无线Mesh网GPS同步技术的研究

研究了时分、空分的无线Mesh网中通信节点之间的时隙同步问题的解决方案.传统的无线Mesh解决方案中使用全向天线加异步竞争信道的模式,节点之间的干扰随着网络规模的扩大而加剧,严重影响了通信效率.同步无现Mesh网引入时分和空分的机制,使通信节点在其预先分配到的时隙和对应方向的天线上进行通信,克服了全向、异步模式中的弊端,大大提高了通信效率.研究分析了同步Mesh网较异步Mesh网点优势和特点,以及同步精度对同步Mesh网性能的重要影响.设计并实现一种基于GPS秒脉冲的时隙同步算法,并在CPLD平台上实现该算法.     

基于虚拟时间戳的WSN时间同步算法

通过对无线传感器网络时间同步算法的研究,提出了一种基于虚拟时间戳的时间同步算法——VTSP算法。VTSP算法中,各节点维护自身的虚拟时间戳,父节点发送一个周期性的信标信号,子节点根据该信标信号进行时间同步调整和刷新操作,从而达到节点之间的同步性。数据通信往往是子节点与父节点之间的直接通信,因此只要同类子节点之间能够达到同步性就能够保证数据通信的稳定可靠。实验结果表明,VTSP算法具有良好的时间同步精度和数据通信效率。     

网络测量中高精度时间戳研究与实现

在网络测量中,时间戳记录数据包接收和发送的时间,是时延、带宽以及抖动等网络参数测量的基础.受缓存延迟、中断响应时间不确定等因素影响,软件时间戳只能达到毫秒级精度;基于GPS(global positioning system)时钟的硬件时间戳可以达到纳秒级精度,但其成本高且安装部署不方便.基于对网络测量系统中时间戳误差来源的详细分析,设计了精确时间戳测量系统,系统利用硬件产生时间戳,消除各种软件延迟影响,通过基于预测的时钟同步算法PCS(prediction-based clock synchronization)同步各测量节点时钟,达到了与GPS相当的精度.基于自行设计的千兆网卡实现了测量系统原型,测试表明各测量节点时间戳误差不超过100ns.     

无线传感器网络时钟参数追踪与一致性同步*

针对无线传感器网络分布式时钟同步问题,本文提出了基于卡尔曼滤波的最大一致性时钟同步算法。在获得硬件时钟参数后,通过设置预定偏斜目标,各节点可不通过网络交换来调整时钟偏斜。为了进一步使节点间时钟偏移达到同步,本文设计了最大一致性控制方案来补偿节点,并基于图论给出算法收敛性证明。仿真结果表明本文的算法能够快速跟踪硬件时钟参数,较加权最大一致性时钟同步算法收敛速度更快,全局平均同步误差下降了一个数量级。     

IEEE 1588时间同步在ZigBee低功耗中的应用

在ZigBee无线网络中,为实现中继节点的休眠和唤醒功能,并达到降低系统功耗的目的,提出了一种新的时间同步算法.该算法利用模拟开关和RTC模块的中断信号控制主控模块的供电,使路由设备进入超低功耗运行状态;同时采用IEEE 1588的精确时钟同步协议PTP完成MAC层的时钟同步,减少了同步算法协议层间损耗,解决了传统时间同步算法精度不高的问题.试验表明,改进后同步算法的同步精度达到+ 50μs,系统运行功耗极低;节点仅靠锂电池即可持续工作半年以上,能够满足低频率数据监控等应用,使无线网络应用更加灵活、广泛.     

