工业无线网络时间同步关键技术的研究

摘要

时间同步技术是无线传感器网络的一项重要的关键技术，而近年兴起的工业无线技术正是对传感网技术的拓展。目前已有的时间同步协议在实际应用时大多数都需要设计专门的时间同步报文，随着报文数量的增多必然会占用无线带宽，增加网络的通信负担。
　　 本文所提出的FDSS(Follow Data Stream Synchronization)时间同步协议是专门为工业无线网络所设计的，在FDSS中，时间戳将添加在某个选定节点的数据帧以及对其所回复的确认帧中，该选定节点将周期性地与它的上级节点进行通信，同时，在该选定节点和上级节点的公共广播范围内的其它节点将通过侦听并接收它们在通信过程中的数据帧和确认帧来完成同步。在此同步机制中，不需要设计专门的帧用来同步，实现网络中无明显时间同步机制的目标，将网络的通信开销降到最低。本文的主要内容是：
　　 1)对比分析了目前几种经典的时间同步协议，针对工业无线网络的数据流特性，提出了FDSS时间同步协议，依据所提出的节点选择机制选出待添加时间戳的节点，将同步所需的时间戳添加至选定节点在网络中通信时的数据帧和确认帧尾部，实现网络中无明显时间同步机制的目标。
　　 2)将FDSS协议应用到多跳网络，提出在多跳情况下，通过给定的同步对节点选择机制构建不同的虚拟簇来完成全网范围内的同步。
　　 3)根据ISA100.11a网络和WIA-PA网络的数据流特性及确定性调度特性，分别在本实验室自主开发的ISA100.11a网络和WIA-PA网络中实现FDSS时间同步协议。
　　 4)在ISA100.11a网络和WIA-PA网络中进行FDSS协议的同步效果测试，包括报文数量测试和时间同步精度测试结果表明FDSS能够为网络保障时间同步精度满足需求的同时将网络的通信开销降到最低。