本文關(guān)鍵詞：基于時鐘同步的機械振動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步采集方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：機械振動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相對于傳統(tǒng)有線機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能提高監(jiān)測系統(tǒng)的靈活性、可維護(hù)性和可擴展性,同時還能實現(xiàn)密封、旋轉(zhuǎn)環(huán)境中關(guān)鍵機械零部件的振動信號監(jiān)測。然而,機械振動信號頻率較高,機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中通常采用較高的采樣頻率,要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)更高精度的同步采集。論文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步采集的基礎(chǔ)時鐘同步展開研究,在提高時鐘同步的基礎(chǔ)之上,提高機械振動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步采集精度。論文主要工作如下。單跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時鐘同步分為兩個過程:時鐘偏移補償和晶振漂移補償。傳統(tǒng)時鐘偏移補償算法采用基于MAC層時間戳交換方式,時間戳交換中存在中斷處理、編解碼和字節(jié)對齊等延時,影響時鐘偏移補償精度。論文采用SFD物理層時間戳交換,避免了除無線電傳輸延時外其他的時間戳交換延時,提高了時鐘偏移補償精度。針對晶振漂移補償,在得出參考節(jié)點頻率恒定時普通節(jié)點相對于參考節(jié)點晶振偏移與參考節(jié)點鐘呈二次多項式關(guān)系后,提出了基于最小二乘曲線擬合的晶振漂移補償時鐘同步算法(LSCS)。經(jīng)過實驗驗證,在單跳網(wǎng)絡(luò)中,LSCS平均時鐘同步精度為3.89μs。因無線傳感器節(jié)點傳輸范圍有限,當(dāng)節(jié)點范圍超出單跳傳輸范圍時,需采用多跳組網(wǎng)方式。針對多跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步,為減少節(jié)點間通信次數(shù)和避免節(jié)點重復(fù)接收同步包,選用簇樹組網(wǎng)模式并對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跳數(shù)優(yōu)化。在跳數(shù)優(yōu)化后,簇樹網(wǎng)絡(luò)通信次數(shù)為Mesh網(wǎng)絡(luò)的一半,節(jié)點平均同步包接收次數(shù)為Mesh網(wǎng)絡(luò)的八分之一。在單跳時鐘同步的基礎(chǔ)之上,采用多跳逐級時鐘同步的方法實現(xiàn)多跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步。經(jīng)過實驗驗證,在多跳模式下,LSCS每跳平均時鐘同步精度為2.75μs。在時鐘同步的基礎(chǔ)之上,針對機械振動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步采集中的同步觸發(fā)和采樣間隔控制問題,提出了解決方案。采用PAN協(xié)調(diào)器下發(fā)同一的初始采集時間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步觸發(fā)采集,PAN協(xié)調(diào)器計算初始采集時間時,考慮了網(wǎng)絡(luò)深度帶點的命令轉(zhuǎn)發(fā)延遲和終端節(jié)點命令解析處理延遲。在多跳網(wǎng)絡(luò)模式下,采用基于路由深度的信標(biāo)沖突避免機制,避免因信標(biāo)沖突導(dǎo)致終端采集節(jié)點無法接收采集命令。采用動態(tài)修正觸發(fā)采集Timer觸發(fā)頻率的方式實現(xiàn)采樣間隔控制。經(jīng)過同步精度驗證實驗中,分別進(jìn)行了信號源信號和機械振動信號同步采集精度實驗,信號源信號單跳同步觸發(fā)精度為4.38μs,雙跳同步觸發(fā)精度為6.52μs;機械振動信號單跳同步觸發(fā)精度為5.35μs。最后,對兩節(jié)點機械振動信號采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了時頻域?qū)Ρ?時域波形無明顯相位差,頻譜分布無明顯差別。表明本文提出的基于時鐘同步的同步采集方法能滿足機械振動信號監(jiān)測對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出的同步采集要求。文章最后對本文的研究工作進(jìn)行總結(jié),并展望下一步研究的方向。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 晶振漂移補償 時鐘同步 機械振動信號 同步采集
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(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】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題來源9
• 1.2 課題背景和研究意義9-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 論文主要工作和內(nèi)容安排12-15
• 2 基于最小二乘法曲線擬合的單跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法研究15-37
• 2.1 引言15
• 2.2 面向機械振動監(jiān)測時鐘同步協(xié)議總體需求15-20
• 2.2.1 基于MAC層時間戳交換時鐘偏移補償算法存在的關(guān)鍵問題17-19
• 2.2.2 基于線性回歸晶振漂移補償算法存在的關(guān)鍵問題19-20
• 2.3 基于SFD物理層時間戳交換時鐘偏移補償算法20-23
• 2.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點本地系統(tǒng)時鐘20-21
• 2.3.2 基于SFD時間戳交換時鐘偏移補償算法21-23
• 2.4 基于最小二乘曲線擬合晶振漂移補償算法23-31
• 2.5 基于最小二乘法晶振漂移動態(tài)補償時鐘同步算法31-32
• 2.6 LSCS單跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度驗證實驗32-36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 3 多跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法研究37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇37-39
• 3.3 多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)優(yōu)化39-41
• 3.4 多跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法設(shè)計41-45
• 3.4.1 多跳網(wǎng)絡(luò)逐級時鐘同步方法41-44
• 3.4.2 多跳逐級時鐘同步方法優(yōu)點44
• 3.4.3 多跳逐級時鐘同步通信次數(shù)及同步包重復(fù)度分析44-45
• 3.5 多跳網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度驗證實驗45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 4 基于時鐘同步的機械振動信號同步采集方法研究49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 基于LSCS機械振動信號同步觸發(fā)采集49-56
• 4.2.1 單跳網(wǎng)絡(luò)機械振動信號高精度同步觸發(fā)采集49-50
• 4.2.2 基于路由深度的信標(biāo)沖突避免機制50-55
• 4.2.3 多跳網(wǎng)絡(luò)機械振動信號高精度同步觸發(fā)采集55-56
• 4.3 基于LSCS機械振動信號采樣間隔控制56-58
• 4.4 同步采集精度驗證實驗58-65
• 4.4.1 信號源信號同步采集精度驗證實驗58-61
• 4.4.2 機械振動信號同步采集精度驗證實驗61-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 5 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 本文內(nèi)容總結(jié)67-68
• 5.2 后期研究工作及展望68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 附錄77
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文77
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項目77

