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

1、無線傳感器網(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，但其最大的弱點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較差。無線通信自身固有的隨機性易導(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)點能源浪費，使得網(wǎng)絡(luò)性能低，生命周期縮短。時間同步是解決無線傳感器網(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，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多應(yīng)用和通信協(xié)議要求時間同步為前提，特別是對時間敏感的工業(yè)系統(tǒng)，其通信網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通家

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

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