受限传感器网络中时间同步问题的一致性研究

发布时间：2021-05-15 18:07

　　传感器网络凭借无线短距离方式通信,通过网络协议对若干传感器节点进行管理,能够实现环境信息的多维感知与监测,并具有规模大、灵活性强、性价比高等优点,近年来广泛应用于智能制造、交通运输和能源电力等领域。由于传感器网络的多源协同性,不同感知终端采集的物理信息须具有时间逻辑关系,因此,协调空间分散的传感器节点时间概念是传感器网络构建过程中的关键基础问题之一。传感器网络中所谓“受限”,是指无线网络环境不确定不安全和传感器节点能量约束等限制性因素,因而时间同步的本质是基于无线网络的估计问题。从估计问题的角度看,一方面基于参数估计的传感器网络时间同步算法被提出,另一方面一致性方法为多时钟系统模型设计状态估计算法与分布式控制律提供了思路,然而后者存在能效较低、安全系数较低、较少地考虑概率意义下随机同步等突出问题。具体而言,当网络大规模密集部署时,基于局部广播的分布式趋同导致节点产生高通信流量与长延时广播,严重消耗了节点有限能量;当网络较为稀疏时,节点之间的覆盖重叠区域减小,造成不可靠的无线链路是连通性受限的直接因素,对动态传感器网络实现一致性同步带来挑战;相较于单一类型攻击,混合攻击的攻击方式更加多样... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号及释义对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 时间同步算法的国内外研究现状
        1.2.1 关于层级式时间同步
        1.2.2 关于分布式时间同步
    1.3 受限传感器网络时间同步的主要挑战
    1.4 本文的主要研究内容与创新
    1.5 章节安排
第二章 受限传感器网络分布式时间同步策略可行性分析
    2.1 传感器网络特征描述
        2.1.1 传感器节点特征
        2.1.2 传感器网络应用场景特征
    2.2 传感器网络分布式时间同步模型建立
        2.2.1 节点时钟模型
        2.2.2 网络约束
        2.2.3 两类估计策略下的分布式同步模型
    2.3 基于一致性的时间同步策略
        2.3.1 一致性时间协议的控制系统模型
        2.3.2 一致性时间协议的分类
        2.3.3 一致性时间协议的评价指标
    2.4 本章小结
第三章 基于拓扑优化的大规模传感器网络高能效时间同步
    3.1 具有访问与传播延迟结构的一致性时间同步协议
    3.2 带时延平衡的三目标拓扑规划问题建模
        3.2.1 基于节点划分的广播能耗抑制
        3.2.2 受限拓扑规划策略
        3.2.3 NP-完全性证明
    3.3 拓扑规划问题的优化求解及算法设计
        3.3.1 改进多目标人类学习优化求解方法
        3.3.2 算法流程与时间复杂度分析
    3.4 仿真评估
    3.5 本章小结
第四章 基于Gossip一致性的随机连通传感器网络时间同步
    4.1 Gossip协议模型
    4.2 Gossip一致性时间同步
        4.2.1 问题建模
        4.2.2 Gossip通信的鲁棒性分析
        4.2.3 基于Gossip更新的一致性补偿策略
        4.2.4 算法流程
        4.2.5 收敛性证明
        4.2.6 加速收敛设计
    4.3 增强型Gossip一致性时间同步
        4.3.1 非对称有界时延模型
        4.3.2 递归最小二乘法和滞后比较策略
        4.3.3 算法流程
    4.4 仿真评估
        4.4.1 忽略时延
        4.4.2 考虑时延
    4.5 本章小结
第五章 基于信任节点的受攻击传感器网络容侵时间同步
    5.1 混合攻击模型
        5.1.1 女巫攻击
        5.1.2 虚假数据注入攻击
    5.2 攻击下Gossip一致性时间同步算法性能分析
    5.3 容侵时间同步算法
        5.3.1 安全设计策略
        5.3.2 基于四元组消息检测器的信任节点决策
        5.3.3 算法设计及其收敛性证明
    5.4 仿真评估
    5.5 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]自适应温度补偿无线传感器网络时间同步方法[J]. 孙宇嘉,于纪言,王晓鸣.  仪器仪表学报. 2019(01)
[2]基于有色Petri网的铁路时间同步网协议安全性分析[J]. 张友鹏,张昊磊,王虹.  铁道学报. 2017(10)
[3]长距离多站点高精度光纤时间同步[J]. 陈法喜,赵侃,周旭,刘涛,张首刚.  物理学报. 2017(20)
[4]不可靠WSN时钟同步网络化输出反馈MPC量化分析[J]. 王頲,万羊所,唐晓铭,黄庆卿,李永福.  仪器仪表学报. 2017(07)
[5]Practical Timing Synchronization for Network Dynamics in Large Machine-to-Machine Networks[J]. Lei Gu,Shih-Chun Lin.  中国通信. 2016(10)
[6]基于IEEE 1588协议的多跳无线网络时间同步方法[J]. 王照伟,郑萌,曾鹏,李栋.  中国科学:信息科学. 2016(06)
[7]物联网感知层低能耗时间同步方法研究[J]. 陈珍萍,黄友锐,唐超礼,曲立国.  电子学报. 2016(01)
[8]应用IEEE 1588的配电网终端队列时延不对称通信路径的时钟同步补偿算法[J]. 钱超,徐迅,梅军,喻洁,郑建勇,王勇,稽文路,张明.  电网技术. 2015(12)
[9]无线传感器网络混合触发一致性时间同步[J]. 陈珍萍,李德权,黄友锐,唐超礼.  仪器仪表学报. 2015(10)
[10]基于频偏估计的无线传感器网络时间同步算法[J]. 孙毅,曾璐琨,武昕,陆俊,孙跃.  通信学报. 2015(09)



本文编号：3188101