無線局域網(wǎng)中同步機(jī)制的研究.pdf

1、隨著面向流程行業(yè)無線通信標(biāo)準(zhǔn)的成熟應(yīng)用、“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，工業(yè)過程自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)引起了學(xué)界和業(yè)界廣泛的關(guān)注。目前，在工業(yè)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一個(gè)常用的設(shè)計(jì)方案是使用混合“有線-無線”工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)通常使用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，而現(xiàn)有的無線通信技術(shù)，包括三大工業(yè)過程自動(dòng)化無線通信標(biāo)準(zhǔn)，都僅適用于低速的工業(yè)過程自動(dòng)化，無法滿足高速工廠自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和高采樣率要求。所以，在面向高速控制的工廠自動(dòng)化應(yīng)用中，無線通信技

2、術(shù)仍面臨著巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　基于IEEE802.11協(xié)議的無線局域網(wǎng)具有媲美以太網(wǎng)的傳輸速度，且Wi-Fi設(shè)備可以提供高采樣率保證。但是，由于IEEE802.11協(xié)議MAC層發(fā)送時(shí)延具有隨機(jī)性，導(dǎo)致其不具備實(shí)時(shí)操作的能力。本文的研究目的就是在IEEE802.11硬件基礎(chǔ)上，完成基于TDMA機(jī)制的MAC層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，保證MAC層確定性發(fā)送時(shí)延，并提出新的時(shí)鐘同步算法，實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)中Station時(shí)鐘和AP時(shí)鐘對(duì)齊，保證TDMA時(shí)

3、隙調(diào)度的準(zhǔn)確性，從而滿足高速工廠自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。
　　為了達(dá)到本文的研究目的，本文在充分分析國內(nèi)外關(guān)于無線局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和時(shí)鐘同步技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，主要完成如下工作:
　　(1)本文在TDMA機(jī)制的MAC層中添加了同步模塊，該模塊保證了無線局域網(wǎng)中各Station時(shí)鐘與AP時(shí)鐘對(duì)齊，給TDMA時(shí)隙調(diào)度提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息。
　　(2)針對(duì)無線局域網(wǎng)中TSF模式同步精度低的問題，提出基于改進(jìn)局部加權(quán)線性

4、回歸的時(shí)鐘同步算法（CS-ILWLR算法），該算法的特點(diǎn)是通過減少矩陣運(yùn)算等措施，減少了時(shí)鐘調(diào)節(jié)耗時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CS-ILWLR算法的同步精度比TSF模式高，可以將同步誤差降低到27μs。
　　(3)本文提出了一種兩階段時(shí)鐘同步算法（TSCSA算法），即樣本數(shù)據(jù)采集階段同步和最小二乘法線性回歸同步。TSCSA算法在運(yùn)行過程中，動(dòng)態(tài)更新樣本數(shù)據(jù)，選取最新的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算。在實(shí)時(shí)Wi-Fi平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明TSCSA