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.     

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.     

煤矿井下WSN容错性时间同步算法的实现

为了提高井下时间同步精度,针对无线传感器网络对节点同步精度要求高、鲁棒性强以及时间同步协议普遍容错性较低的特点,提出一种面向煤矿井下的无线传感器网络容错性时间同步算法。该算法结合煤矿井下结构的特殊性,采用动态选举时间基准节点和避免重复发送策略,增强了网络的可扩展性,对于新加入节点可迅速收敛。在洪泛时间同步协议算法的基础上,利用概率统计学中的残差分析理论改进线性回归算法并进行差错判断,剔除井下异常数据点对拟合曲线的影响,抑制由异常数据导致同步误差的大幅度跳变,提升无线传感器网络(WSN)同步算法的容错性和可靠性。实验证明,该算法可在网络拓扑不断变化的情况下达到一定的同步精度,可保持网络稳定性,满足井下同步精度需求。     

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。     

无线传感器网络时间同步CS-TPSN算法研究与仿真

无线传感器网络TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Network)算法采用中心节点与子节点的双向通信,并通过交换时间信息和计算偏差值,实现无线传感器网络时间同步,有较高的时钟同步精度。但当系统中传感器密度较大时,节点同步跳数将明显增加,在影响同步精度的同时,增加了节点能量消耗。该研究提出了CS-TPSN算法,通过在节点层间进行拓扑结构改进,减少报文数量,优化层内和层间设计,降低算法开销,实现了基于OPNET的建模和仿真分析。     

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。     

异构无线传感器网络下的分簇时间同步算法

为了降低大型无线传感器网络的时间同步能耗,分析并计算了同步信息发送和接收过程中的时延组成,得出节点的时钟偏差,并利用线性回归法计算节点的频率漂移,在此基础上,将异构网络中的中继节点作为簇首,首先实现簇首与sink节点的时间同步,然后实现簇内的时间同步。分析表明,本算法同步误差只与传播时延和编解码时延有关,同时在同步过程中所需发送和接收的同步字节少,可以延长网络的生命周期。     

基于卡尔曼滤波的无线传感器网络时钟同步协议

在本文提出的时钟同步协议中,节点依据所持能耗大小在有限通信区域内完成时钟同步,即高耗节点通过监听低耗节点间进行同步交互的TPSN同步信标实现Receiver-Only同步模式,并通过引用卡尔曼滤波方法优化同步节点的时钟偏差以降低同步误差率。实验仿真表明,该同步协议与TPSN同步法相比提高了同步精度。     

一种基于人工智能-深度学习的无线时钟同步算法

基于传统TPSN协议基础上,提出一种结合人工智能-深度学习的无线时钟同步算法,首先利用深度学习不断重复学习的特性,减少误差,抵消时钟漂移的影响和抑制各种随机时延的不确定性,然后通过在Hainan EVK RTLS 3. 0硬件平台上测试,最后实验结果证明本文所提算法比传统TPSN协议获得了更高的时钟同步精度,时钟同步性能得到大幅提升.     

无线传感器网时间同步算法的比较

随着无线传感网的应用领域不断扩大,基于无线传感网的时间同步协议已经受到越来越多的研究人员的关注。以时钟模型为基础,就几种经典的无线传感器网时间同步协议,根据协议的原理分析了这几种协议的误差来源;并对萤火虫同步算法的原理作了论述,这种算法是通过由脉冲耦合振荡器发出的一系列脉冲信号来改变节点振荡器的相位,从而达到同步。为今后时间同步协议精度和效能的研究提供了一定的参考。     

一种双余度时间触发协议(TTP)总线系统故障容限时钟同步方法

为了增加时间触发协议(time-rriggered protocol,TTP)总线的可靠性,通常采用在系统架构级增加总线余度的做法。提出了一种适用于双余度TTP总线系统的故障容限时钟同步方法。该算法可以使双TTP网络中的所有节点形成对全局时间的统一认知,可以消除全局时间漂移率部分对同步精度的影响,而需要很小的计算开销。由于所有节点可以得到相同的时间偏移量集合并执行中间值选择,因此算法具有较好的可组合性和故障容限能力。算法分析和系统试验验证都表明该算法具有较高的同步精度,特别适用于安全关键控制系统。     

抗时钟漂移的协议同步的设计与实现

通信双方基于时钟漂移破坏协议信息同步问题,提出了一种在时钟漂移下协议信息保持同步的方式。文中首先介绍了现在常用的处理方式,并分析了在时钟漂移下协议同步保持原理,最后根据协议设计在系统设备中进行了验证,证明该方式具备抗时钟漂移的能力。     

