城市照明管理系统中的时间同步方法研究

论文摘要

无线传感器网络属于下一代的传感器网络,这种新技术融汇了计算机、机电、网络等许多研究领域的前沿技术,并且随着研究开发的不断成熟,在越来越多的应用环境中成功地发挥作用。针对于带状网络的具体环境,无线传感器网络的应用在节省了布线的成本,降低了系统能耗的同时,还保证了安全性和稳定性。城市照明管理系统正是无线传感器网络在带状网络下的典型应用。时钟同步技术作为无线传感器网络的支撑技术之一,对于无线传感器网络的应用与开发是至关重要的。出于对能耗和成本的考虑,传感器节点以尽量减少通讯开销,延长节点寿命作为研究目标之一。因此,对现有的时钟同步技术进行适当的改良,在满足系统要求的同步精度的前提下,还要具有高效而节能的特性。在具体的应用环境中设计这样一种无线传感器网络时钟同步方法正是本文的研究重点。本论文首先对IEEE802.15.4/Zigbee协议进行了分析,阐述了Zigbee协议的框架结构并总结了Zigbee协议的技术特点。接着对现有的几种无线传感器时钟同步算法做了分析比较,得出了了这些算法的优缺点。在此基础上,提出一种应用于城市照明管理系统中的基于模型补偿时钟同步算法。根据实际的路灯控制系统的特点,利用接收无线信号强度的指示量RSSI作为选择路由节点的依据。在每次同步过程开始时都对根节点进行时钟校正。在同步过程中对网络内其它节点的本地时钟漂移做了分析,做出了针对本地时钟漂移的补偿模型。这种算法减少了节点间时钟同步所需要的通信开销,并且提高了同步精度。通过在实际的城市照明管理系统上进行的测试,得到了具体环境中节点距离的对应的RSSI均值与LQI均值。验证了在该平台使用此方法选取路由节点的可行性。然后将几种时间同步方法分别在该系统中进行测试。测试结果验证了提出的方法能够适用于该系统。并且与其它方法对比,取得了实际的改进效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线传感器网络
• 1.2.1 无线传感器网络的发展历程和研究现状
• 1.2.2 传感器网络的构成体系
• 1.2.3 无线传感器网络的特点
• 1.2.4 无线传感器网络的应用
• 1.3 基于Zigbee的无线传感器网络简介
• 1.4 本文的工作和内容安排
• 2 IEEE 802.15.4/Zigbee技术标准研究
• 2.1 Zigbee协议分析
• 2.1.1 Zigbee协议概述
• 2.1.2 Zigbee技术特点
• 2.2 Zigbee标准
• 2.2.1 Zigbee技术的体系结构
• 2.2.2 Zigbee物理层层
• 2.2.3 IEEE 802.15.4介质访问控制层
• 2.2.4 Zigbee网络层
• 2.2.5 Zigbee应用层
• 2.3 本章小结
• 3 无线传感器网络时间同步算法的研究与分析
• 3.1 引言
• 3.2 传感器网络时钟同步基本原理
• 3.2.1 时钟模型
• 3.2.2 同步补偿
• 3.3 几种现有的主要时间同步算法
• 3.3.1 RBS算法
• 3.3.2 TPSN算法
• 3.3.3 FTSP算法
• 3.3.4 LTS算法
• 3.3.5 DMTS算法
• 3.3.6 HRTS算法
• 3.4 典型算法比较
• 3.5 本章小结
• 4 基于模型补偿的应用于城市照明管理系统中的时钟同步方法
• 4.1 引言
• 4.2 方法描述
• 4.2.1 根节点时钟精确校正方法
• 4.2.2 单跳同步
• 4.2.3 多跳同步RSSI与距离关系
• 4.2.4 多跳同步实现过程
• 4.3 本章小结
• 5 同步方法在硬件平台上的实现
• 5.1 硬件平台的选取
• 5.2 程序设计
• 5.2.1 RSSI和LQI的求取
• 5.2.2 方法实现程序的具体流程
• 5.2.3 测试设备的连接
• 5.3 测试结果
• 5.4 测试结果分析及改进建议
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 附录内容名称
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