无线传感器网络中的时钟同步方法研究

发布时间：2017-09-05 04:47

  本文关键词：无线传感器网络中的时钟同步方法研究

  更多相关文章： 时钟同步 参数估计 自适应滤波 分布式同步

【摘要】：在无线传感器网络中,各网络节点由于成本限制其装备的时钟精度均有限,伴随着时间的推移各节点时钟之间的差异会越来越大,且随着网络的大型化,这一现象会越来越严重。然而,无线传感器网络的许多重要基本功能,都要求网络中的节点保持相对统一的时间刻度,所以目前关于无线传感器网络中的时钟同步问题越来越得到重视。本文针对无线传感器网络中的单跳时钟同步以及全网时钟同步问题,围绕时不变时钟模型以及时变时钟模型这两类时钟模型进行了研究。在进行算法研究之前,首先介绍了网络节点时钟的建模方式,包括时不变的时钟模型,以及时变的二阶、三阶线性时变模型,并通过仿真研究了时变模型的特性；介绍了三种时钟同步中主流的节点间信息交互方式,并基于其中的发送者—接收者双向同步展开对时钟同步算法的后续研究。在针对时不变时钟模型的时钟同步算法研究中,本文首先研究了最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)算法在时钟同步中的应用。然后,针对其运算量较大的问题研究了一种改进的MLE算法,并通过仿真实验对比了两种MLE算法的时钟同步性能。接下来,将递归最小二乘(Recursive Least Square, RLS)算法以及一种改进的ERLS-DCD算法(Exponentially weighted RLS algorithm with Dichotomous Coordinate Descent)引入到时钟同步中,并仿真对比了两种算法的同步性能。然后,本文研究了基于时变时钟模型的自适应时钟同步算法。首先,推导了自适应时钟同步的状态方程以及观测方程,然后介绍了卡尔曼滤波算法以及H∞滤波算法并将其引入至时钟同步中,通过仿真实验验证了两种算法的时钟同步性能。最后,本文还研究了全网络的时钟同步算法。首先,研究了层级树式的全网时钟同步方式,并通过实验对比了卡尔曼滤波算法以及H∞滤波算法在层级树式同步框架下各层级的同步误差。接下来,介绍了全分布式的Consensus全网时钟同步算法并仿真研究了该算法的同步性能,然后针对该算法对传输延时敏感的缺点,提出了一种改进的Consensus同步算法,并在仿真实验中对两种算法在有传输延时条件下的性能进行了对比,结果表明改进的Consensus算法的精度要高于原算法。
【关键词】：时钟同步 参数估计 自适应滤波 分布式同步
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第二章 传感器网络节点时钟模型研究15-26
• 2.1 时不变时钟模型15-16
• 2.2 时变时钟模型16-25
• 2.2.1 二阶时变线性模型16-20
• 2.2.2 三阶时变线性模型20-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 基于时不变时钟模型的同步方法研究26-47
• 3.1 时钟同步中的信息传输延时26-27
• 3.2 三种时钟同步机制的介绍27-31
• 3.2.1 发送者—接收者时钟双向同步27-29
• 3.2.2 发送者—接收者单向同步29-30
• 3.2.3 接收者—接收者同步30-31
• 3.3 基于时不变时钟的同步算法研究31-45
• 3.3.1 采用MLE算法进行时钟同步31-36
• 3.3.2 采用RLS算法进行时钟参数估计36-38
• 3.3.3 采用ERLS-DCD算法进行时钟同步38-45
• 3.4 本章总结45-47
• 第四章 基于时变时钟模型的同步方法研究47-57
• 4.1 自适应时钟同步系统模型47-50
• 4.1.1 二阶节点与准确时钟的同步模型48-49
• 4.1.2 二阶节点与三阶节点间同步模型49-50
• 4.2 自适应的同步算法50-53
• 4.2.1 卡尔曼滤波算法50-51
• 4.2.2 H_∞滤波算法51-53
• 4.3 仿真实验53-56
• 4.4 本章总结56-57
• 第五章 全局时钟同步研究57-74
• 5.1 层级树式全网时钟同步57-62
• 5.1.1 层级树式时钟同步57-59
• 5.1.2 仿真实验59-62
• 5.2 分布式Consensus全网时钟同步62-70
• 5.2.1 Consensus相位同步63-65
• 5.2.2 Consensus频率同步65-66
• 5.2.3 仿真实验66-70
• 5.3 改进的Consensus全网时钟同步70-73
• 5.3.1 改进Consensus算法的推导70-71
• 5.3.2 仿真实验71-73
• 5.4 本章总结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻硕期间取得的研究成果81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 秦晓懿,王瀚晟,曾烈光;一种新型通用全数字时钟匀滑技术[J];电子学报;2001年09期