基于不确定度量化加权的CKF算法

针对传感器网络中每个传感器节点的邻接节点状态估计值不确定度不同的问题,提出一种基于不确定度量化加权的一致性卡尔曼滤波算法(CKF).该算法通过考虑节点度数对于传感器网络估计精度的影响,结合节点度数提出了一种衡量邻接节点状态估计值不确定度的量化函数,并把量化值作为该邻接节点与当前节点的状态估计值偏差的融合权重引入一致性协议中,利用优化后的一致性协议对传感器节点先验估计值进行更新,可提高一致性卡尔曼滤波算法的估计精度;算法同时具有非一致性误差小和鲁棒性强等特点.最后在3种不同网络类型下,通过动态目标跟踪实验仿真验证了算法的有效性.     

基于Gossip算法的无线传感器网络时间同步

将Gossip算法用于实现无线传感网络的分布式时间同步,提出单Gossip同步算法和多Gossip同步算法,解决传统无线传感器网络时间同步算法中存在的计算复杂度高和同步收敛速度慢等问题.单Gossip同步算法首先利用构造生成树算法得到一个生成树,然后,依次对生成树每条边的两节点时钟信息进行Gossip运算,反复循环,最终可使网络各节点的时钟信息收敛于它们初始时钟信息的平均值.多Gossip同步算法对生成树进行边染色,相同染色的边可以同时进行Gossip运算.这2种同步算法减小了消息交换数,降低了计算复杂度,提高了同步的收敛速度.用随机矩阵理论和图论进行了理论证明,通过计算机仿真对理论分析进行了数据验证.     

基于TOA的无线传感器网络时间同步与定位联合算法

文中研究无线传感器网络中时间同步与节点位置坐标联合处理的问题,并且提出了一个可以联合精确估计未知传感器节点时钟偏差和未知坐标的算法,新提出的联合时间同步与定位算法采用加权最小二乘方法,相比于极大似然等迭代估计器,该方法具有更低的复杂度。理论分析表明在低信噪比情况下,算法精度可以达到克拉美罗下界(Cramér-Rao lower bound,CRLB)。计算机仿真实验结果也证明算法可以达到理论分析的精度要求。     

基于DS理论的网络时钟同步算法

目前的NTP(Network Time Protocol)时钟同步算法已不能满足许多新兴网络对时钟同步精度的要求.为此,提出一种基于DS(Dempster/Shafer)理论的NTP时钟同步改进算法.在分析目前NTP时钟同步算法不足的基础上,将DS理论引进到传统的NTP时钟同步中,建立一种改进的NTP时钟同步算法并进行...     

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.     

高密度节点部署条件下WSN时间同步优化方法

在第三方参考广播协议的基础上,提出了一种基于节点密度的时间同步协议.该协议利用节点同步消息取代第三方广播消息,减少了消息发送数量.时间同步中每个节点只需发送两个数据包,通过消息夹带增加时钟调整的参考点来提高时间同步的精度.从理论上证明了同步精度与节点密度之间的关系;通过对比实验验证了协议的正确性和有效性,进而证明了同步精度随节点密度的增加而提高.     

基于分簇的无线传感器网络时间同步方法

对传统的无线传感器网络的时间同步协议进行分析,结合无线传感器网络能量使用要求高的特点,设计一种适合WSN的时间同步算法.在分簇的基础上在簇内建立一个回路,回路上节点顺序单向同步,簇头可以实时监控同步的进行,以实现能量节省的、健壮的协作同步模式.对比实验结果表明,该算法在保证同步精度的前提下可以有效减少通信开销,节省了节点能量.     

基于WIA-PA协议的时间同步算法的研究与实现

基于时分多址的WIA-PA(wireless networks for industrial automation-process automation)网络中,高精度的时间同步是保证系统可靠、安全、无误、实时地传输的重要条件。通过分析WIA-PA协议以及现有经典时间同步算法的特点,提出了一种适用于WIA-PA协议的时间同步算法。该算法在WIA-PA协议单向时间同步方式的基础上,引入了延迟时间同步算法作为具体的同步算法,通过修改标记时间戳的位置和加入线性回归补偿对其进行改进,从而减少了不确定性因素的影响。在CC2530上得到实现验证,实验结果表明,该同步算法在满足WIA-PA协议规范的情况下,能达到较高的时间同步精度。