的重要指标,也是进行其他网络性能指标测量的基础.基于全球定位系统(GPS)的端到端(end-to-end)时钟同步是测量网络单向指标的常用方法,但是其代价昂贵且缺乏灵活性.在无端到端时钟同步机制下进行网络单向延迟指标测量的关键是消除时钟偏差效应的影响.基于对时间序列分段技术的分析,提出了一种新的时间序列分段标准与改进的分段算法,实现序列的自动聚类,其时间复杂度为O(N²).将该算法应用于检测端到端时钟的动态性,识别测量过程中时钟跳变和时钟频率调整位置,实现对网络单向延迟的测量,弱化了同类工作中对时钟动态性的严格假设.同时提出了基于滑动窗的在线实时时钟动态性检测算法.实际测试实验表明,该算法是行之有效的.     

GPS接收机时钟频率漂移误差分析及模型预测

针对由于接收机和全球定位系统(GPS)时钟频率不同步而给GPS观测量引入时钟频率误差的问题,采用Allan方差法分析了GPS接收机内部时钟频率漂移所包含的随机误差成分,确定出其主要随机项.并依据时间序列分析理论建立了GPS接收机时钟频率漂移的ARMA(Auto-regressive and moving average model) 型.通过对多组数据的模型外推预测效果及残差序列的分析,验证了该模型的正确性.采用该方法可以对GPS的现测量进行实时时钟频率误差修正.故提高了现测量的精度.     

基于概率同步算法的计算机外时钟同步系统设计与仿真

在计算机软件时钟同步系统中，网络延迟的测量与建模、同步算法的设计及算法性能的评估是要解决的三个主要问题。该文研究了基于概率同步算法的计算机外时钟同步系统设计。首先研究了基于PC高分辨计数器接口的网络延迟精确测量方法，对几种典型网络环境进行了测量，建立了网络延迟的对数正态分布统计模型。然后推导了网络延迟为对数正态分布模型下的同步包数目的计算公式，研究了基于该公式的概率同步算法参数设计。最后，对单个从节点情况下改进的概率同步算法的性能进行了仿真检验。结果表明，基于网络延迟的对数正态模型的推导和设计是正确、可靠的。改进的概率同步算法具有较高的同步效率和同步精度，可以用于实际的仿真系统。     

Internet网络时延测量中的时钟同步算法

针对单向网络性能测量过程中存在的时钟同步问题，提出了基于法向距离最小的优化目标。该文根据优化目标推导了时钟同步优化算法，从而提高单向网络时延测量的精确性。并针对一个实际的网络时延测量结果进行了分析，验证了该算法的有效性。     

端到端单向时延主动测量工具的设计与实现

要求高质量服务的网络应用越来越普遍,单向延时作为衡量网络服务质量的一个主要指标,其测量显得尤为重要。该文给出了在不依赖于外部时间同步源的情况下解决测量两端时钟同步误差和线上时间与机器时间误差的方法,使用过程形式化的协议开发模式ITU-T/ETSI,设计并实现了主动单向时延测量工具Ting。     

Low-complexity time synchronization for energy-constrained wireless sensor networks: Dual-Clock delayed-message approach

Due to the ability of sensor nodes to collaborate, time synchronization is essential for many sensor network operations. With the aid of hardware capabilities, this work presents a novel time synchronization method, which employs a dual-clock delayed-message approach, for energy-constrained wireless sensor networks (WSNs). To conserve WSN energy, this study adopts the flooding time synchronization scheme based on one-way timing messages. Via the proposed approach, the maximum-likelihood (ML) estimation of time parameters, such as clock skew and clock offset, can be obtained for time synchronization. Additionally, with the proposed scheme, the clock skew and offset estimation problem will be transformed into a problem independent of random delay and propagation delay. The ML estimation of link propagation delay, which can be used for localization systems in the proposed scenario, is also obtained. In addition to good performance, the proposed method has low complexity.     

一种用于估计测量设备之间时间偏差的算法

该文分析了单向时延测量的必要性,并指出测量设备之间存在的时间偏差给时延测量带来了误差;该文提出一种算法用来估计测量设备间存在的时间偏差,利用算法估计的时间偏差来校正测量结果,达到准确测量单向时延的目的。仿真验证了估计算法的准确性。     

混合时钟同步技术在船舶电力系统同步相量测量中的应用研究

针对船舶电力系统相对于陆地广域电力系统的不同特性,分析传统时钟同步方法对于船舶同步向量测量单元(SPMU)的局限性,采用一种基于IEEE1588协议的卫星时钟同步与局域网时钟同步相结合的混合时钟同步技术实现SPMU的时钟同步,通过实验对同步偏差性能进行测试,结果表明时钟同步偏差维持在±500ns以内,可以满足电力系统对电力参数测量的同步精度要求。