2 常波,钟家骐;局部分布式虚拟现实系统物理时钟同步研究[J];中国测试技术;2004年05期

3 王娜;慕德俊;;分布式试验系统管理中的时钟同步技术研究[J];电子技术应用;2006年12期

4 朱进军;何梁;张晓光;;射频拉远模块中软件时钟锁相的实现方法[J];无线电工程;2007年04期

5 张新;李伟章;;时钟与时间同步系统及其前景探讨[J];中国新通信;2009年03期

6 章涵;冯冬芹;褚健;;基于路径加权反馈的工业环网时钟同步方法[J];浙江大学学报(工学版);2010年05期

7 王波;吕俊伟;于振涛;;基于推后补偿的时钟同步算法研究[J];微计算机应用;2011年01期

8 金伟;李瑞民;;网络设备时钟同步系统设计与实现[J];广播与电视技术;2011年04期

9 苏筱娟;太空中的时钟同步[J];国外科技动态;2000年08期

10 赵英,潘立登;异步环境中基于时钟精度差的时钟同步[J];计算机工程;2004年18期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 赵英;李杏;;基于熵优化的网络时钟调整策略[A];CCF NCSC 2011——第二届中国计算机学会服务计算学术会议论文集[C];2011年

2 李照涛;;时钟同步在联通移动网中的应用[A];2007年中国通信学会“移动增值业务与应用”学术年会论文集[C];2007年

3 贾允毅;胥布工;王世华;刘步春;;端对端网络时钟漂移补偿算法研究及其实现[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 邓杰莹;;天文时钟基站高精度时间统一的设计与应用[A];2013年中国电机工程学会年会论文集[C];2013年

5 柏长冰;陈启美;王俊;;江苏高速公路通信网时钟问题的研究[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集智能交通与机电工程卷[C];2002年

6 张鹏;王少荣;程时杰;;基于GPS的高精度同步时钟装置的研制[A];湖北省电工技术学会2004年学术年会论文集[C];2004年

7 熊俊;陈永洲;;MESH型时钟路由算法[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年

8 罗旭明;李连兴;;实现全网时钟同步的方法与意义[A];2012电力行业信息化年会论文集[C];2012年

9 袁艺;赵卫华;杨孟飞;;时钟初始同步问题的软件方法实现[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年

10 周书民;赵明;孙亚民;;基于本地时钟选择的时钟同步算法[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 河北 刘慧丽;利用“宏”解决时钟同步问题[N];电子报;2009年

2 卜哲 刘述;TDMoIP：过渡技术面临挑战[N];通信产业报;2005年

3 胡昌军;PTN同步需求及相关技术[N];人民邮电;2008年

4 中国工程物理研究院计算机应用研究所 胥永康 岳筱玲;客户机与服务器的时钟同步[N];计算机世界;2002年

5 中兴通讯 高辉;IP成就移动业务承载未来[N];通信产业报;2010年

6 中国移动通信集团公司网络优化处 陈莉华;移动BSC与BTS的定时技术的一点调查和思考[N];通信产业报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王康;网络精密授时若干关键技术研究[D];中国科学院研究生院（国家授时中心）;2015年

2 庄晓燕;分布式测试系统时钟网络结构与同步算法研究[D];电子科技大学;2013年

3 何建平;基于一致性的无线传感器网络时钟同步算法研究[D];浙江大学;2013年

4 陈健;以太分组网络时钟同步技术研究及应用[D];上海大学;2008年

5 赵英;基于异步网络环境的自适应时钟同步[D];北京化工大学;2004年

6 龚晓春;分布式微型航天器的时钟同步研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

7 庞丽莉;无线网络仪器的时钟同步、定位及数据安全存储算法研究[D];吉林大学;2013年

8 李本亮;基于无线局域网的分布式测试系统实时性及时钟同步研究[D];电子科技大学;2011年

9 叶菁华;高速串行数据发送器的研究[D];复旦大学;2005年

10 尹汝泼;面向控制网络的介质访问控制相关问题研究[D];上海交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 黄益信;基于Ethernet POWERLINK的分布式时钟同步研究及其在控制系统中的应用[D];浙江大学;2015年

2 曹智敏;嵌入式音频网络同步传输系统设计与实现[D];电子科技大学;2015年

3 马v浽，

本文编号：795901