時(shí)間同步作為非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本前提,特別是針對(duì)那些對(duì)時(shí)間高度敏感的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),時(shí)間同步是決定其系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的核心技術(shù),其主要決定了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體性能、系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是否有效和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的生命周期,其中IEEE1588精確時(shí)鐘同步協(xié)議(IEEE1588 Precision Clock Synchronization)是基于同步時(shí)間信息包交換技術(shù)提出的,簡(jiǎn)稱PTP(Precision Timing Protocol),大多數(shù)情況下都是在有線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用該協(xié)議,因?yàn)镻TP應(yīng)用的前提是假設(shè)主從時(shí)鐘傳輸過程中正反鏈路對(duì)稱,其同步精度受到傳輸延遲抖動(dòng)的對(duì)稱性和傳輸過程中時(shí)間戳的準(zhǔn)確性的影響,相比于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)協(xié)議SNTP和全球定位系統(tǒng)GPS等常用的網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù),其時(shí)間同步精度和可靠性都得到了很大的提高,然而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí),由于正反鏈路不對(duì)稱、外界環(huán)境因素和自身無(wú)線信道衰弱等原因,傳輸延遲抖動(dòng)并不對(duì)稱,這樣就難以滿足應(yīng)用PTP的前提條件。本研究首先分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中同步誤差產(chǎn)生的原因,然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,通過狀態(tài)空間來(lái)描述這個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),時(shí)間是該系統(tǒng)的狀態(tài)變量,分別得到狀態(tài)空間模型的晶振時(shí)鐘的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和PTP同步協(xié)議的觀測(cè)方程,采用卡爾曼濾波器對(duì)時(shí)間同步過程進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用PTP以達(dá)到高精度的時(shí)間同步。論文的主要貢獻(xiàn)如下:(1)分析IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議(PTP)同步過程和在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用PTP影響其性能的因素。(2)通過對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析建模,進(jìn)而得到非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議同步過程的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)卡爾曼濾波器時(shí)間同步優(yōu)化進(jìn)行建模。(3)通過MATLAB仿真平臺(tái)和Ptolemy Ⅱ仿真軟件對(duì)算法優(yōu)化過程進(jìn)行仿真,驗(yàn)證在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用卡爾曼濾波器優(yōu)化下的精確時(shí)間同步協(xié)議的可行性。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 國(guó)內(nèi)外時(shí)間同步協(xié)議發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 選題意義
    1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)
    1.4 本章小結(jié)
第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
    2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
        2.1.1 網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)
        2.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
        2.1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧
    2.2 時(shí)間同步算法研究現(xiàn)狀
    2.3 本章小結(jié)
第三章 IEEE1588v2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
    3.1 概述
    3.2 IEEE1588v2的特點(diǎn)分析
    3.3 延遲請(qǐng)求響應(yīng)的時(shí)間同步原理
    3.4 非PTP時(shí)鐘同步協(xié)議的研究現(xiàn)狀
    3.5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中影響IEEE1588v2的因素分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 系統(tǒng)建模
    4.1 時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)建模
    4.2 IEEE1588精確時(shí)鐘同步的時(shí)間標(biāo)記不確定性建模
    4.3 伺服時(shí)鐘算法
        4.3.1 時(shí)鐘偏移率估計(jì)
        4.3.2 帶時(shí)鐘偏移率估計(jì)的伺服時(shí)鐘算法
    4.4 基于卡爾曼濾波器的時(shí)間同步優(yōu)化建模
        4.4.1 晶振時(shí)鐘的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程模型
        4.4.2 PTP時(shí)間同步協(xié)議的觀測(cè)方程模型
        4.4.3 基于卡爾曼濾波器的時(shí)間同步優(yōu)化建模
    4.5 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析
    5.1 基于MATLAB的IEEE1588PTP算法優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    5.2 仿真結(jié)果與分析
        5.2.1 時(shí)鐘偏移（offset）估計(jì)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差仿真分析
        5.2.2 時(shí)鐘偏移率（skew）估計(jì)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差仿真分析
    5.3 基于Ptolemy Ⅱ的IEEE1588 PTP算法優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究過程中的主要工作
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文

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