无线传感网桥梁结构监测系统的时间同步设计

时间同步是无线传感网的一项重要支撑技术.针对无线传感网桥梁结构健康监测系统的结构特点,将整个系统的时间同步操作分为有线和无线两部分.对于有线部分,采用周期性的双向同步操作达到与时间服务器的时间同步.对于无线部分,在比较分析已有无线传感网时间同步算法基础上,提出一种适用于桥梁结构健康监测系统的绝对时间同步方案,此方案考虑节点线性时钟模型,结合节点间单向广播同步和双向同步方式,并在双向同步中采用邻近节点间广播方式减少同步操作次数,同步结果具有较好的稳定性和较低的通信开销.     

用于变电站运维人员定位的时间同步算法研究

在无线传感器网络(WSN)中,时间同步是测距定位的前提条件,直接影响着测距的精度。以变电站室内操作人员定位为特殊应用背景,研究具有微秒级同步精度、低功耗的时间同步方法。通过对RBS、TPSN、DMTS及FTSP等各种典型时间同步算法的比较,提出一种针对参考节点和目标节点采用不同时间同步算法,基站与目标节点采用双向通信,参考节点采用侦听方式来实现时间同步。在保证全网的高时间同步精度的同时,也大大降低了传感节点的能耗。实物测试结果表明,所提方法与经典同步方法RBS具有相同的时间同步精度,并且大幅降低了同步开销,可以满足仅携带少量有限能量传感节点的需求。     

基于TDMA技术的无线传感器网络时间同步新方法

时间同步技术对于无线传感器网络的正常工作以及运转效率来讲都至关重要,是不可或缺的一环。传统的时间同步算法主要针对于节点信息包传输过程中的时间延迟和节点时钟的偏移和漂移,但由于很多复杂因素的影响,这一类时间同步算法的同步精度都不是很高。对此,将时分多址（TDMA）技术用于无线传感器网络的时间同步,网关节点发送信标通知各节点时隙分配,并且利用了节点侦听使得那些不在网关通信半径内的节点也能获取到时隙的情况,各节点在自己分配得到的时隙内发送消息。最后将媒体访问控制（MAC）子层的TDMA协议与网络层汇聚树协议（CTP）结合,通过对丢包率的计算来分析所提出方法的效果。实验结果表明,应用了TDMA技术后,丢包率明显减小,说明了TDMA对时间同步有很好的效果。     

智能无线传感网络在飞行试验中的应用策略

针对试验机现有机载有线传感系统布线复杂、灵活性差、成本高、增加飞机重量、可维护性差、发生故障难以隔离等实际问题,需要寻找新的无线的、智能化的测量手段来满足现代飞行试验测试需求。通过对智能机载无线传感网络技术的研究,突破机载无线传感网络体系结构设计、节点数据同步采集技术、抗干扰设计及网络节点能量供给技术等关键技术。最终制定机载无线传感网络在飞行试验中的应用策略,为无线传感网络在飞机机载系统的实际应用提供理论支撑。     

无线传感器网络能量有效精度可控时间同步

针对无线传感器网络对时间同步低能耗的需求,以及不同时间同步用户对同步精度要求的不同,提出了一种能量有效精度可控时间同步方法.基于GPA算法构建网络的PS向量,结合PBS实现网络节点的时间同步分组传输,减小网络同步分组数据的传输量,降低时间同步的能耗;通过联合极大似然法估计节点间的相位偏移和频率偏移,为高精度时间同步提供保证;基于最大频率偏移估计获取网络同步误差,通过RBF神经网络控制器实现同步周期和同步分组次数的实时调整,在保证同步精度的前提下降低同步算法的能耗.最后,通过实验验证了算法的有效性。     

用于输电线路状态监测系统的时间同步机制

网络时间协议是实现通信网络时间同步的重要手段。文章将网络时间协议引入输电线路状态监测通信系统中,针对网络的应用特点研究了网络时间协议的具体实现方法,提出了一种网络节点同步算法,为实现通信设备休眠与唤醒提供了准确可靠的定时精度。     

基于生存周期的自组网同步研究

主从式同步作为TDMA方式下自组网同步方式的一种,因其同步精度高、收敛速度快而被广泛研究.为了提高同步的收敛速度和同步精度,解决已有的主从式同步方法中存在的一些问题,文章利用网络节点的生存周期提出一种新的自组网同步方法.首先结合具体时帧设计和时隙接人详细论述了同步方法的实现过程,随后通过OPNET仿真软件对不同接入情况下所有网络节点的收敛时间和同步精度进行了测试.仿真结果表明即使当节点接入冲突数量达到最大时,在不同的入网状态下,所有节点中最长的同步收敛时间也不超过1 S,并且源节点和距离6跳的节点之间的同步误差只有0.37 ms,验证了同步方法的快速收敛性和精确性.     

