無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于卡爾曼濾波器的精確時(shí)間同步協(xié)議研究.pdf

1、無(wú)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(shì)，但其最大的弱點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較差。無(wú)線通信自身固有的隨機(jī)性易導(dǎo)致信道可靠性降低，信道共享引發(fā)數(shù)據(jù)包沖突，降低吞吐量，造成節(jié)點(diǎn)能源浪費(fèi)，使得網(wǎng)絡(luò)性能低，生命周期縮短。時(shí)間同步是解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性難題的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多應(yīng)用和通信協(xié)議要求時(shí)間同步為前提，特別是對(duì)時(shí)間敏感的工業(yè)系統(tǒng)，其通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通家

2、庭和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。因此，獲取高精度的時(shí)間同步，改善同步性能，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 本研究分析了針對(duì)工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，基于同步信息包交換的IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議(PrecisionTimeProtocol，PTP)同步誤差產(chǎn)生的機(jī)制，從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，將時(shí)間作為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變量，進(jìn)而將時(shí)間同步轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)，在所建狀態(tài)空間模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用Kalman濾波器實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的精確

3、時(shí)間同步。論文主要貢獻(xiàn)如下:
　　 1)基于對(duì)IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議(PTP)機(jī)制及特點(diǎn)的分析，論證并嘗試將其應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　 2)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘硬件特征及其數(shù)學(xué)模型，對(duì)IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議(PTP)同步信息包交換的動(dòng)態(tài)行為特征進(jìn)行建模，并應(yīng)用卡爾曼濾波技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
　　 3)基于MATLAB/SIMULINK平臺(tái)，搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下IEEE1588精確時(shí)