网络时间同步算法中时钟精度优化设计与实现

针对基于NTP时间同步算法中,客户端时钟提供的时钟精度难以满足算法的精度要求,根据API函数描述了一个时间同步算法中高精度时间源的设计和实现过程.实验表明,在网络时间同步算法中采用这种高精度时间源的方法来完成本地时间调整过程,NTP 时间同步算法的精度可以提高到微秒级.     

单向时延测量的实时时钟同步算法

对已有分段聚类算法进行改进,使用软件方法对单向时延序列进行分析,在线检测时钟调整位置.采用变宽度的滑动窗方法对单向时延数据进行过滤,减少时间序列大小,同时保证时钟调整位置信息不丢失.使用自底向上算法对时间序列进行线性分段,检测时钟调整或时钟频率跳变点,算法的时间复杂度大大降低.针对在线时钟同步的要求,为了消除滑动窗不具有离线算法的全局寻优缺点,提出使用基于滑动窗自底向上算法的实时单向时延时钟同步算法.实际测试实验表明:该算法大大降低了时间复杂度并提高了分段精度.     

基于无线网络的IEEE 1588时钟同步算法

时钟同步是无线分布式系统中的一项关键技术。为了补偿无线网络中链路数据速率的动态变化带来的偏移误差并提高时钟同步精度,本文提出了一种基于动态变化的不对称无线传输IEEE 1588时钟同步算法。该算法根据动态变化的无线链路的不对称比来计算主从节点的时钟偏移误差。仿真实验结果表明,从时钟的偏移误差可以减小到10-3 μs,在无线网络中应用该算法能明显提高时钟同步精度。     

结合Chirp信号的单向广播机制水下无线传感器网络时间同步算法

水下无线传感器网络(underwater wireless sensor networks, UWSNs)的时间同步主要面临两大挑战,分别是水声传播时延较长和节点的移动性.针对水下无线传感器网络时间同步问题,提出了一种结合Chirp信号的单向广播机制的跨层时间同步(Chirp-based broadcasting time synchronization, CB-Sync)算法. CB-Sync算法在物理层利用Chirp扩频信号的时钟频偏与相偏来减少因节点移动性带来的误差.此外, CB-Sync算法采用周期性的单向广播机制来同步邻居节点,邻居节点根据收到的广播信息,通过两次线性回归得到时钟的初始频偏与相偏,最后利用最小梯度下降算法来减少多普勒频移带来的误差,以提高最终的时间同步精度.仿真实验结果表明, CB-Sync算法具有更为高效的能量利用效率和时间同步精度.     

一种低通信开销联合时钟同步和定位算法

针对无线传感器网络（wireless sensor networks ,WSNs）中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议（pairwise broadcast synchronization ,PBS）改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点（位置已知,时钟需同步）侦听未知节点（位置未知,时钟需同步）与参考节点（位置已知,时钟为参考时钟）双向交换的时间信息,不用发送额外的信息。因此相比于传统基于双向信息交换方式的联合时钟同步和定位算法可以节省大量的通信开销,同时可以降低同步所需参考节点的数目。该算法不仅对未知节点的位置参数和时钟参数进行联合估计,同时也完成锚节点时钟参数的估计。经过仿真分析,估计值满足所推导的克拉美罗下限（cramer-rao lower bound,CRLB）,且估计精度接近其他两种典型联合算法。综合考虑估计精度和通信开销,所提出的算法优于现有的联合时钟同步和定位算法。     

卡尔曼滤波算法与Bootstrap算法比较

在信息化时代,人们对时间同步的精度要求越来越高.从时钟根据它和主时钟的偏差进行估计和调整,从而实现同步.在多个晶振的条件下,可以通过卡尔曼方法实现数据融合,通过卡尔曼滤波算法和Bootstrap算法对时钟进行校正,对偏差进行估计.该方法可以提高本地时间稳定性和准确性.     

