一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统技术方案

本发明专利技术提供了一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，该系统包括时钟同步算法和智能体设备。智能体设备是时钟同步算法的载体，时钟同步算法运行于智能体设备中。时钟同步算法包括：相对斜率估计算法、斜率补偿算法、相位补偿算法、时延补偿算法、虚拟时钟产生算法；智能体设备包括：数据收发模块、收发时间戳标记模块、内核控制模块、算法计算模块、同步授时模块。本发明专利技术很好地压制了传输时延对时钟同步精度的影响，实现了多个智能体设备之间的时钟同步，具有同步精度高、误差不累积、计算量小、设备之间程序耦合度低等优点，采用同步秒脉冲和同步虚拟时间同时输出的方式提供授时服务，使得本套系统实用性很强，应用服务范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统所属领域本专利技术属于时钟同步
，具体涉及一种无线传感网中智能体设备之间的无误差累积的时钟同步系统。
技术介绍
无线传感网是一种典型的分布式网络系统，是具有交叉学科性质的军民两用的战略高技术。它广泛应用于国防军事、环境监测、电力系统调度、交通管理和灾害预测等领域，具有巨大的应用潜力和发展空间。对于无线传感网的众多基本功能，如事件时序判断、目标定位、数据融合、网络协同休眠等，都需要在全局公共时钟下完成。公共时钟的同步精度越高，网络的整体性能就越好。所以时钟同步是该类网络的一项基本支撑技术，甚至是众多实际应用与关键技术实施的先决条件。时钟同步就是通过设计相应的协议和同步算法，对智能体设备的本地时钟进行校准，以使网络中所有设备都拥有一个全局的公共时钟。早在无线传感网出现之前，时钟同步问题就已被广泛研究，其中经典的解决方案有GPS授时法和基于IEEE1588协议的授时法。GPS授时法虽然具有同步精度高，覆盖范围广等优点，但它易受外界环境的影响而导致失锁。当GPS失锁后，同步精度只有毫秒级甚至更差，这显然不能满足无线传感网对时钟同步精度的要求。再就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：包括时钟同步算法和智能体设备，所述智能体设备是所述时钟同步算法运行的载体，所述时钟同步算法运行于所述智能体设备中。所述时钟同步算法包括：相对斜率估计算法，根据数据包的时间戳计算智能体设备本地时钟之间的相对斜率量，并对其进行低通滤波处理；斜率补偿算法，计算所述智能体设备的本地时钟所需的斜率补偿量；相位补偿算法，计算所述智能体设备的虚拟时钟所需的相位补偿量；时延补偿算法，根据反馈的所述相位补偿量斜率信息计算时延补偿量；虚拟时钟产生算法，把所述智能体设备的本地时钟转换成虚拟时钟。所述智能体设备包括：数据收发模块，该模块是发送和接收数据包...

【技术特征摘要】
1.一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：包括时钟同步算法和智能体设备，所述智能体设备是所述时钟同步算法运行的载体，所述时钟同步算法运行于所述智能体设备中。所述时钟同步算法包括：相对斜率估计算法，根据数据包的时间戳计算智能体设备本地时钟之间的相对斜率量，并对其进行低通滤波处理；斜率补偿算法，计算所述智能体设备的本地时钟所需的斜率补偿量；相位补偿算法，计算所述智能体设备的虚拟时钟所需的相位补偿量；时延补偿算法，根据反馈的所述相位补偿量斜率信息计算时延补偿量；虚拟时钟产生算法，把所述智能体设备的本地时钟转换成虚拟时钟。所述智能体设备包括：数据收发模块，该模块是发送和接收数据包的执行机构，所述智能体设备之间通过这一模块建立通信连接；收发时间戳标记模块，标记所述数据收发模块发送和接收数据包时所对应的本地时钟；内核控制模块，控制数据收发模块的发送和接收，协同所述收发时间戳标记模块完成接收时间戳的标记，解析接收的数据包并完成数据的处理；算法计算模块，在所述智能体设备的硬件芯片中，编程计算所述时钟同步算法的各中间变量，这个模块与时钟同步算法对应；同步授时模块，计算和预测每次系统时钟上升沿到来时的虚拟时钟，并根据得到的虚拟时钟产生同步秒脉冲和同步虚拟时间，以完成同步授时。2.根据权利要求1所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时钟同步算法中的相对斜率估计算法具体为：智能体设备以伪周期形式广播自己的数据包，以智能体设备j和智能体设备i为例，当智能体设备j接收到邻居智能体设备i发送的数据包后，按照如下公式计算智能体设备j的相对斜率量1)如果及τj(lid)-τj(0id)-gji＞0，2)其它情况其中gji及hj是可人为取值的正常量，gji≥Mjiαj(Mji表示智能体设备i发送数据包到智能体设备j的传输时延的上确界，αj表示智能体设备j的本地时钟的斜率)，hj＞0，l表示智能体设备i所发数据包的序号，τi(li)和τi(0i)分别表示智能体设备i第l次和初次发送数据包时所标记的发送时间戳，τj(lid)和τj(0id)分别表示智能体设备j接收到智能体设备i发送的第l次和初次数据包时所记录的接收时间戳。为降低测量噪声的影响，当智能体设备j在计算得到相对斜率量之后，按如下公式对其进行低通滤波处理，其中增益ρe为常数，ρe∈(0，1)，ηij(l)为相对斜率低通滤波后的量，ηij(0)＝1。3.根据权利要求2所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述数据包包括斜率补偿量、相位补偿量和发送时间戳。所述智能体设备一次发送数据包的内容包括上述三个量，或者从上述三个量中选取一部分量。4.根据权利要求1所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时钟同步算法中的斜率补偿算法具体为：当智能体设备j对相对斜率量完成低通滤波处理后，按照如下公式计算斜率补偿量其中增益ρα为常数，ρα∈(0，1)，k为智能体设备j数据更新的次数，k≥l。对于所述智能体设备j，在所述斜率补偿算法，所述相位补偿算法和所述时延补偿算法中，计数器k均一样。5.根据权利要求1所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时钟同步算法中的相位补偿算法具体为：当智能体设备j接收到智能体设备i发送的数据包后，按照如下公式计算相位补偿量其中增益ρβ为常数，6.根据权利要求1所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时钟同步算法中的时延补偿算法具体为：智能体设备j根据第k次和(k-1)次的相位补偿量的差值反馈计算时延补偿量Dj(k)。计算公式如下，其中δ是一个正常数，表示无线传感网中斜率补偿量的最大值)，Dj(0)＝0。7.根据权利要求6所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时钟同步算法中的时延补偿算法还包括如下的变换形式：8.根据权利要求1、6或7所述的一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，其特征在于：所述时延补偿算法包括所有根据相位补偿量的斜率信息来反馈计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玉平，淳少恒，王博，陈干，宗思恒，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32