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 秦曉懿,王瀚晟,曾烈光;一種新型通用全數(shù)字時鐘勻滑技術(shù)[J];電子學(xué)報;2001年09期

2 常波,鐘家騏;局部分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)物理時鐘同步研究[J];中國測試技術(shù);2004年05期

3 王娜;慕德俊;;分布式試驗系統(tǒng)管理中的時鐘同步技術(shù)研究[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2006年12期

4 朱進(jìn)軍;何梁;張曉光;;射頻拉遠(yuǎn)模塊中軟件時鐘鎖相的實現(xiàn)方法[J];無線電工程;2007年04期

5 張新;李偉章;;時鐘與時間同步系統(tǒng)及其前景探討[J];中國新通信;2009年03期

6 章涵;馮冬芹;褚健;;基于路徑加權(quán)反饋的工業(yè)環(huán)網(wǎng)時鐘同步方法[J];浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2010年05期

7 王波;呂俊偉;于振濤;;基于推后補償?shù)臅r鐘同步算法研究[J];微計算機應(yīng)用;2011年01期

8 金偉;李瑞民;;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時鐘同步系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];廣播與電視技術(shù);2011年04期

9 蘇筱娟;太空中的時鐘同步[J];國外科技動態(tài);2000年08期

10 趙英,潘立登;異步環(huán)境中基于時鐘精度差的時鐘同步[J];計算機工程;2004年18期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙英;李杏;;基于熵優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)時鐘調(diào)整策略[A];CCF NCSC 2011——第二屆中國計算機學(xué)會服務(wù)計算學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

2 李照濤;;時鐘同步在聯(lián)通移動網(wǎng)中的應(yīng)用[A];2007年中國通信學(xué)會“移動增值業(yè)務(wù)與應(yīng)用”學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

3 賈允毅;胥布工;王世華;劉步春;;端對端網(wǎng)絡(luò)時鐘漂移補償算法研究及其實現(xiàn)[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

4 鄧杰瑩;;天文時鐘基站高精度時間統(tǒng)一的設(shè)計與應(yīng)用[A];2013年中國電機工程學(xué)會年會論文集[C];2013年

5 柏長冰;陳啟美;王俊;;江蘇高速公路通信網(wǎng)時鐘問題的研究[A];第一屆全國公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集智能交通與機電工程卷[C];2002年

6 張鵬;王少榮;程時杰;;基于GPS的高精度同步時鐘裝置的研制[A];湖北省電工技術(shù)學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

7 熊俊;陳永洲;;MESH型時鐘路由算法[A];中國通信學(xué)會第五屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

8 羅旭明;李連興;;實現(xiàn)全網(wǎng)時鐘同步的方法與意義[A];2012電力行業(yè)信息化年會論文集[C];2012年

9 袁藝;趙衛(wèi)華;楊孟飛;;時鐘初始同步問題的軟件方法實現(xiàn)[A];全國第十二屆空間及運動體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

10 周書民;趙明;孫亞民;;基于本地時鐘選擇的時鐘同步算法[A];中國系統(tǒng)仿真學(xué)會第五次全國會員代表大會暨2006年全國學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 河北 劉慧麗;利用“宏”解決時鐘同步問題[N];電子報;2009年

2 卜哲 劉述;TDMoIP：過渡技術(shù)面臨挑戰(zhàn)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2005年

3 胡昌軍;PTN同步需求及相關(guān)技術(shù)[N];人民郵電;2008年

4 中國工程物理研究院計算機應(yīng)用研究所 胥永康 岳筱玲;客戶機與服務(wù)器的時鐘同步[N];計算機世界;2002年

5 中興通訊 高輝;IP成就移動業(yè)務(wù)承載未來[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2010年

6 中國移動通信集團公司網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化處 陳莉華;移動BSC與BTS的定時技術(shù)的一點調(diào)查和思考[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2002年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王康;網(wǎng)絡(luò)精密授時若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（國家授時中心）;2015年

2 莊曉燕;分布式測試系統(tǒng)時鐘網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與同步算法研究[D];電子科技大學(xué);2013年

3 何建平;基于一致性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時鐘同步算法研究[D];浙江大學(xué);2013年

4 陳健;以太分組網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù)研究及應(yīng)用[D];上海大學(xué);2008年

5 趙英;基于異步網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的自適應(yīng)時鐘同步[D];北京化工大學(xué);2004年

6 龔曉春;分布式微型航天器的時鐘同步研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

7 龐麗莉;無線網(wǎng)絡(luò)儀器的時鐘同步、定位及數(shù)據(jù)安全存儲算法研究[D];吉林大學(xué);2013年

8 李本亮;基于無線局域網(wǎng)的分布式測試系統(tǒng)實時性及時鐘同步研究[D];電子科技大學(xué);2011年

9 葉菁華;高速串行數(shù)據(jù)發(fā)送器的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

10 尹汝潑;面向控制網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制相關(guān)問題研究[D];上海交通大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃益信;基于Ethernet POWERLINK的分布式時鐘同步研究及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

2 曹智敏;嵌入式音頻網(wǎng)絡(luò)同步傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

3 馬v浽

本文編號：386623