多跳无线传感器网络下基于KF优化的PTP协议-智能系统学报.PDFVIP

第９卷第２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 智　 能　 系　 统　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．９ №．２ ２０１４年４月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ａｐｒ． ２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３１００２５ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｏｉ／ １０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３１００２５．ｈｔｍｌ 多跳无线传感器网络下基于ＫＦ优化的ＰＴＰ 协议 杨玉景，黄艺文，李太华，代学武 （西南大学 电子信息工程学院，重庆４００７１５） 摘　 要：保持各节点时间上的同步在分布式系统中具有十分关键的地位，是保证各节点间协同工作，处理数据正确 和传输可靠的前提。 无线传感器网络的时间同步，由于获取精确时钟戳难度大、传输延迟抖动明显等问题，导致精 度不够。 针对无线传感器网络低功耗的特点及对时钟同步算法精度的要求，提出了一种基于卡尔曼滤波器优化的 ＩＥＥＥ １５８８ＰＴＰ 时间同步方法，研究了无线网络中ＰＴＰ 的性能与时间戳精度之间的关系，在单跳同步实验基础上，将 同步网络拓展到多跳，以验证不同协议模式下的多跳同步性能。 仿真结果表明，针对不同时钟标记的不确定性，基 于卡尔曼滤波器优化的ＰＴＰ协议能够较好地滤除同步噪声，抑制同步误差的传递，在保持同步精度的前提下适用于 更大规模的无线传感器网络。 关键词：无线传感器网络；ＰＴＰ协议；卡尔曼滤波器；多跳；时间同步；同步噪声 中图分类号：ＴＰ３９３　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１４）０２⁃０１７４⁃０６ 中文引用格式：杨玉景，黄艺文，李太华，等． 多跳无线传感器网络下基于ＫＦ优化的ＰＴＰ协议［Ｊ］． 智能系统学报，２０１４，９（２）：１７４⁃１７９． 英文引用格式：ＹＡＮＧＹｕｊｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＹｉｗｅｎ，ＬＩ Ｔａｉｈｕａ，ｔｅａｌ． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅｐｒｏｔｏｃｏｌ （ＰＴＰ）ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆ Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｈｏｐ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１４，９（２）：１７４⁃１７９． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｉｍｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ （ＰＴＰ） ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｈｏｐ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ＹＡＮＧ Ｙｕｊｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｙｉｗｅｎ，ＬＩ Ｔａｉｈｕａ，ＤＡＩ Ｘｕｅｗｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｐｌａｙｓａｃｅｎｔｒａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｖｉｔａｌｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｉｍｅｓｙｎ⁃ ｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｗｏｒｋ ｂｅｔｗｅｅｎ ｎｏｄｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｄａｔａ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ，ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｌｉａｂｌｙ． Ｔｈｅ ｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅｓ ｉｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｏｂｖｉｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｌａｙ ｊｉｔｔｅｒｓ， ｌｏｗ ｔｉｍｅｓｔａｍｐ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｅｔｃ． Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎ ＩＥＥＥ １５８８ ＰＴＰ ｓｏｌｕｔｉ