面向光缆制造的无线传感器网络时间同步研究

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随着物联网技术飞速的发展,使工业生产越来越智能化、信息化。在传统光缆制造车间内需要大量操作人员,这样需要消耗大量人力、财力等成本。通过在光缆制造车间内布置传感器节点使得数据采集越来越方便、高效。光缆制造监测系统中数据采集、融合、处理等都是建立时间同步的基础上,因此时间同步是一项重要的技术支持。由于光缆制造是在室内进行的,成熟的GPS无法精确的获取全球标准时间UTC。将经典时间同步算法应用在室内对传感器网络时间进行同步虽然可行,但经典算法随网络节点增多会增加网络负担、误差积累等问题不适应用于环境复杂的光缆制造网络,因此本文提出移动式线性频率互异脉冲耦合振荡器算法。论文主要研究内容如下:介绍光缆制造环境下使用无线传感器网络现状、关键技术支持,进而引出关键的时间同步技术以及时间同步问题。分析了无线传感网络时间同步原理和一些经典的时间同步算法,由于经典时间同步算法存在不足,则提出脉冲耦合振荡器算法(Pulse coupled oscillator algorithm,PCOs)。通过对PCOs算法进行分析研究,因PCOs算法是非线性且会增加网络负担,从而提出线性PCOs算法。由于在无线传感器网络中各传感器晶振频率不相同且随时间推移晶振温度升高造成漂移现象,利用最小二乘法曲线拟合(least-squares curve fitting,LSCF)能有效解决晶振频率问题提高同步时间精度。为全方位监测网络环境,提出移动式线性频率互异PCOs算法。通过Matlab软件仿真验证节点最后能较好地达到同步,同时比较了网络参数速度v、耦合强度ε、节点n在相对区间内与同步时间收敛速度成正比。在硬件系统中主要采用嵌入式芯片STM32F051作为控制中心以及CC2530开发套件作为传感节点硬件;在软件系统中应用IAR对程序进行编程设计。通过验证,本文设计的算法能使网络节点之间的时间同步误差值在[0,10]us区间内,表明网络节点时间能有效达到同步。从而可以得出将移动式线性频率互异PCOs算法应用到网络中更能有效解决光缆制造中无线传感器网络时间同步问题。
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