双星系统高精度共视授时技术

远距离、高精度的时间同步对SDH通信网、电力系统调控和卫星导航系统等有着极其重要的意义.在深入研究双星定位导航系统与GPS共视授时理论的基础上,提出了采用双星系统共视授时技术实现远距离、高精度时间同步方法,给出具体的计算模型、误差分析、实验平台、数据处理和仿真.实验结果表明,双星系统共视授时技术可以达到15 ns的授时精度,能够实现远距离、高精度的时间同步.     

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。     

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.     

具有漂移补偿的RCR时钟同步模型

针对基于以太网的工业测控系统时钟同步,探讨了低同步代价下实现较高同步准确度的问题.提出一定同步准确度下具有漂移补偿的远端时钟读取(RCR)时钟同步模型,它具有提高每一次同步准确度、简化远端时钟读取成功判断的特点,可降低整个系统同步的计算量.通过给出集成时间戳报文的数字锁相环漂移补偿,实现了一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR时钟模型的同步架构及仿真.结果表明,该模型可将目前常见的基于报文传输延迟测算的时钟同步方法NTP的准确度至少提高一个数量级.     

一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR时钟同步模型研究

基于分析基于报文传输延迟测算的时钟同步方法,提出一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR模型,它具有提高每一次同步准确度、简化远端时钟读取成功判断的特点,在整体上实现降低整个系统同步计算量的优势.通过给出集成时间戳报文数字锁相环漂移补偿,实现一定同步准确度下具有漂移补偿的RCR时钟模型同步架构及仿真.结果表明,该模型可将目前常见的基于报文传输延迟测算的时钟同步方法NTP、IEEE1588等的准确度提高一个数量级.     

基于LoRa的低功耗温度采集传感器系统设计

针对工业高炉冷却水温监测长期运行、维护成本高问题,设计一种基于LoRa(Long Range)的远距离低功耗无线传感器网络系统;系统搭建基于LoRa通信水温采集终端的模块能耗计算模型,通过对计算模型分析,提出了一种基于LoRa协议层的时钟同步协议和时分多址联合优化的无线通信策略;该策略利用LoRa通信技术完成信息交互,实现网关与终端节点的高精度时钟同步;网关完成可对无线资源调度,动态分配终端节点的时隙资源,以实现数据周期性上传,降低数据传输碰撞的概率,并优化无线资源的使用效率;实验表明,该通信策略与ALOHA通信协议相比,显著提高了通信的投递率和能源效率,进一步提高了LoRa在网络中的性能,所提出的联合优化的无线通信策略是有效的。     

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。     

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.     

地震勘探仪器的RS-485高速数据/能量传输

为实现地震勘探仪器采集的大容量数据的高速远距离长线传输,比较数据传输方式,提出了RS-485总线的高速串行数据传输方法,应用FPGA技术,研制了数据传输系统。分析RS-485数据传输的影响因素,设计了系统总体结构及传输协议。基于以太网供电原理,采用RS-485总线供电方式,实现48V直流能量与数据沿同一线对的叠加传输。利用串行信号的跳变沿作为高速时钟采样的起始标志,结合8B/10B的链路编码方案,实现位同步时钟恢复与数据帧提取,且检测时钟频率10倍于发送时钟频率。数传实验结果表明,系统可实现串行编码数据流以20Mb/s沿220m双绞线电缆的远距离数据传输,误码率可达10-11。     

用于地震勘探仪器的RS-485高速数据/能量传输方法

为实现地震勘探仪器采集的大容量数据的高速远距离长线传输,比较数据传输方式,提出了RS-485总线的高速串行数据传输方法,应用FPGA技术,研制了数据传输系统。分析RS-485数据传输的影响因素,设计了系统总体结构及传输协议。基于以太网供电原理,采用RS-485总线供电方式,实现48V直流能量与数据沿同一线对的叠加传输。利用串行信号的跳变沿作为高速时钟采样的起始标志,结合8B/10B的链路编码方案,实现位同步时钟恢复与数据帧提取,且检测时钟频率10倍于发送时钟频率。数传实验结果表明,系统可实现串行编码数据流以20Mb/s沿220m双绞线电缆的远距离数据传输,误码率可达10-11。     

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。     

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。     

基于软件无线电的双向时间同步系统设计与实现

针对全球导航卫星系统建设成本高，信号易被干扰和欺骗等问题，本文基于Zedboard+AD9361软件定义无线电平台设计出一套小型化、高精度的无线时间同步系统．整个系统分为双向时间同步模块和无线通信模块：双向时间同步模块处理主从机时间戳的标定、偏差的计算；无线通信模块将数据进行伪码扩频、数字上变频、部分匹配滤波-快速傅里叶变换捕获，实现主从机之间的无线通信．通过主从机输出到示波器上的1PPS信号比对测试，主从机之间的时间同步误差均方根值（RMS）为18.6ns.     

