非对称网络的PTP算法优化研究

发布时间：2020-10-26 00:41

　　 时间同步作为非对称网络测控系统正常运行的基本前提,特别是针对那些对时间高度敏感的工业无线网络,时间同步是决定其系统稳定性和可靠性的核心技术,其主要决定了网络系统的整体性能、系统中的数据是否有效和无线网络的生命周期,其中IEEE1588精确时钟同步协议(IEEE1588 Precision Clock Synchronization)是基于同步时间信息包交换技术提出的,简称PTP(Precision Timing Protocol),大多数情况下都是在有线网络中应用该协议,因为PTP应用的前提是假设主从时钟传输过程中正反链路对称,其同步精度受到传输延迟抖动的对称性和传输过程中时间戳的准确性的影响,相比于网络时间协议NTP、简单网络协议SNTP和全球定位系统GPS等常用的网络同步技术,其时间同步精度和可靠性都得到了很大的提高,然而无线传感器网络在数据传输时,由于正反链路不对称、外界环境因素和自身无线信道衰弱等原因,传输延迟抖动并不对称,这样就难以满足应用PTP的前提条件。本研究首先分析了无线传感器网络中同步误差产生的原因,然后对网络系统进行数学建模,通过状态空间来描述这个动态系统,时间是该系统的状态变量,分别得到状态空间模型的晶振时钟的状态转移方程和PTP同步协议的观测方程,采用卡尔曼滤波器对时间同步过程进行优化,实现在无线传感器网络中应用PTP以达到高精度的时间同步。论文的主要贡献如下:(1)分析IEEE1588精确时间同步协议(PTP)同步过程和在无线传感器网络中应用PTP影响其性能的因素。(2)通过对无线传感器网络中的时钟节点进行分析建模,进而得到非对称网络中IEEE1588精确时间同步协议同步过程的数学模型,并对卡尔曼滤波器时间同步优化进行建模。(3)通过MATLAB仿真平台和Ptolemy Ⅱ仿真软件对算法优化过程进行仿真,验证在无线传感器网络中应用卡尔曼滤波器优化下的精确时间同步协议的可行性。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP212.9;TN929.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 国内外时间同步协议发展现状
    1.2 选题意义
    1.3 论文的组织结构
    1.4 本章小结
第二章 无线传感器网络概述
    2.1 网络系统的结构组成
        2.1.1 网络的基本架构
        2.1.2 无线传感器网络的节点结构
        2.1.3 无线传感器网络的协议栈
    2.2 时间同步算法研究现状
    2.3 本章小结
第三章 IEEE1588v2协议标准
    3.1 概述
    3.2 IEEE1588v2的特点分析
    3.3 延迟请求响应的时间同步原理
    3.4 非PTP时钟同步协议的研究现状
    3.5 无线传感器网络中影响IEEE1588v2的因素分析
    3.6 本章小结
第四章 系统建模
    4.1 时钟节点建模
    4.2 IEEE1588精确时钟同步的时间标记不确定性建模
    4.3 伺服时钟算法
        4.3.1 时钟偏移率估计
        4.3.2 带时钟偏移率估计的伺服时钟算法
    4.4 基于卡尔曼滤波器的时间同步优化建模
        4.4.1 晶振时钟的状态转移方程模型
        4.4.2 PTP时间同步协议的观测方程模型
        4.4.3 基于卡尔曼滤波器的时间同步优化建模
    4.5 本章小结
第五章 系统仿真与结果分析
    5.1 基于MATLAB的IEEE1588PTP算法优化的设计与实现
    5.2 仿真结果与分析
        5.2.1 时钟偏移（offset）估计误差的标准差仿真分析
        5.2.2 时钟偏移率（skew）估计误差的标准差仿真分析
    5.3 基于Ptolemy Ⅱ的IEEE1588 PTP算法优化的设计与实现
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究过程中的主要工作
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间发表论文

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 果为;传感器网络展望[J];电子产品世界;2001年14期

2 夏俐,陈曦,赵千川,江永亨,管晓宏;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2004年01期

3 孙雨耕,张静,孙永进,房朝晖;无线自组传感器网络[J];传感技术学报;2004年02期

4 夏俐;陈曦;赵千川;江永亨;管晓宏;;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2005年S2期

5 庄庆德;传感器网络的研究现状[J];国外电子测量技术;2005年04期

6 谢洁锐;胡月明;刘才兴;刘兰;;大田监测中无线传感器网络的部署[J];现代计算机;2006年03期

7 李小遐;刘瑞霞;;一种无线传感器网络的设计[J];自动化技术与应用;2006年04期

8 吴春婧;郑明春;秦继林;;无线传感器网络协议研究[J];计算机技术与发展;2006年08期

9 徐勇军;杨宇;;无线传感器网络的发展[J];电子产品世界;2006年19期

10 ;坚固的无线传感器网络适合苛刻的工业环境[J];电子设计技术;2006年09期

相关博士学位论文 前10条

1 马瑞;基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D];大连海事大学;2014年

2 李洪峻;面向入侵目标追捕的多回路无线网络控制系统设计与相关技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 张德敬;基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议研究[D];山东大学;2015年

4 杨显辉;森林资源数据获取的移动Sink无线传感器网络可靠性研究[D];东北林业大学;2015年

5 毕冉;基于无线传感器网络的事件监测算法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 石熙;数字水印技术在无线传感器网络安全中的应用研究[D];重庆大学;2015年

7 徐力杰;低占空比传感器网络的数据传输调度问题研究[D];南京大学;2014年

8 欧阳键;面向无线传感器网络的协作传输技术研究[D];南京航空航天大学;2014年

9 冯森;面向智能配用电的无线传感器网络路由优化协议研究[D];华北电力大学;2015年

10 徐毅;无线传感器网络低能耗路由协议研究[D];山东大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 胥常杰;传感器网络设计的数学模型及其应用[D];青岛大学;2010年

2 黄铮;无线传感器网络连通与覆盖的研究[D];武汉理工大学;2006年

3 彭一;基于复杂网络理论的无线传感器网络关键节点识别技术研究[D];西南大学;2015年

4 肖力;基于ZigBee无线传感器网络的车流量检测系统设计[D];华南理工大学;2015年

5 刘丽萍;无线传感器网络中基于时空相关性的数据压缩[D];西南大学;2015年

6 何沐曦;无线传感器网络环境下基于MATLAB和OMNeT++的IEEE1588时间同步仿真[D];西南大学;2015年

7 黎凤霞;一种双极型多变量公钥密码算法在无线传感器网络上的优化与实现[D];华南理工大学;2015年

8 王晓彤;基于无线传感器网络的奶牛健康监测系统研究[D];天津理工大学;2015年

9 刘晓晨;基于无线传感器网络的室内定位方法研究[D];上海师范大学;2015年

10 董晓峰;畜禽养殖环境感知及动物标识技术装备集成研究和应用[D];浙江大学;2015年

本文编号：2856220