传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析

由于传统目标定位模型分析会增加目标定位时延,为了缩小目标定位时延,提出了传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析。通过传感网络终端的仿真计算,分析了时钟同步的目标状态,在选取合适的模拟方法基础上,确定了目标节点位置与定位系数之间的关系,设计了传感网络终端时钟同步的模拟过程,完成传感网络终端的时钟同步模拟;在模拟后的传感网络终端时钟同步中设置目标采集指令,由路由器将目标采集指令转发,为了确保传感网络终端节点进入待采集状态的准时性,计算了目标的采集时间,采集时间确定后,协调器还要将等待接收反馈目标的时间上传到传感网络终端,完成传感网络终端时钟同步的目标采集;最后通过时钟同步目标定位模型的构建,实现了传感网络终端时钟同步的目标定位。仿真实验结果显示,提出的目标定位模型分析可以缩短目标定位时延。     

An Improvement of Time Synchronization Protocol Based on FTSP in Wireless Sensor Networks

精确的时钟同步对于很多无线传感器网络的应用来说是非常重要的.虽然每个传感器节点都配备了一个硬件时钟,但是这些硬件时钟会产生不同程度的漂移.现有的泛洪时间同步协议使用线性回归算法对节点的时钟进行漂移补偿,鉴于线性回归算法容易受到异常数据的影响,从而会影响到协议的同步精度.因此提出了一种精度更高、同步误差更小的改进协议,并且采用NS2仿真工具对改进的协议进行了仿真,仿真结果表明改进后的协议能够有效提高同步精度.     

基于时延抖动的网络拓扑推断技术

为了克服基于端到端单向时延的拓扑推断算法中需要时钟同步的缺点,根据端到端时延抖动的定义和特点提出了拓扑推断中端到端时延抖动的四元分组列车测量方法和基于端到端时延抖动的拓扑推断算法,其中端到端时延抖动的测量不需要节点间的时钟同步,并且实现简单.分析了基于端到端时延抖动推断网络拓扑的可行性和正确性,通过NS2进行了仿真.仿真结果表明,基于时延抖动推断拓扑结构的效果比基于端到端单向时延推断拓扑结构的效果好.     

无线传感器网络中一种基于FTSP的时间同步协议的改进设计

精确的时钟同步对于很多无线传感器网络的应用来说是非常重要的.虽然每个传感器节点都配备了一个硬件时钟,但是这些硬件时钟会产生不同程度的漂移.现有的泛洪时间同步协议使用线性回归算法对节点的时钟进行漂移补偿,鉴于线性回归算法容易受到异常数据的影响,从而会影响到协议的同步精度.因此提出了一种精度更高、同步误差更小的改进协议,并且采用NS2仿真工具对改进的协议进行了仿真,仿真结果表明改进后的协议能够有效提高同步精度.     

基于WLAN信标的连续时钟同步算法

IEEE 802.11无线局域网自有的时钟同步协议的定时同步功能（timing synchronization function,TSF）采用偏移量补偿的方式.基于这种TSF满足不了实时应用对同步精度的要求,提出一种基于WLAN信标的主从结构式连续时钟同步算法.该算法具有同步精度高、时钟连续变化、抗信标延迟和丢失能力强等优点.     

分布式系统高精度时钟同步算法及其实现

时钟漂移与传输延时的不确定性是分布式系统时钟同步中一个不容忽视的问题，它直接影响同步精度．为此，充分考虑两者的影响，基于锁相环原理将PID调节与线性补偿相结合，提出了一种高精度时钟同步算法．采用RTLinux构建了具有时间触发机制的工业以太网实验平台，并在该平台上对所提出的同步算法进行实验研究，得到了网络延时参数的分布曲线和同步性能曲线等．结果表明，该同步算法有效地抵消了时钟漂移，抑制了网络延时的不确定性，获得了更高的时钟同步精度。     

基于时延不对称网络的最小排队转发时延估计

针对精密时间协议(PTP)报文的不确定排队转发时延恶化PTP同步性能的问题,提出最小排队转发时延估计算法.通过对链路时延堆栈式比较,基于筛选出的未受阻塞的幸运报文进行时钟偏移估计,提高了时延不对称网络中的PTP同步性能.算法的边界条件由搜寻幸运报文的平均时间间隔决定,推导了该边界条件公式.测试验证结果表明:在主从链路时延不对称的环境下,相比于无优化情况,链路时延估计精度提高了约25ns,其稳定度提高了近2个数量级;PTP系统同步精度提高了1倍以上,其稳定度提高了近4倍.     

