双向报文交换同步的原子性约束与解决

针对经典的双向报文交换同步因存在原子性约束致使应用范围受限的问题,对双向报文变换机制提出了两处改进:对非同步期内由时钟飘移导致的误差进行补偿;对非同步期内由节点时间突变导致的误差进行补偿,从而突破了原子性约束,并结合实际的桥梁健康监测项目背景,针对线状拓扑的无线传感器网络,基于上述两处改进提出了线状传感器网络时间同等协议(TPLSN)。在全局可达智能接点(GAINs)上的实验表明,单跳同步精度可达10μs左右,同步误差随跳数的增长率为1μs/跳;同步一个长度为n的线状网络只需2n个报文,该值也是全程采用双向报文交换同步机制最少需要的报文数。     

水声传感器网络中时钟漂移率跟踪方法

时钟同步是水声无线网各个节点协同观测的关键技术。该文针对水下节点长时时钟漂移率受周围环境影响产生变化的问题,提出一种适用于水下传感网络的时钟漂移率跟踪方法。该方法使用多模型描述时钟漂移率的变化,在使用现有高时延时间同步(TimeSynchronizationforHighLatency,TSHL)水声网络授时协议和轻量级高时延授时(Tri-message)算法计算获得时钟漂移率的基础上,使用交互式多模型卡尔曼(Kalman)滤波对变时钟状态向量进行跟踪和估计,并在滤波过程中采用Sage-Husa自适应方法动态调整滤波参数,提高算法估计的准确性。仿真结果表明,使用提出的跟踪方法,时钟漂移率估计均方误差可从3.0×10-9降低到5×10-10,算法性能优于现有授时方法。     

基于晶振偏移补偿的机械振动WSN同步累积误差抑制方法

针对采用连续高频采样时钟模数转换器(ADC)的机械振动无线传感器网络(WSN)节点存在同步累积误差的问题,提出了一种基于晶振偏移补偿的同步累积误差抑制方法。基于连续高频采样时钟ADC的WSN节点,分析了同步累积误差产生原因;采用周期性信标中的帧起始界定符(SFD)信号作为同步信息,通过定时器1捕获的SFD信号间隔与参考SFD信号间隔差值确定晶振偏移补偿值,根据采样时钟与采样频率关系计算定时器2补偿后计数溢出值,由定时器2输出连续精准的高频采样时钟,消除节点间采样间隔差异,抑制同步累积误差。实验结果表明:连续采集40 s,节点间最大同步误差为0.64μs;连续采集同一信号源25 s,节点间无明显相位误差,验证了该晶振偏移补偿方法抑制机械振动无线传感器网络同步累积误差的有效性。     

卡尔曼滤波在无线传感器网络节点定位中的应用

为了减小无线传感器网络节点定位中节点测距误差和定位算法自身引入误差的积累对定位精度的影响,建立了适用于无线传感器网络的卡尔曼滤波模型.采用渐消自适应卡尔曼滤波对基于距离的初始定位算法进行求精,通过一跳节点间的相互制约,在全局范围对未知节点进行定位;基于卡尔曼滤波模型,对无线传感器网络的分布式算法和集中式算法的计算量进行了研究,得出计算量与节点数目的关系.研究结果表明,卡尔曼滤波能够有效提高节点的定位精度,尤其适用于网络节点密度小、信标节点比例低的情况.     

基于信标时序补偿的机械振动无线传感器网络同步触发方法

针对无线传感器网络（WSN）在实现机械振动同步采集过程中,采集节点应该同时触发采集命令,同步触发误差应在一个采样周期内的要求,设计了一种基于信标时序补偿思想的WSN同步触发协议STBTC_P（the Synchronization Trigger protocol based on Beacon Timing Compensation）。协议基于IEEE 802.15.4协议标准开发多跳树状网络,以信标负载方式传输采集命令,在利用集中关联信标分配法避免信标冲突并实现全网时钟同步后,采用基于信标时序补偿思想的同步触发方法实现机械振动采集命令的多跳同步触发,为最终提高机械振动同步采集精度创造使能条件。最后,在自研采集节点WSN-G2上运行STBTC_P协议,并验证了其有效性。     

二次误差修正的DV-Hop优化定位算法

介绍了无线传感器网络中DV-Hop定位算法的原理,分析了其误差产生的主要原因.针对传统DV-Hop算法在定位过程中求出的平均每跳距离值误差较大以及最终定位结果精确度不高的问题,提出了一种改进型DV-Hop定位算法.在改进算法中,信标节点通过计算一次误差修正了平均每跳距离值,通过计算二次误差修正了信标节点定位误差区域,从而使最终计算出的节点坐标更接近于真实值.仿真结果表明,改进算法在无需额外增加硬件开销的前提下,可以有效地提高定位精度.     

基于全局状态观测器的网络控制系统节点同步控制方法

提出了一种采用全局状态观测器实现网络控制系统(NCS)节点同步控制的方法,即在控制器节点建立全局状态观测器,用以收集各网络节点的运行状态信息,计算出全局状态控制变量决策NCS的同步控制行为,实现NCS多个传感器节点同步采集或多个执行器节点同步输出控制。给出了全局状态观测器的设计,并依据观测器状态输出变量,采用两次同步激发控制使多个网络节点同时切入同步处理程序。该方法提供了一种可行的解决NCS节点同步控制问题应用程序设计思路,可以消除NCS节点同步控制误差,减小由于节点同步控制误差给系统控制性能带来的不良影响。     

基于跨层设计的机械振动WSNs同步采集多跳累积误差控制方法

针对机械振动无线传感器网络跨层同步采集精度随网络深度增加而急剧降低的问题,建立同步采集关键同步信息传输模型,分析多跳同步误差累积机理,得出嵌入式软件调度实时性不高、晶振随机抖动及无线链路随机迟滞是多跳误差累积主要原因。由此提出基于跨层设计的机械振动无线传感器网络同步采集多跳累积误差控制方法:提出多路硬件跨层设计消除嵌入式软件调度迟滞影响,提高同步任务实时性;采用高精度有源晶振抑制晶振随机抖动;建立无线链路跨层传输随机迟滞数学模型,采用回归分析方法校准由此导致的同步信息随机抖动及传输时延计算误差,提升同步采集精度。最后组建4跳网络进行同步采集对比试验,实验结果表明多跳累积误差得到有效抑制。     

面向钢结构探伤的置信加权时间同步算法研究

针对无线传感器网络(WSN)各节点之间时间同步误差引起的钢结构损伤检测不同步,且洪泛时间同步算法(FTSP)容错性差的问题,设计了一种时间同步精度高、容错能力强的无线传感器网络时间同步算法。在FTSP算法的基础上,对线性回归表内的同步偏差进行参数估计,利用置信区间剔除异常时间同步数据。建立时钟漂移率数据表,动态解算加权系数,实现时钟漂移率的加权平均,从而拟合有效数据,提高时间同步算法的稳定性和容错性。仿真与实验表明,改进的时间同步算法较FTSP算法具有更好的容错能力,实现了无线传感器网络的高精度时间同步,完全满足钢结构损伤检测的要求。     

BP神经网络在无线传感器网络三维定位中的应用

为了减小多跳距离估计误差对三维无线传感器网络节点定位的影响,提出了一种结合BP神经网络的多跳定位(BPL)算法.建立了BP神经网络模型,用来修正不相邻节点间的多跳距离估计值;根据锚节点间的位置关系提取样本对其进行训练,使其能够反映三维无线传感器网络几何结构的主要特性,未知节点利用训练好的BP神经网络估计出自身到一定跳数...