分布式无线网络的网络同步技术研究

论文摘要

时间同步是分布式无线网络的关键技术,近年来受到了越来越广泛的关注。本文在分析无线传感器网络特点的基础上,分析了网络时间同步算法基本原理,研究了同步的关键技术。论文从统计的角度,对同步误差的主要来源:频率漂移进行了的研究,并给出了系统的时钟同步模型。通过研究发现:1.HRTS算法采用瞬时同步策略,同步误差在相邻2次同步操作之间呈线性增长。2.原有方案只进行相位偏移同步,忽略了时钟漂移对同步的影响。基于上述问题本文提出了基于频漂补偿的连续型同步算法:Improved-HRTS。该算法摒弃了原有的瞬时同步策略,采用动态更新的缓冲区对节点的相位偏移进行采样。并引入最小方差线性拟合算法对漂移进行估计,通过不同时间段的观察窗来动态跟踪频率漂移的变化。仿真结果表明,Improved-HRTS算法的同步性能有了显著改善,并且延长了同步周期,能有效降低节点的同步能耗。1.本文首先介绍了ad hoc网络、无线传感器网络和无线Mesh网络3种典型的无线分布式网络。分析了其特点及其在各领域的应用。2.接下来分析了网络时间同步算法基本原理,同步的关键技术。对当前现有的传感器网络时钟同步协议进行了比较研究。3.在总结前面方案的优点和不足基础上,对同步精度,同步保持问题以及频率漂移估计技术进行研究。提出了基于频漂补偿的Improved-HRTS同步算法。并在Simsync同步仿真平台下对其进行了仿真分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无线分布式网络的发展概况
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 分布式无线网络概述
• 2.1 分布式无线网络的基本概念
• 2.2 Ad hoc网络
• 2.3 无线mesh网
• 2.4 无线传感器网络
• 2.4.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.4.2 无线传感器网络的特性
• 2.4.3 无线传感器网络的应用
• 2.4.4 无线传感器网络研究热点
• 2.5 小结
• 第三章 分布式WSN网络时间同步技术研究
• 3.1 网络时间同步的基本理论
• 3.1.1 WSN网络时间同步需求
• 3.1.2 时钟特性，频率漂移与同步
• 3.1.3 同步技术的性能评估策略
• 3.1.4 时钟同步技术分类
• 3.2 WSN时间同步的关键技术
• 3.2.1 广播域内的同步信息获取
• 3.2.2 多跳范围内的网络同步
• 3.2.3 进一步的研究方向
• 3.3 同步算法分析
• 3.3.1 RBS算法分析
• 3.3.2 TPSN算法
• 3.3.3 Tiny-Sync算法和Mini-Sync算法
• 3.3.4 HRTS同步算法分析
• 3.3.5 各种算法的比较分析
• 3.4 小结
• 第四章 基于频漂估计的 Improved-HRTS 算法
• 4.1 算法的提出
• 4.1.1 算法同步精度
• 4.1.2 算法同步保持
• 4.1.3 时钟漂移估计
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 漂移变化率受限的晶振频率模型
• 4.2.2 时钟模型
• 4.3 基于频漂估计的Improved-HRTS算法
• 4.3.1 广播域内的同步算法
• 4.3.2 多跳范围内的同步
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 仿真环境介绍
• 4.4.2 仿真结果及分析
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果