本文關(guān)鍵詞：基于OMNeT的多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)IEEE 1588時間同步優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為典型的分布式網(wǎng)絡(luò),具有自組織、部署靈活、成本低等優(yōu)勢,其最大的弱點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較差。時間同步是解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù),盡管已經(jīng)有了較多的時間同步算法,比如NTP、FTSP及近年來提出的PTP (Precise Time Protocol, PTP)等。NTP的精度較低,通常在幾十個毫秒范圍內(nèi),FTSP對通信帶寬要求較高,而IEEE 1588 PTP能夠以相對較低的通信帶寬獲取較高的同步精度,有望成為未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的標(biāo)準(zhǔn)。然而,IEEE 1588 PTP是針對有線工業(yè)Ethernet設(shè)計(jì)的,對傳輸延遲的對稱性和時間戳的準(zhǔn)確性有很高的要求。如何找到合理的解決方案,將其應(yīng)用于多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中以提高時間同步精度尚無定論。本文研究了如何構(gòu)建一個更加真實(shí)的仿真平臺來仿真PTP協(xié)議在多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時間同步性能,并具此提出改善同步性能的措施。更具體地說,本文的主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)是：(1)基于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時鐘和PTP同步協(xié)議的分析,建立了傳感器節(jié)點(diǎn)的不精確時鐘模型及其離散模型,時間標(biāo)記不確定性模型以及PTP時間同步協(xié)議的狀態(tài)空間模型,且將時鐘模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程,將PTP協(xié)議模型轉(zhuǎn)換為觀測方程,為把狀態(tài)估計(jì)技術(shù)和卡爾曼濾波技術(shù)相結(jié)合奠定了基礎(chǔ),從而可以研究如何改進(jìn)和提高PTP同步算法。(2)搭建了一個基于OMNeT的離散事件仿真器TS3 (Time Synchronization Simulator,時間同步仿真器),該仿真器實(shí)現(xiàn)了對多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步仿真,通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了：IEEE 1588 PTP在多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能達(dá)到較高的時間同步精度,但是適應(yīng)性有待提高。(3)在所建狀態(tài)空間模型的基礎(chǔ)上,提出了基于卡爾曼濾波器的PTP伺服時鐘算法。仿真結(jié)果表明：相對于僅有PTP的同步算法,基于卡爾曼濾波器優(yōu)化的PTP算法能顯著改善多跳時間同步的精度,并且能很好的適用于多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò) PTP OMNeT TS3(時間同步仿真器) 卡爾曼濾波器
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 時間同步中存在的問題及解決思路11-12
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)12-15
• 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其時鐘建模15-21
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介15-17
• 2.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)16-17
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)時鐘17-18
• 2.2.1 節(jié)點(diǎn)時鐘的概念17
• 2.2.2 節(jié)點(diǎn)時鐘的相關(guān)特性17-18
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)時鐘建模18-20
• 2.3.1 節(jié)點(diǎn)的不精確時鐘建模18-19
• 2.3.2 不精確時鐘的離散化建模19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 PTP時間同步研究及其數(shù)學(xué)建模21-33
• 3.1 PTP時間同步協(xié)議概述21-22
• 3.1.1 PTP時間同步協(xié)議特點(diǎn)21
• 3.1.2 PTP應(yīng)用于多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性分析21-22
• 3.2 PTP時間同步原理22-23
• 3.3 多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中影響PTP同步的關(guān)鍵因素23-25
• 3.3.1 傳輸時延及其不對稱性(抖動)23-24
• 3.3.2 CPU處理延時和時間戳的精度24-25
• 3.4 PTP時間標(biāo)記不確定性建模25
• 3.5 PTP多跳時間同步的狀態(tài)空間建模25-29
• 3.5.1 晶振時鐘的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程建模25-26
• 3.5.2 時鐘偏移θ的觀測方程建模26-27
• 3.5.3 時間標(biāo)記不確定性對PTP觀測值的影響27-28
• 3.5.4 時鐘偏移率γ的觀測方程建模28
• 3.5.5 PTP狀態(tài)空間模型的噪音分析28-29
• 3.6 時鐘偏移率γ的伺服時鐘算法29-31
• 3.7 本章小結(jié)31-33
• 第4章 基于OMNeT的PTP多跳同步仿真器的設(shè)計(jì)與仿真33-45
• 4.1 OMNeT簡介33
• 4.2 基于OMNeT的PTP多跳時間同步仿真器TS3的設(shè)計(jì)33-36
• 4.2.1 PTP多跳時間同步仿真器TS3的結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)33-34
• 4.2.2 PTP多跳時間同步仿真器TS3的包交換過程34-36
• 4.3 PTP協(xié)議在多跳時間同步中的性能仿真及分析36-42
• 4.3.1 PTP多跳時間同步的仿真平臺36-37
• 4.3.2 PTP協(xié)議在多跳無線傳感網(wǎng)中的同步性能仿真37-42
• 4.4 本章小結(jié)42-45
• 第5章 基于卡爾曼濾波的PTP多跳時間同步優(yōu)化及仿真45-53
• 5.1 基于卡爾曼濾波的PTP狀態(tài)空間模型45-47
• 5.1.1 基于卡爾曼濾波的PTP時間同步建模45-47
• 5.1.2 基于卡爾曼濾波器的PTP伺服時鐘算法47
• 5.2 仿真結(jié)果及分析47-52
• 5.2.1 同一時鐘類型的多跳同步實(shí)驗(yàn)48-49
• 5.2.2 不同時鐘類型的多跳同步實(shí)驗(yàn)49-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第6章 總結(jié)53-55
• 6.1 本文的主要工作53
• 6.2 下一步工作思路53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 致謝61-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的論文63
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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5 任豐原;董思穎;何滔;林闖;;基于鎖相環(huán)的時間同步機(jī)制與算法[J];軟件學(xué)報;2007年02期

6 董超;田暢;倪明放;;Ad hoc網(wǎng)絡(luò)時鐘同步研究[J];通信學(xué)報;2006年09期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 曾益;能源受限無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效時分機(jī)制研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

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