无线微震传感器网络高精度时间同步技术研究

时间同步技术作为无线微震传感器网络的核心技术之一,是网络协调运行的关键。首先研究了无线传感器网络时间同步原理及影响同步精度的因素;其次研究了经典无线时间同步协的实现方法;然后仿真对比了传感器网络时间同步协议(Timing-sync Protocol for Sensor Networks,TPSN)和泛洪式时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol,FTSP)的同步精度;再针对FTSP协议的不足提出一种改进的G-FTSP协议,能有效提高无线传感器网络时间同步精度;最后估算由时间同步误差造成的微震震源定位误差,验证G-FTSP协议满足实际生产需求。

面向结构健康监测的改进FTSP算法设计

针对无线传感器网络桥梁结构健康监测同步精度低的问题,采用迭代加权最小二乘法估计及补偿时钟漂移,设计了一种基于帧首定界符(SFD)硬件捕获机制的改进泛洪时间同步算法(FTSP),并与经典FTSP算法进行对比研究。根据桥梁结构,选用线性链状网络拓扑结构,在CC2530硬件平台上测得单跳网络平均同步误差为3. 148μs,3跳网络平均同步误差为9. 167μs。试验结果表明,改进FTSP算法有效地解决了发送延迟、访问延迟、接收延迟,以及异常数据对时间同步精度及稳定性影响的问题,是一种满足桥梁结构健康监测应用的高精度、高稳定性时间同步算法。

ZigBee无线传感器网络时钟同步研究

针对ZigBee网络的特点,引入连通支配集的方法对FTSP(flooding time synchronization protocol)多跳同步算法进行改进,在主节点中构建一个最小支配节点集,以减少时钟同步的通信开销．

无线传感器网络时间同步算法研究

在洪泛时间同步协议的基础上,提出一种层次时间同步协议。该协议采用层次结构机制收集统计网络中每个节点的子节点数,消除叶子节点广播信息数据包的环节。仿真实验结果表明,该协议可以取得与洪泛时间同步协议一样的精确度,且能量消耗仅为洪泛时间同步协议的74%。

具有容错性的时间同步协议算法

在无线传感器网络的许多时间同步协议中,算法的精确性、高效性以及简洁性总被优先考虑。此外,容错性时间同步协议也逐渐受到越来越多的关注,鉴于经典算法浮动时间同步协议(FTSP)较为全面地考虑了时间同步的能耗、同步精度、可扩展性等要求,提出了一种基于FTSP具有容错性的时间同步协议,算法通过对历史所测的有限个时钟漂移率进行加权平均计算新的漂移率,其中算法的加权系数根据历史测量值的方差动态确定。通过Matalab对新算法的时钟漂移率和在接收到错误信息情况下漂移率的变化进行仿真分析,结果表明:改进后的算法具有较强的容错性。

基于编码的洪泛时间同步协议的研究

针对同步信标帧在无线信道中传输时,因错包而影响时间同步精度和生存时间的问题,设计了3种采用不同编码方案的洪泛时间同步协议(FTSP),通过对同步信标帧进行纠错编码,提高包含同步信息数据包的传输可靠性。测试中采用重复码、卷积码以及重复卷积码的FTSP的同步信标帧错误率分别为2.5%、1.3%和1%,与传统FTSP协议6.2%的错包率相比分别降低了59.68%、79.03%、83.87%。测试结果表明,基于编码的FTSP,能够增加同步信息传输的可靠性,进而可在一定程度上提高时间同步精度,延长同步的生存时间。