分布式实时系统的集中式相对时钟同步方法

提出了集中式相对时钟同步方法,采用客户机/服务器模式,使用服务器的CPU时钟作为整个系统的全局时钟,时钟服务器周期性地轮换向各客户机发送时钟同步请求,克服了以往同步算法由于网络竞争引起附加延迟而造成的不精确的缺点,同时可以获得比物理时钟更高精度的时钟同步.测试结果表明:时钟同步进程周期在10 s以内时,同步后客户机的时间与服务器同步源的时间的偏离值一般在±5 μs以内.集中式相对时钟同步方法具有精度高、安全可靠、成本低三大优点.     

GPS时钟同步系统在变电站自动化系统中的应用

近年来,科技与信息产业的迅速发展有效促进了变电站综合自动化水平的显著提高。计算监控系统、测控装置、微机保护装置、故障录波器以及变电站内其他相关设备的应用与配合均需要变电站为其提供精确统一的时间。因此,变电站电力系统的运行与控制需要有一套精确的时间同步系统。该文引入GPS时钟同步系统,通过对时钟同步系统的概念及其在变电站自动化系统中的常用结构模式进行了分析,在结合其相关对时方式的基础上,对GPS时钟同步系统在变电站自动化系统中的实现与应用展开了深入研究。     

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。     

RS-485总线的高速串行远距离数据传输

为实现工业参数的高速远距离长线传输,应用FPGA技术,设计并实现了一种基于RS-485总线的高速串行数据传输方法。分析RS-485数据传输的影响因素,阐述系统总体结构,由时钟脉冲传输测试确定了外围接口。利用串行信号的跳变沿作为高速时钟采样检测的起点以实现位同步,采用8B/10B的链路编码方案,支持高速时钟恢复和数据帧同步,并以双绞线作为传输介质进行了数据传输实验。结果表明:系统在20Mb/s传输速率下实现了串行编码数据流沿220m双绞线电缆的高速远距离数据传输,误码率可达10-11,为现场原始数据监测提供了高效的传输方法。     

基于环状拓扑的网络时钟同步

时钟同步是很多网络应用的基本要求。本文研究并设计实现了基于环状拓扑的分布式多主机时钟同步系统。系统使用面向单向延迟测量的Altair&Vega（A&V）方法支持两主机间的时间同步，利用特有的环状拓扑上的累积误差提高系统的精度。文中详细介绍了动态环状逻辑拓扑的控制方案和高精度的相对时钟偏移修正方案，并对测试结果进行了详细的分析，通积累误差得到毫秒级的同步结果。     

RS-485总线的高速串行远距离数据传输方法

为实现工业参数的高速远距离长线传输,应用FPGA技术,设计并实现了一种基于RS-485总线的高速串行数据传输方法。分析RS-485数据传输的影响因素,阐述系统总体结构,由时钟脉冲传输测试确定了外围接口。利用串行信号的跳变沿作为高速时钟采样检测的起点以实现位同步,采用8B/10B的链路编码方案,支持高速时钟恢复和数据帧同步,并以双绞线作为传输介质进行了数据传输实验。结果表明:系统在20Mb/s传输速率下实现了串行编码数据流沿220m双绞线电缆的高速远距离数据传输,误码率可达10-11,为现场原始数据监测提供了高效的传输方法。     

浅层地震勘探中的无线同步装置研究

为更好地解决浅层地震勘探信号采集的时间同步问题,提出一种基于无线网络的浅层地震勘探数据采集系统.设计并完善基于应变式压力传感器的检波装置,以AT89 C51单片机作为主控制器(MCU:MicroController Unit),采用低功耗、高分辨率的16位Σ-A型模数转换芯片AD7705实现数据采集,选用nRF24L01组建无线网络,给出电源模块和稳压电路以实现准确灵活供电.通过确定数据采集系统不同传输距离的实际时间差值,利用地震仪进行时间补偿,从而实现数据采集同步.测试结果表明:系统在测试期间功耗为2 500 mW,无线传输最远距离为94m,延迟时间最短为1.87 ×10-6s.解决了勘探环境恶劣时的复杂布线和同步问题,实现了浅层地震勘探的低功耗、便携式的同步功能.