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基于卡尔曼滤波的Ad Hoc网络节点间时间同步算法研究

2021-01-15孙力邹德财韩涛

时间频率学报 2020年4期
关键词:卡尔曼滤波

孙力,邹德财,韩涛

基于卡尔曼滤波的Ad Hoc网络节点间时间同步算法研究

孙力1,2,3,邹德财1,2,4,韩涛5

(1. 中国科学院 国家授时中心,西安 710600;2. 中国科学院 精密导航定位与定时技术重点实验室,西安 710600;3. 中国科学院大学,北京 100049;4. 中国科学院大学 天文与空间科学学院,北京 101048;5.西安理工大学 理学院,西安 713300)

本文建立了Ad Hoc网络节点的时钟模型,设计了适用于网络节点时钟模型的Kalman滤波算法,利用时差噪声的分形特征估计Kalman滤波的协方差矩阵,并对时钟噪声序列特征进行分析。仿真结果表明,该算法不仅提高了滤波算法效率,同时能明显降低网络节点间的时钟偏差,实现了Ad Hoc网络节点间的高精度时间同步,同步精度优于25ns。

Ad Hoc;网络节点;分形特性;Kalman滤波

0 引言

近年来,无线通信技术取得了快速发展,传统的无线移动通信网络已不能满足某些特殊场合,如军事、救灾抢险等对自主定位的需求。在这一背景下,Ad Hoc网络[1]应运而生,在网络部署方面比较灵活,可以在一些没有通信基础设施的地区自由组网。Ad Hoc网络所有节点都可以随意进入或退出,各节点之间的地位和功能是平等的[2]。但由于缺少标准时钟为网络中的节点提供时间参考,各个网络节点时钟不同步,其时间差异很有可能导致整个网络架构不能正常运行,自主定位功能无法实现。因此,网络节点间的时间同步是整个网络系统有效运行的重要保证。

Ad Hoc网络架构如图1所示。Ad Hoc网络不依赖基础网络设施的建立,避免了基础设施网络的故障影响到整个网络系统通信的问题,它是一个没有中心的网络节点,所有的网络节点都是平等的,没有优先级之分。……

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