基于IEEE 1588的分布式无线网络时钟同步技术研究

摘要

分布式网络解决了测试系统因地理位置局限而产生的问题。时钟的同步对于分布式网络中测试及数据的集中管理起到了至关重要的作用。本文通过分析几种典型的无线网络时钟同步协议，给出了分布式无线网络系统中考核时钟同步的性能指标，展开了IEEE1588精确时钟同步协议在分布式无线网络时钟同步的研究。 对IEEE1588协议能否在分布式无线网络中使用进行了理论性的分析，选用OPNET仿真平台，搭建了基于WLAN的分布式无线网络，通过IEEE1588协议完成主从节点对时。采用基于卡尔曼滤波器的滤波方法设计了适用于分布式无线网络系统的时钟偏移估计和修正模型，并验证了该算法的有效性。经过优化后，IEEE1588协议在分布式无线网络中的同步对时精度得到了提升。 最后，选取STM32F407作为嵌入式平台核心板搭配ATK-RM04WIFI模块搭建了小型分布式无线网络系统，对IEEE1588协议及基于卡尔曼滤波器的时钟偏移及修正算法进行了测试实验。结果表明，经过卡尔曼滤波算法的处理，IEEE1588协议在分布式无线网络中进行时钟同步所达到的同步精度，完全满足大多数分布式无线网络系统的需求。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 分布式无线网络

1.1.2 分布式无线网络时钟同步

1.2 IEEE 1588协议在分布式无线网络中研究现状

1.2.1 硬件系统架构研究现状

1.2.2 协议算法改进研究现状

1.3 本文主要工作

1.3.1研究内容

1.3.2 论文结构安排

2 IEEE 1588协议时钟同步总体设计

2.1 无线网络时钟同步技术分析

2.1.1 典型无线网络时钟同步协议

2.1.2 无线网络时钟同步协议性能指标分析

2.2 IEEE 1588时钟同步过程描述

2.3 IEEE 1588协议在分布式无线网络中实现可行性分析

2.4 IEEE 1588协议在WLAN网络中实现方案

2.4.1 系统实现模型

2.4.2 时钟偏移量采集系统

2.5 本章总结

3 基于OPNET的IEEE 1588协议设计与实现

3.1 OPNET仿真器需求分析与仿真系统框架

3.1.1 仿真器需求分析

3.1.2 构建系统仿真模型

3.2 IEEE 1588协议在WLAN网络中仿真

3.2.1 IEEE1588协议进程域实现

3.2.2 主从节点节点域实现

3.2.3 WLAN网络建模实现

3.3 仿真结果及优化分析

3.4 本章总结

4 时钟相位偏移及频率漂移估算建模

4.1 IEEE 1588时钟理论建模

4.2 时钟偏差建模

4.3 真实情况建模

4.4 基于卡尔曼滤波器算法的时钟偏差估计建模

4.5 仿真验证及结果分析

4.6 本章总结

5 分布式无线时钟同步硬件平台搭建与实现

5.1 实验环境及实验方法

5.2 时钟同步主程序流程

5.3 时钟测试偏差分析

5.4 方案改进构思

5.5 本章总结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 下一步工作进展

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