基于多普勒测速的水下传感器时间同步算法

时间同步是水下传感器网络的关键技术,由于海洋中采用水声通信时传播时延高且存在多普勒频移,导致使用射频通信的陆上时间同步算法无法直接应用于水下环境。基于多普勒测速原理和节点在水下的移动性,提出一种新型的时间同步CD-Sync算法。利用具有聚类特性的分簇模型选择合理的簇首节点,并与水面信标节点进行簇内同步,且在同步过程中,同步节点利用多普勒原理估算节点间的相对移动速度,从而计算节点间的传播延迟。实验结果表明,与基于分簇时间同步MU-Sync算法和分布式时间同步NU-Sync算法相比,该算法可在缩短节点间距离并加快节点间同步收敛速度的同时,有效提高时间同步的精度。     

Ad hoc网络时钟同步研究*

为解决时钟同步方案存在依赖特殊节点以及算法精度不高等问题,在组网过程与自组网互同步相结合的基础上,完成网络节点的时钟同步,并通过测量网络延迟以提高同步精度.方案在一跳场景下验证,可将误差维持在15μs左右,提高了同步精度,并且本方案不需要特殊节点,各个节点只需要收到一个同步帧就可以自发地调整时钟,同步帧的开销小、实现简单,适用于多跳和灵活易变的Ad hoc网络.     

无线传感器网络时间同步协议的改进策略

鉴于NTP和无线传感器网络时间同步协议的相似性,提出把NTP中的时间过滤、时间选择和时间组合算法简化后应用于无线传感器网络时间同步协议中以提高同步精度的策略.作为例证,将时间组合算法简化后引入BTS协议中.模拟的结果表明:在由81个Mica2节点组成的8跳网络内,除抗拒节点的同步误差保持不变外,其余节点的同步误差减小至改进前的67.70%～91.58%;具有相同跳距的节点的平均同步误差随跳距的增加率由19.8减小至15.5μs/跳;同时没有额外的报文开销.理论分析表明:同步精度的提高得益于应用时间组合算法所导致的节点时间偏移量均方差的减小.     

分段插值同步算法在数字化变电站中的应用

提出一种分段插值同步算法来实现数字化变电站的过程层同步采样,以降低系统对硬件的要求,并提高系统的可靠性.针对插值同步算法进行了分段设计,根据数据的线性度情况分别采用一阶线性插值法或二次插值法;分析了各算法的最大采样值理论误差;提出了过程层采样插值同步的具体实现方法.最后通过现场插值同步精度试验验证了该算法具有较高的同步精度,符合IEC6044-8标准对0.2S级测量电子式互感器的要求.     

无线传感器网络层次参考时间同步算法的研究

无线传感器在网络应用中要求节点间保持时间同步,但现存的经典时间同步算法,因节点的接收时间受时钟偏差和传输延迟的影响,其同步精度不高。为提高网络时间同步精度,均衡节点能耗,提出了一种改进的层次参考时间同步算法（Improved Hierarchy Referencing Time Synchronization,IHRTS）。该算法基于节点在层次结构中唯一物理位置的时间特性,采用贝叶斯估计对节点接收时间进行估算,缩小时间偏差的误差范围,获得比较精确的同步偏移量,从而改善时间同步精度;同时采用无线信道的广播特性与双向同步机制的同步思想,最小化了通信负载,均衡了节点能耗。通过仿真结果表明将贝叶斯估计方法应用到时间同步算法中,在均衡节点能量消耗同时有效地提高了网络同步精度。     

分布式数据采集与监控系统的时间同步及其软件编程

时间同步技术的应用越来越广泛,同步精度越来越高。介绍一种利用ＧＰＳ实现分布式数据采休与监迭系统高精密时间同步的基本原理,给出了系统级的时间同步程序设计和装置的时钟同步技术。     

一种低功耗无线传感器网络时间同步算法

间同步对无线传感器网络的应用至关重要,为提高同步精度,多数算法都以较多的消息交换或复杂的计算为代价来达到这一目的,因而能耗较大.为减少时间同步的消息交换开销,节约节点能量,提出了一种简单低功耗时间同步算法,该算法结合了单向广播同步机制和双向成对同步机制,有效利用网络中节点的广播信息,使网络中节点单跳广播域内只有一个下层节点与之进行双向成对同步,从而达到了减少消息开销和节约能量的目的.最后通过仿真验证了该算法的性能.     