低功耗单跳无线网络实时数据采集系统设计

单跳无线网络监控方便、传输路由简单,提出以单跳无线网络架构实时数据采集系统。由时间同步和轮询阶段组成的周期工作机制,在轮询阶段传感节点进行周期性激活与休眠。设计了由CC2500射频模块和C8051F330/320单片机组成的节点硬件平台,提出通过减少节点活动时长和降低系统时钟频率对传感节点进行低功耗设计。由节点硬件平台组建了一个多点温度同步采集系统,通过实际测试,温度采集数据能实时传送,传感节点的能量节约效果显著。     

基于群一致性的大规模无线传感网时间同步

时间同步对无线传感器网络的设计和应用起着至关重要的作用。只有当传感器网络中的所有节点保持同步,用户才能精确的知道在其检测的区域的信息。提出了一种新颖的完全分布式的无线传感器网络时间同步协议,称为GCTS(group consensus time synchronization)。每一个节点通过收集其周围一群节点的时钟信息,然后利用群一致性协议对这些时钟信息进行处理并将此值更新为新的时钟。该协议的优点是完全分布式,并且计算简单,收敛快速,能耗较低。同时利用Lyapunov稳定性理论和图论,对该同步算法的收敛性进行了理论证明。最后将此适合大规模无线传感器网络的协议在MATLAB中实现,其实验结果符合预期分析。     

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30ns以内,同步偏差最低可达1.38ns,验证了所提算法的优越性。     

基于相长干涉的无线传感器网络数据收集

为延长无线传感器网络的生命周期,提高数据收集的可靠性,提出一种基于相长干涉的无线传感器网络低功耗可靠数据收集协议。利用时分多址技术对网络中的节点分配时隙,采用感知节点轮询发起相长干涉的网络洪泛的方式实现数据收集。针对时分多址技术需要的时间同步要求,改进现有的隐式全局时间同步算法,来保证节点轮询发起相长干涉网络洪泛的时间对齐。利用丢包重传机制来实现可靠性。仿真和测试平台实验结果均表明,能够实现几乎100%的数据收集,能量效率约为CTP的2.2倍,大幅度提高网络的生命周期、可靠性。     

基于同步网的时间同步技术

文章指出提供精确时间信息对现代电网的重要意义,并举例说明了时间同步技术在电力系统中的应用。介绍了当前应用于电力系统中的GPS时间同步技术,给出了其接收机的一般结构和GPS时间信息的传输方式,并对其存在的问题做了说明。在此基础上,给出了数字同步网的概念和结构,提出了基于同步网的时间同步技术,说明用SDH网络传输的时间信息结构和传输方法,指出该技术在经济与可靠性方面优于单纯依靠GPS的技术,但也对该系统现阶段存在问题进行了探讨。     

卫星时钟与网络时钟互备的广域时间同步方法

为满足智能电网快速发展对广域时间同步的需求,提出了一种卫星时钟与网络时钟互为备用的新型广域时间同步方法。该方法基于对卫星时钟、晶振时钟和网络时钟误差特性的分析,研究了卫星时钟与晶振时钟相结合的高精度同步时钟授时方法,提出了基于IEEE 1588协议网络时钟的报文路径时延改进算法;并在此基础上提出了一种基于高精度同步时钟与网络时钟的分布自治式广域时间同步方案。仿真结果表明,该广域时间同步方案可实现广域网内各时间节点的精确、可靠时间同步,能较好地满足智能电网的时间同步需求。     

Development of a time‐synchronized wireless sensor network

Network‐based wireless sensing has become an important area of research and various new applications for remote sensing are expected to emerge. One of the promising applications is structural health monitoring of buildings or civil engineering structures, which often requires vibration measurement. For vibration measurement via a wireless network, time synchronization is indispensable. In this paper we introduce a newly developed time‐synchronized wireless sensor network system. The system employs an IEEE 802.11 standard‐based TSF counter and sends the measured data with the counter value. It makes possible consistency on a common clock among different wireless nodes. We describe the accuracy evaluation by simulation studies as the size of the nodes is increased. The hardware and software specifications of the developed wireless system are presented. The experiments were conducted in a three‐story reinforced concrete building and the results showed that the system performance significantly exceeds requirements. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 173(4): 46–53, 2010; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21020     

电力时间同步试验网建设现状及展望

随着时间同步技术的发展,同时为满足日益增长的电力业务对时间同步的需求,近年来多个省份陆续开展了电力时间同步网的试点工作。介绍了时间同步系统的组成方式和传输网的现状,分析了时间同步试验网中精确时间协议（precision time protocol,PTP）通过同步数字体系（synchronous digital hierarchy,SDH）E1专线进行传输的原理,讨论了时间同步试验网的2种组网方案,其一为主从式,其二为主备式。针对时间同步试验网的应用效果,提出了时间同步网建设的建议以及需要解决的问题,希望能为今后要进行的时间同步网规划设计和建设提供参考。     

电网一体化时频同步网建设方案研究

电网一体化时间同步网的建设方案,主要是基于现有数字同步网和变电站时间同步系统,采用IEEE1588v2精确时间同步协议(PTP)传输时间同步信息,并在卫星同步源方面增加北斗同步系统,实现时间同步源的GPS、北斗和地面同步网天地互备格局,大大地提高电网时间同步可靠性的同时,实现全网同步。     

国家电网骨干时间同步网的技术探讨

由于电力二次系统时间不统一,由调度自动化系统、广域相量测量系统、继电保护及故障信息管理系统等多重重要系统提供的事件记录数据,在时间描述方面存在较大差异,难以准确叙述事件顺序,给电网故障的分析带来了一定困难。文章在研究了与时间同步相关的各种技术,包括时间源、时间传递协、时间同步网组网形式、同步网结管理系统等基础之上,提出了国家电网时间同步网络的建设方案,以供参考。