面向光纜制造的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速的發(fā)展，使工業(yè)生產(chǎn)越來越智能化、信息化。在傳統(tǒng)光纜制造車間內(nèi)需要大量操作人員，這樣需要消耗大量人力、財力等成本。通過在光纜制造車間內(nèi)布置傳感器節(jié)點使得數(shù)據(jù)采集越來越方便、高效。光纜制造監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、融合、處理等都是建立時間同步的基礎(chǔ)上，因此時間同步是一項重要的技術(shù)支持。由于光纜制造是在室內(nèi)進行的，成熟的GPS無法精確的獲取全球標(biāo)準(zhǔn)時間UTC。將經(jīng)典時間同步算法應(yīng)用在室內(nèi)對傳感器網(wǎng)絡(luò)時間進行同步雖然可行，但經(jīng)典算法

2、隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、誤差積累等問題不適應(yīng)用于環(huán)境復(fù)雜的光纜制造網(wǎng)絡(luò)，因此本文提出移動式線性頻率互異脈沖耦合振蕩器算法。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　介紹光纜制造環(huán)境下使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)支持，進而引出關(guān)鍵的時間同步技術(shù)以及時間同步問題。分析了無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間同步原理和一些經(jīng)典的時間同步算法，由于經(jīng)典時間同步算法存在不足，則提出脈沖耦合振蕩器算法(Pulse coupled oscillator algorith

3、m,PCOs)。
　　通過對PCOs算法進行分析研究，因PCOs算法是非線性且會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，從而提出線性PCOs算法。由于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器晶振頻率不相同且隨時間推移晶振溫度升高造成漂移現(xiàn)象，利用最小二乘法曲線擬合(least-squarescurve fitting，LSCF)能有效解決晶振頻率問題提高同步時間精度。為全方位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提出移動式線性頻率互異PCOs算法。通過Matlab軟件仿真驗證節(jié)點最后能較好地達

4、到同步，同時比較了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)速度v、耦合強度ε、節(jié)點n在相對區(qū)間內(nèi)與同步時間收斂速度成正比。在硬件系統(tǒng)中主要采用嵌入式芯片STM32F051作為控制中心以及CC2530開發(fā)套件作為傳感節(jié)點硬件;在軟件系統(tǒng)中應(yīng)用IAR對程序進行編程設(shè)計。
　　通過驗證，本文設(shè)計的算法能使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時間同步誤差值在[0，10]us區(qū)間內(nèi)，表明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時間能有效達到同步。從而可以得出將移動式線性頻率互異PCOs算法應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中更能有效解決光纜制造中無