一种双余度TTP总线系统故障容限时钟同步方法

为了增加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。本文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。     

汽车电子电器网络的全等双余度中央协调器

汽车电子电器网络中的中央协调器负责全车电器的协调控制。为了保证汽车电子电器系统的安全性,需要提高中央协调器的可靠度。该文提出了一种主控辅助的全等双余度方案。设置两个硬件、软件均完全相同的中央协调器,通过控制器区域网络(CAN)总线收发仲裁帧进行随机竞争,完成主控协调器和辅助协调器的角色划分;通过收发状态帧进行在线实时故障互监测,并在检测到中央协调器一次故障时完成任务接替和驾驶员预警。实验证明:该全等双余度中央协调器系统可以良好运转。全等双余度方法可以在不增加设计制造成本的条件下有效提高系统可靠度,延长系统平均寿命。     

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。     

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。     

一种基于超帧机制的Zigbee时间同步算法研究与实现

对于几乎所有无线传感器网络应用来说,时间同步是非常重要的.由于无线传感器网络的多节点、低功耗等特点,一种合适的时间同步算法的实现尤为关键.以自主研发的硬件平台为基础,设计并实现了一种适用于Zigbee无线通信协议的单跳和多跳网络的时间同步算法,并给出了详细的算法分析及实现流程.实验结果表明所提出的时间同步算法在Zigbee单跳及多跳信标网络中均有良好的性能表现,满足了Zigbee协议低功耗、高同步精度的要求,在实现Zigbee休眠节能机制的同时,算法达到了较高的时间同步精度.     

传感器网络同步态的节点故障诊断算法

首先介绍了复杂网络同步态的概念,以传感器量测数据为节点,定义了随时间动态变化的传感器网络,采用数学分析方法定量描述了传感器网络的动力学机制,给出了传感器网络同步态的数学定义、计算方法及其实际的物理含义。理论推导表明,同步态从全局角度评价传感器网络的健康程度,以量测数据距离关联性定义复杂网络的耦合矩阵A=(aij)N×N,并以该耦合矩阵零特征值对应的左特征向量(ξ1,ξ2,...,ξN)来刻画传感器网络节点的局部细节信息,进而衍生出基于传感器网络同步态的节点故障诊断算法,实现传感器网络的故障诊断。实验仿真了由100个传感器组成的复杂网络,采集了在稳定运动60s期间的的量测数据,每个量测数据长度为5 000,其中有3个传感器处于间歇增益故障状态,以此来验证基于传感器网络同步态的节点故障诊断算法的有效性。结果表明,该算法不仅可以很好地跟踪整个传感器网络的工作状态,实时监测每个传感器网络节点的故障,而且可以利用传感器网络节点故障之间的相关性有效地识别出传感器量测数据的异常是由外界量测对象的改变还是由传感器本身故障引起的。该算法为全局评估传感器网络的工作状态和监测网络节点的局部故障提供了一个新颖可行的研究思路,期望为相关领域的研究学者提供有益的参考。     

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。     

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。     

基于累计时延统计的传感器网络数据同步算法

传感器网络数据同步是数据融合算法正确运行的前提,具体指网内各节点汇报的数据基于同一时间基准,其采集时间、先后顺序等与真实情况一致．然而由于节点晶振的频率偏差和不同的初始计时时刻,网内节点的本地时钟不同步,这使得根据本地时钟标记的数据不能保持同步．提出了一种基于累计时延统计的数据同步算法,通过在数据包头附加一个时延字段,沿途节点根据该数据包的停留时间更新该字段,数据到达远方站点时即包含了数据的总时延,接收站根据当前时刻和累积时延计算数据的采集时间,最终达到数据同步．分析表明该算法可达到HIS级同步精度,适合于中低精度应用．相比于常规同步算法,其通信开销几乎为零．     

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。     

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.     

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.     

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.     

变速率线性广播网络编码的通用全局编码核构造算法

针对单源有向无圈网络中,当信源速率变化时,线性广播网络编码需重新构造链路的全局编码核和非源节点的局部编码核问题.提出通用全局编码核的概念,并给出通用全局编码核的构造算法.利用该算法,以信源最大可行速率构造出各链路的通用全局编码核.当信源速率变化时,各链路的全局编码核可由通用全局编码核进行简单变形而直接导出,且非源节点的局部编码核无需改变.这样既保持了现有算法构造的各非源节点的局部编码核适用于不同速率的优点,又能方便地得到各链路对应于不同速率的全局编码核.最后基于线性信息流理论,对该算法的时间复杂度和记忆复杂度进行了论证,相对于基于递归向量构造全局编码核的编码算法,该算法的时间复杂度和记忆复杂度均大大降低.     

