基于智能濾波的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)被認為是本世紀(jì)最具有發(fā)展前景的信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，不僅實現(xiàn)了物—物互相連接的信息通信，而且?guī)恿司W(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展趨向。因此，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)具有巨大的科研價值。
　　時間同步技術(shù)為WSN在信息采集、信息交互過程中提供了統(tǒng)一時間基準(zhǔn)，是基于無線通信鏈路上包含時間信息傳輸?shù)囊环N實時通信技術(shù)。由于WSN受到節(jié)點能耗、成本價格、節(jié)點部署密度大等條件限制，已往所提的時間同步技術(shù)已經(jīng)不能在此網(wǎng)絡(luò)中得以兼容。

2、針對WSN時間同步技術(shù)研究，研究者們在基于時間同步模型基礎(chǔ)上提出的同步算法已經(jīng)在同步精度、同步能耗、同步偏差上取得一定的理論研究成果，但是，此類算法在WSN的實際應(yīng)用中具有一定的局限性。本文研究的重點是在ZigBee協(xié)議棧的WSN機制下，實現(xiàn)低功耗傳輸速率基礎(chǔ)上，設(shè)計具有高精度、低能耗、兼容性較高的智能濾波同步算法。
　　首先，在ZigBee通信協(xié)議的WSN中，論文采用基于同步偏差優(yōu)化的濾波技術(shù)方法，依據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲以及網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)

3、，提出了兩種適應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的時間同步算法。在單跳拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，依據(jù)節(jié)點間的通信距離和節(jié)點所持能量的大小，通過在無線通信傳輸鏈路上減少同步信標(biāo)交換數(shù)量方式實現(xiàn)基于Sender-Receiver同步通信的Receiver-only同步算法模式，滿足網(wǎng)絡(luò)的局部同步需求；在多跳拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，節(jié)點依據(jù)鏈路數(shù)據(jù)包的通信方式選擇簇頭，從而形成具有標(biāo)識節(jié)點的簇型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。于是各簇的簇頭節(jié)點在邏輯上按照垂直方向連接，并實施水平方向各簇范圍內(nèi)的

4、簇成員節(jié)點同步算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局同步需求。
　　其次，針對以上提出同步算法所固有的時間偏移，論文采用卡爾曼濾波原理，對同步模型的時間誤差和信道的噪聲干擾均采用濾波理論進行修正，通過線性化同步偏差以動態(tài)跟蹤時鐘偏移方法，可大大減少同步誤差，滿足高精度的同步要求。論文的仿真實驗是在MATLAB平臺上進行的測試，濾波原理分別在同步偏差、同步能耗、同步精度三方面進行仿真。實驗結(jié)果表現(xiàn)出較好的同步性能，實現(xiàn)算法的多應(yīng)用型設(shè)計。