基于卡尔曼滤波的TPSN时钟同步算法

发布时间：2021-04-18 13:43

　　无线传感网络中,很多应用都依赖于节点间的时钟同步。针对节点的时钟偏移和时钟偏移率导致的时钟不同步的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的TPSN时钟同步算法。该算法利用卡尔曼滤波算法对TPSN时钟同步协议中的时钟偏移和时钟偏移率进行估计,使用该估计值对节点的时钟进行修正。该算法可有效消除时钟偏差的测量噪声、补偿时钟偏差,使得节点得到更精确的时钟同步。仿真结果表明,较传统的TPSN时钟同步算法,所提算法的时钟同步精度更高,性能更好。 

【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(18)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

TPSN时钟同步算法原理

首先进行基于卡尔曼滤波的TPSN时钟同步算法可行性与优越性的验证仿真。主从时钟的工作频率设置为50 MHz,同步周期为1 s。分别在无时钟同步、使用传统TPSN时钟同步算法和使用本文算法3种情况下,观察时间同步误差,如图2所示。图2中,未经时钟同步算法的主从节点之间的时钟误差大致在10.2 μs;经过了传统的TPSN时钟同步算法调整之后,同步节点与接收节点之间的时钟误差被降到5.8 μs左右;而引入本文提出的基于卡尔曼滤波的TPSN时钟同步算法后,经过多次对时钟偏移和时钟偏移率的观测值进行迭代补偿和修正,两者之间的时钟误差之间被降到4 μs以下,由此可好基于卡尔曼滤波的TPSNS时钟同步算法在降低时钟误差方面的优越性。

接着进行时钟同步误差和同步周期之间关系的仿真实验。时钟误差是由时钟偏移和时钟偏移率在时间上积累造成的,因此,同步周期越长,时钟误差就越大。设置同步周期从1～10 s变化,在每个时钟同步周期下,分别使用传统TPSN时钟同步算法和本文提出的算法进行时钟同步,得到时钟同步误差和同步周期之间的关系,如图3所示。由图3可看出,随着时钟同步周期的增大,主从时钟之间的时钟误差会逐渐的增大,并且经基于卡尔曼滤波的TPSN时钟同步算法调整后的时钟误差明显低于经传统的TPSN时钟同步算法调整后的时钟误差。

【参考文献】：
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本文编号：3145574