梯度下降算法在时间同步中的优化

规模化无线传感网各节点时间同步的关键因素是提高节点间的同步精度和收敛速度。该文提出一种基于梯度下降法的多跳时间同步(GDTS)算法,采用梯度下降算法对误差函数的步长进行迭代更新,调整接收节点的逻辑时钟频率和偏移值,得到使误差函数最小化的逻辑时钟频率和偏移比值的最优估计值。数值分析和仿真结果表明,与FBTS和PISync两种算法对比,GDTS算法具有良好的可扩展性,收敛速度及同步精度性能上均有优化。     

基于模拟退火算法的无网格节点生成技术

为克服目前无网格法布点技术仅适用于特定问题的缺点,在分析节点生成技术数学本质的基础上,提出了一种基于模拟退火算法的无网格节点生成技术.该算法结合k-means方法和模拟退火算法(SA)求解约束条件下的多峰值函数全局最小值,在待求计算域内和边界自动生成无网格计算节点,且节点为计算域对应质心Voronoi结构的质心点.该算法可以普遍用于包括凹域和多连通域等任意形状域的布点计算,尤其适用于给定边界节点位置情况下域内无网格节点的生成问题.将所生成节点用线段连接起来,也可以直接得到有限元网格.     

最可能故障路径法的CAN总线的可靠性模型

采用智能节点的CAN总线网络结构,用最可能故障路径法建立了该结构的可靠性模型.计算可知,CAN总线平均无故障工作时间MTBF (Mean Time Between Failure)随着最大传输时间内系统失效的时间n增加而降低,无效率U随着n的变化呈线性增加,n越大,可靠性越低.基于CAN总线的可靠性,智能节点的层次数越少越好.     

一种新的有源网络可靠性参数及其算法

为了解决现有有源网络可靠性参数不能描述网络中源点与指定节点集中一定百分比端点间连通能力的问题,提出了一种新的有源网络可靠性参数——S(k/N)T可靠度,并阐述了参数的具体概念与内涵,解释了它与经典有源网络可靠性参数的关系.通过将S(k/N)T可靠性的连通条件组合转化为SKT可靠性(源点到指定节点集K中所有节点的连通概率)的连通条件,建立反映SKT连通能力的K树,并基于容斥原理进行计算,给出了一套适用于S(k/N)T可靠度的精确算法,并对该算法进行了案例应用.结果表明,S(k/N)T可靠度参数符合工程需求,基于容斥原理的算法适用于系统二态性、故障独立性假设前提,同时考虑了端点故障和链路故障对网络可靠性的影响,可以得到精确解.     

恶劣环境下无人机双旋翼故障的智能监测系统设计

当前无人机双旋翼故障检测系统在恶劣环境下的抗干扰性能差,无法正常运行。设计一种小型、智能的适用于恶劣环境下的无人机双旋翼故障监测系统。首先规划了系统的总体结构,将便携式工控机作为系统运行的核心,用于对故障进行检测、提取故障数据进行存储和分析。然后利用数据采集模块对恶劣环境下无人机双旋翼相关数据进行采集,通过RS485总线完成主机和被监测无人机之间的数据传输。利用信号测试卡模块对数据采集模块接收的数据进行逻辑测试和故障诊断。最后采用无人机双旋翼故障检测算法对故障进行检测。实验表明,所设计系统具有较高的监测效率和精度,诊断效果良好。     

无线传感器网络时间同步技术进展

无线传感器网络是由大量部署在无线环境中的传感器设备构成的网络,无线节点间的协同操作要求网络节点维护共同的时间,时间同步是无线传感器网络支撑技术;针对传统分类方法中不能有效体现时间同步算法特点的问题,从信息交换是否存在反馈角度对现有时间同步算法进行了重新分类,同时对同步算法的进展情况作了详细描述;新的分类方法能够有效体现算法同步精度和同步能耗等特性:反馈式时间同步机制在同步精度和同步能耗上都要高于非反馈式时间同步机制;最后总结了现有时间同步算法的缺陷并展望了未来时间同步技术的发展方向。