GPS/INS组合导航系统时间同步系统设计

为了说明高动态环境中时间同步对于组合导航系统的重要性,在Kalman滤波方程的基础上,推导了时间同步误差与Kalman滤波结果之间的定性关系.提出一种利用GPS接收机中1PPS(Pulse Per Second)信号作为同步标签的时间同步方法,将IMU中的数据加上精确的时间标签,从而达到时间同步的目的.全部时间同步功能由FPGA实现,利用Verilog HDL语言进行开发,整体硬件结构简单而且适用范围广.试验结果显示了这种时间同步设计可以明显减小滤波结果的估计误差,有效的提高了组合导航系统的定位精度.     

移动环境下OFDM系统定时同步算法

针对移动环境TOFDM系统的定时同步问题,提出了一种解决算法。该算法基于0FDM系统的Preamble实现,包括定时捕获与定时跟踪两部分。同时,在考虑符号定时误差和样值定时误差的条件下,建立了OFDM系统的数学模型,分析了两种定时误差对系统接收性能的影响。最后阐述了定时同步算法的实施流程,给出了一种同步捕获位置和跟踪位置的判决方法,分析了门限值的设定对算法锁定精度的影响。仿真结果表明,所提出的定时同步算法具有同步精度高和易于实现的特点。     

仿真系统中的时钟同步算法

研究当前仿真系统中的时钟同步问题和网络时间协议（NTP）。在NTP的基础上通过引入“主从服务器”模式、客户端时间推进和事件注册机制,实现一种适用于分布式仿真系统的、具有较高精度的软件时钟同步算法,给出同步系统的设计和实验方案。根据对实验数据的分析,验证该算法是一种简单有效的高精度时钟同步算法。     

基于模糊控制的高精度时钟同步系统

电网输配线故障定位对电网故障排除及供电保障有至关重要的作用。位于输配电线路两端的行波故障定位设备的同步误差决定了故障定位的基本精度。沿用GPS作为时钟同步基准，以FPGA+VCO替代传统方法的MCU+固定频率晶振构建高精度时钟同步系统，提高了系统同步精度并消除了晶振老化、器件温漂等带来的长期稳定性问题；通过模糊控制提高了系统同步速度。构建的系统同步精度优于±25 ns，同步速度（系统从接收到同步源（GPS秒脉冲）至系统时钟调整锁相完成所需时间）少于90 s。     

多通道光纤同步算法的设计与FPGA实现

针对因FPGA的高速收发器、光电模块的光电转换过程引入的随机延时抖动和一定的误码率造成的多通道失同步问题,利用FPGA对数据链路层专门设计了系统同步算法使得多个通道之间能够保持同步,并在数据错误或丢失时以最小的代价重新取得同步。     

高灵敏度GPS软件接收机开发平台

介绍了GPS软件接收机开发平台的软、硬件结构,重点阐述了基于频域的捕获算法和基于时域的跟踪算法,对导航数据的解调、同步、卫星的星历获取、用户位置解算以及信号仿真模块等做了简单描述,并利用实测数据进行了验证。实验结果表明,开发平台的几何定位精度因子PDOP=2.3534,与传统的硬件接收机相当。开发平台还可以产生多颗卫星、不同中频频率、各种多普勒频移和不同C/A码相位的GPS仿真信号,用于对GPS软件接收机的捕获算法和跟踪算法进行研究和验证。目前采用的捕获算法可以捕获信噪比为-37dB的微弱信号,相对于常规的-19dB的信号门限,灵敏度提高了18dB。     

系统集成中的时钟同步技术

总结了目前分布环境下时间同步的各种策略、技术、原理和方法 ,着重介绍了一种利用 GPS接收设备作为时间源、About Time共享软件作为同步工具的经济、可靠、准确的系统时钟同步模型     

基于GPS授时的异地同步数据采集系统

基于GPS授时的异地同步数据采集系统用于对分处异地的数据采集设备进行精确同步.系统硬件主要包括GPS接收机、美国NI(National Instruments)公司生产的PXI工控机、PXI6608计数器/定时器和PXI4472数据采集卡,软件使用LabVIEW进行编程控制.该系统原理为通过GPS接收机对PXI6608计数器/定时器授时使其在某一时刻产生脉冲来触发PXI4472采集卡进行数据采集.实验证实了该系统精确的同步性能.