本文關鍵詞：時間同步技術(shù)在無線傳感網(wǎng)中的應用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：傳感技術(shù)獲取信息靠傳感器,當許多傳感器協(xié)同組成一個網(wǎng)絡系統(tǒng)進行信息檢測時,這些傳感器就形成一個無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)。WSN的應用研究在軍事方面、環(huán)境方面、醫(yī)療方面、家庭方面、工業(yè)方面等都有涉及,但WSN的研究面臨著許多挑戰(zhàn),包括網(wǎng)絡技術(shù)、信號處理技術(shù)以及分布式算法等。WSN不同應用對傳感器節(jié)點的時序要求各不相同。有的系統(tǒng)對時序精度要求較高,希望能夠保證各個節(jié)點間時序同步,才能協(xié)作完成對復雜的物理環(huán)境的準確感知、信息采集或目標監(jiān)測任務。這些對時序有較高要求的網(wǎng)絡,使得時問同步技術(shù)在WSN通信中成為關鍵。有線網(wǎng)絡的時間同步技術(shù)已經(jīng)得到很多關注,但這些技術(shù)并不適用于WSN。文章詳細介紹3種WSN時間同步技術(shù)同步原理和目前現(xiàn)有的已經(jīng)成熟的同步算法機制,為文章研究WSN多跳時間同步技術(shù)奠定良好的基礎。研究生期間做如下工作：(1)重點研讀接收端-接收端時間同步機制。掌握其代表算法RBS同步算法,并進一步深入研究RBS多跳區(qū)域同步狀況,發(fā)現(xiàn)RBS多跳算法,發(fā)射端只能作為第三方節(jié)點,不能和接收節(jié)點同步；另外,RBS算法運算過程開銷比較大。(2)針對RBS多跳情況下存在問題,提出RBRS算法(References Broadcast Ring Synchronization, RBRS)該算法建立環(huán)形物理網(wǎng)絡拓撲,采用廣播分組和最小平方線性回歸的方法實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的時間同步。并使用matlab軟件進行仿真,實驗結(jié)果表明RBRS算法和RBS多跳算法相比同步開銷顯著減少并且發(fā)送方能實現(xiàn)和接收方同步。(3) RBRS算法雖然存在一定的優(yōu)勢,但在同步精度方面沒有太大的提高。因此,提出IRBRS (Improved References Broadcast Ring Synchronization, IRBRS)算法。其加入可變周期同步法和最小二乘線性回歸法實現(xiàn)中小型網(wǎng)絡多跳時間同步。仿真沿用RBRS算法仿真環(huán)境,實驗結(jié)果顯示,IRBRS算法同步開銷又一次降低,能量消耗降低,同時同步精度顯著提高。(4)網(wǎng)絡系統(tǒng)硬件設計的過程中,首先搭建網(wǎng)絡硬件模型,著重對網(wǎng)絡節(jié)點進行設計。根據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)的要求,選用TMS320F2812作為節(jié)點的主控制芯片和nRF24L01為無線收發(fā)模塊芯片,以及對F2812最小系統(tǒng)進行設計,制作網(wǎng)絡節(jié)點。在網(wǎng)絡系統(tǒng)中,賦予網(wǎng)絡節(jié)點身份,進行單區(qū)域中網(wǎng)絡節(jié)點的信標分組的發(fā)送和接收調(diào)試。結(jié)果表明,IRBRS算法對網(wǎng)絡節(jié)點時鐘的矯正精度相較于RBRS算法和RBS算法要高,和理論分析結(jié)果、仿真結(jié)果一致,取得較好的效果。在軟件設計方面,設計F2812控制流程以及節(jié)點間的發(fā)送和接收流程。在系統(tǒng)軟硬件的基礎之上對系統(tǒng)進行調(diào)試和檢測。由于條件和時間的限制,基于多跳RBS時間同步算法的研究,只進行到這一步,網(wǎng)絡多變的拓撲結(jié)構(gòu),有限的節(jié)點能量和存儲資源等問題今后可進一步考慮和探究。
【關鍵詞】：WSN 多跳 時間同步算法 誤差開銷分析 網(wǎng)絡節(jié)點
【學位授予單位】：安徽工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及現(xiàn)狀13-16
• 1.1.1 課題研究背景13-15
• 1.1.2 課題研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2 課題研究目的和意義16-19
• 1.2.1 課題研究目的16-17
• 1.2.2 課題研究意義17-19
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容19-21
• 第2章 WSN時間同步算法簡介21-26
• 2.1 引言21
• 2.2 WSN時間同步技術(shù)分類21-23
• 2.2.1 單向信息交換21-22
• 2.2.2 雙向信息交換22
• 2.2.3 接收端-接收端同步22-23
• 2.3 WSN時間同步算法機制23-25
• 2.3.1 基于樹的輕量級同步23
• 2.3.2 基于發(fā)射端-接收端同步23
• 2.3.3 洪泛時間同步協(xié)議23-24
• 2.3.4 時間擴散同步協(xié)議24
• 2.3.5 Mini-Sync和Tiny-Sync同步24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 WSN多跳時間算法的研究26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 RBS多跳時間同步算法26-28
• 3.2.1 多跳同步過程26-27
• 3.2.2 RBS多跳算法的評析27-28
• 3.3 RBRS算法實現(xiàn)28-30
• 3.3.1 區(qū)域劃分階段28-29
• 3.3.2 同步階段29-30
• 3.4 RBRS算法性能分析30-31
• 3.4.1 誤差分析30-31
• 3.4.2 同步開銷分析31
• 3.5 仿真結(jié)果分析31-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第4章 WSN多跳優(yōu)化算法的研究35-44
• 4.1 引言35
• 4.2 RBRS算法評析35-36
• 4.3 IRBRS同步算法36-40
• 4.3.1 可變同步周期法36-39
• 4.3.2 相位偏差估計法39-40
• 4.4 算法仿真驗證40-42
• 4.5 本章小結(jié)42-44
• 第5章 WSN時間同步優(yōu)化算法的軟硬件設計44-64
• 5.1 系統(tǒng)總體設計44-45
• 5.2 系統(tǒng)組成功能45-46
• 5.3 網(wǎng)絡節(jié)點硬件設計46-53
• 5.3.1 網(wǎng)絡節(jié)點處理器46-48
• 5.3.2 晶振電路設計48
• 5.3.3 存儲器FLASH電路設計48-49
• 5.3.4 JTAG接口電路設計49-50
• 5.3.5 電源電路設計50
• 5.3.6 顯示電路設計50-51
• 5.3.7 串口電路設計51-52
• 5.3.8 無線收發(fā)模塊設計52-53
• 5.4 系統(tǒng)控制設計53-59
• 5.4.1 F2812控制實現(xiàn)53-56
• 5.4.2 節(jié)點間發(fā)送和接收流程56-59
• 5.5 系統(tǒng)硬件調(diào)試59-62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻66-71
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄71-72
• 攻讀學位期間取得的科研成果目錄72-73
• 攻讀學位期間獲得的獎勵目錄73-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王玉秀;黃劍;石欣;王小剛;;基于分簇的低功耗多跳無線傳感器網(wǎng)絡層次時間同步算法[J];計算機應用;2013年02期

  本文關鍵詞：時間同步技術(shù)在無線傳感網(wǎng)中的應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：291360