【摘要】：盡管無線傳感器測試網(wǎng)絡(luò)的集中式時(shí)間同步技術(shù)已經(jīng)日臻完善，但是其擴(kuò)展性、抗毀性差以及同步誤差隨跳數(shù)增加而積累的問題一直存在，限制了其應(yīng)用范圍和應(yīng)用的靈活性。而分布式時(shí)間同步方法的出現(xiàn)給解決上述問題提供了可能，它們不需要建立全網(wǎng)路由來分發(fā)同步消息，而采用分布式的思想，新加入的節(jié)點(diǎn)僅與其相鄰節(jié)點(diǎn)交換信息，進(jìn)而通過多點(diǎn)協(xié)同的方式實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的時(shí)間同步。其中最具啟發(fā)意義的研究是將針對“螢火蟲同步”現(xiàn)象的理論研究應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步中，而該過程所要面對的難點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及隨機(jī)耦合延遲的存在。 本文在閱讀大量有關(guān)螢火蟲同步現(xiàn)象研究以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)等方面的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合著名的MS模型以及RFA同步機(jī)制，提出了改善網(wǎng)絡(luò)同步性能的WRFA機(jī)制、可變耦合強(qiáng)度機(jī)制以及應(yīng)對傳輸延遲突變的措施。并在硬件驗(yàn)證階段提出了依靠GPS芯片提供高精度時(shí)間基準(zhǔn)的同步驗(yàn)證方法，區(qū)別于以往串口-數(shù)據(jù)采集卡-工控機(jī)的同步驗(yàn)證方式。本文主要論述如下： 1、描述同步仿真模型的建立過程。首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)分布位置以及節(jié)點(diǎn)間通訊延遲情況建立網(wǎng)絡(luò)模型；然后建立節(jié)點(diǎn)同步算法的基本數(shù)學(xué)模型，并針對硬件情況進(jìn)行模型的離散化、線性化并去除浮點(diǎn)運(yùn)算；最后在模型中加入測試終端模塊，顯示網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)相位信息以及節(jié)點(diǎn)間的最大相位差隨仿真時(shí)間的變化規(guī)律。 2、針對存在耦合延遲以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓那闆r提出了減小系統(tǒng)同步狀態(tài)波動(dòng)的WRFA機(jī)制、同時(shí)提高同步精度和同步速度的可變耦合強(qiáng)度機(jī)制以及應(yīng)對報(bào)文傳輸延遲突變的機(jī)制。然后結(jié)合前邊建立的仿真模型，對引入的新的機(jī)制進(jìn)行仿真驗(yàn)證，，均能達(dá)到期望的結(jié)果。 3、最后建立硬件驗(yàn)證平臺(tái)和驗(yàn)證技術(shù)。首先提出利用GPS的高授時(shí)精度，為同步方法提供統(tǒng)一的精確的時(shí)間基準(zhǔn)，一方面避免繁雜的線路連接，另一方面也不會(huì)引入過大的不確定性誤差。然后介紹硬件的各個(gè)功能模塊組成。最后利用建立的硬件進(jìn)行同步方法的初步驗(yàn)證。
[Abstract]:Although the centralized time synchronization technology of wireless sensor test networks has been improved day by day, its scalability, poor survivability and the accumulation of synchronization errors with the increase of hops have always existed, which limits its application scope and flexibility. The emergence of distributed time synchronization method makes it possible to solve the above problems. They do not need to establish the whole network origin to distribute synchronous messages. Instead, the new nodes exchange information with their neighboring nodes only by using the distributed idea. Then the time synchronization of the whole network is realized by multi-point cooperation. The most enlightening research is the application of the theory of "Firefly synchronization" to time synchronization in wireless sensor networks. The difficulties in this process are the complex topology of wireless sensor networks and the existence of random coupling delay. On the basis of reading a lot of literatures about the phenomenon of firefly synchronization and the time synchronization technology of wireless sensor networks, this paper proposes a WRFA mechanism to improve the performance of network synchronization, combining with the famous MS model and RFA synchronization mechanism. The mechanism of variable coupling strength and the measures to deal with the sudden change of transmission delay. In the phase of hardware verification, a synchronous verification method which relies on GPS chip to provide high precision time reference is proposed, which is different from that of serial port, data acquisition card and industrial computer. The main contents of this paper are as follows: 1. The establishment process of synchronous simulation model is described. Firstly, the network model is established according to the random distribution position of network nodes and the communication delay between nodes, and then the basic mathematical model of node synchronization algorithm is established, and the model is discretized according to the hardware situation. Linearize and remove floating-point operations. Finally, test terminal modules are added to the model. The real-time phase information of all nodes in the network and the variation of the maximum phase difference between nodes with simulation time are displayed. 2. In view of the existence of coupling delay and network topology change, the synchronization of the system is reduced. The WRFA mechanism of state fluctuation, At the same time, the mechanism of variable coupling strength to improve synchronization accuracy and synchronization speed and the mechanism to deal with the sudden change of packet transmission delay are proposed. Then combined with the simulation model established in the front, the new mechanism is simulated and verified, which can achieve the desired results. 3. Finally, the hardware verification platform and verification technology are established. Firstly, it is proposed to use the high precision of GPS to provide a unified and accurate time reference for the synchronization method. On the one hand, it can avoid the complicated circuit connection, and on the other hand, it will not introduce too much uncertainty error. Then the composition of each function module of the hardware is introduced. Finally, the synchronization method is preliminarily verified by using the established hardware.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2172620