数字电视广播的单频网实现及场地实验

为了实现地面数字多媒体/电视广播(DM B-T)方案的单频网(SFN)组网模式,根据DM B-T方案中的数据帧结构与绝对时间同步的特点,提出了一种基于DM B-T方案的单频网实现方法。每隔一个大帧(m ega-fram e)在M PEG-2传输码流(TS)中插入初始化包(M IP),通过检测其中包含的网络延时和时间标识信息,经过简单计算,使网络中所有发射机在时间上实现同步。通过列单频网广播的场地实验证明该方法是可行的。     

基于反向路由的Zigbee网络本地修复机制改进

针对当前ZigBee网络链路故障修复机制时延长和数据分组丢失的缺陷,提出了一种改进的Zigbee网络本地修复算法(ILRA-AODVjr)。通过空闲路由节点反向路由机制,向邻居节点广播一个具有两跳生命周期反向路由构建报文S-RREQ,为空闲节点产生多个备用局部路由,增加网络中节点有效路由数量,提高网络发现路由速度,缩短网络局部故障修复时间。仿真结果表明,改进的Zigbee网络本地修复算法,有效减少了网络故障修复响应时间,延长网络生命周期,减轻了网络拥塞和延迟。     

无线传感器网络中分簇时间同步算法的设计

根据低功耗的要求,提出一种分簇时间同步算法(CTSA),该算法利用LEACH分簇原理,将整个网络分成不同的簇,簇首节点之间的同步采用精度较高的双向同步交换机制,且在选择与上一级簇首节点交换同步包时,根据距基站的最小跳数为准,以减少多跳累加的影响.而簇首节点与簇内成员节点则采用功耗较低的单向同步原理,结合了无线传感器网络中簇首节点与簇内节点的特点,在精度与功耗上进行折中考虑.实验证明该算法具有较高的同步精度与较低的同步开销,特别适合于终端节点较多的环境中,如环境监测.     

保证速率的核心无状态分组调度算法

提出一种新的核心无状态分组调度算法VCSVC(G)(vector core-stateless virtual clock).该算法在边界节点为分组计算理想模型下各节点对应的虚拟延迟,组成虚拟延迟矢量带在分组头中,是核心节点排序的依据,其长度上限G利用局部平均法实现.证明了VCSVC(G)与VC(virtual clock)具有相同延迟保证能力,计算了实际算法与理想模型速率保证精度的误差上限,并与两种核心无状态代表算法进行了比较分析.结果表明,通过调节参数G,算法可达到开销与速率保证精度的理想折衷,适用于广泛的用户需求.     

基于IEEE 1588协议的网络时钟同步系统

提出一种基于IEEE1588协议和卫星授时的局域网内时间同步方案,将FC3180微控制器作为设备的核心控制单元,结合相应的硬件单元实现IEEE1588协议,将通过授时模块获取的卫星上的时间作为基准时间.IEEE1588将此基准时间分布到局域网中,并将各个从时钟设备的时间同步到基准时间源上.实验结果表明,该方案能够实现亚微秒级别的时间同步精度,达到了IEEE1588协议规定的精度,能够满足大部分应用系统对时间同步的要求,具有一定的应用价值.     

传感器网络中基于抽样的带权近似Top-k〖WT〗〖HT3,2〗查询算法

提出一种适用于传感器网络的抽样带权阀值过滤近似Top-k聚集查询算法.该近似算法会将无线传感器网络划成几个两两不相交的簇进行处理,在汇聚节点进行预处理以及在各个簇内进行抽样过滤处理,在抽样过程中给可靠而重要的节点赋上相应更大的权值,同时根据节点采集的信息具有时间相关特性,在簇内进行抽样阀值过滤处理,每个簇头节点都会接收到该簇内的Top-k候选子集,然后将每个簇的子集发送给Sink节点,该Sink节点将接收到能代表整网Top-k样本候选集.仿真实验结果显示该算法只需发送少量的数据,更小的抽样样本,并能满足任意精度要求.     

一种基于通用PC的局域网时间同步方法

拥有一个精准的时间同步机制是许多网络应用的前提。目前的时间同步技术主要分为基于外部时钟源和基于软件算法两种,但现有的时间同步方法实现较为复杂或部署成本较高。提出一种基于通用PC的局域网时间同步方法,以TSC寄存器取代系统时钟作为同步的时间源,通过客户机请求与服务器响应的方式进行时间同步,计算简单,开销较小。实验结果表明,该方法的同步精度较高,且可以在较长时间内保持,适用于对时间同步要求较高的应用场合。