分布式測試系統(tǒng)時鐘網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與同步算法研究.pdf

1、基于網(wǎng)絡(luò)化的分布式測試是一項十分復(fù)雜、困難的任務(wù)，與獨立測試系統(tǒng)不同，在網(wǎng)絡(luò)化分布式測試系統(tǒng)中，各節(jié)點需要相互協(xié)作完成相應(yīng)的測試任務(wù)。因此，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點需要一個統(tǒng)一的時鐘進(jìn)行調(diào)度，需要對各節(jié)點進(jìn)行時鐘同步。時鐘同步精度可以通過兩種途徑進(jìn)行提高：一是通過硬件輔助方法，該方法能夠顯著提高時鐘同步精度，但需要增加硬件成本與系統(tǒng)功耗；二是通過軟件算法來提高時鐘同步精度，該方法非常適合于基于無線的分布式測試系統(tǒng)，這也是本文的研究重點。結(jié)合攻讀

2、博士學(xué)位期間所參與的研究項目，著眼于能量有限的無線分布式測試系統(tǒng)的時鐘同步，對PTP(Precise Time Protocol)時鐘同步中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。論文的主要研究工作如下：
　　1．PTP時鐘同步系統(tǒng)行為模型的建立。在PTP時鐘同步協(xié)議的基礎(chǔ)上，建立了基于OMNeT++的PTP時鐘同步行為模型。在基于PTP協(xié)議主從節(jié)點間的時鐘同步模型基礎(chǔ)上，建立主從節(jié)點時鐘同步的數(shù)學(xué)模型，并分析了影響時鐘同步精度的幾個重要因素，為

3、時鐘同步算法的研究提供了仿真平臺。
　　2．時鐘同步中的主時鐘選擇研究。分布式測試與控制系統(tǒng)在時鐘同步初始化的過程中，需要確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的時鐘狀態(tài)，并選擇其中一個精度最高的節(jié)點時鐘作為主時鐘；另一方面，在同步過程中，由于時鐘本身或者外界因素導(dǎo)致主時鐘失效，需要重新選擇當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點作為主時鐘。由于主時鐘的特性與整個網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步精度是息息相關(guān)的，因此最優(yōu)主時鐘的選擇對時鐘同步的研究是非常有必要的。本文主要對時鐘同步過程中，

4、主時鐘失效對后續(xù)時鐘同步的影響進(jìn)行了研究，提出了基于時鐘群的方法來解決主時鐘重新選擇的問題。仿真實驗結(jié)果表明，在主時鐘失效的情況下，通過本文提出的時鐘選擇方法能夠有效地降低對后續(xù)時鐘同步精度的影響。
　　3．基于卡爾曼濾波器的 PTP時鐘同步研究。在 PTP時鐘同步協(xié)議中，主從節(jié)點之間是通過 PTP消息包對時間偏差進(jìn)行測量，從而實現(xiàn)時鐘同步。然而，任何測量都會受到噪聲的影響，本文在對時鐘偏差產(chǎn)生機(jī)理的分析基礎(chǔ)上，建立了時鐘偏差與時

5、鐘漂移的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步建立時鐘同步的狀態(tài)方程以及觀測方程，提出了卡爾曼濾波算法對時鐘偏差與時鐘漂移進(jìn)行估計的方法，通過估計結(jié)果對時鐘進(jìn)行補償，同時對時鐘模型進(jìn)行修正。另一方面，考慮到環(huán)境變化對時鐘漂移的影響，本文又提出了一種基于二階卡爾曼濾波器的時鐘同步算法，通過自適應(yīng)模型選擇方法，可以在同步過程中在線地對時鐘模型進(jìn)行識別，選擇最優(yōu)的時鐘同步算法。
　　4．基于線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PTP時鐘同步研究。對于主節(jié)點與從節(jié)點之間通信鏈路中