无线网络论文提纲

论文题目：基于无线网络的分布式测试系统时钟同步技术研究

摘要：随着无线通信技术的发展,在测试技术中基于无线网络的分布式测试系统应用广泛。保证节点间的时钟同步是测试的基础,无线网络的随机性会导致时钟同步性能下降。针对该问题本文使用PTP协议从四个方面开展分布式无线网络时钟同步技术研究。分析了影响无线网络时钟同步精度的因素,基于PTP协议的同步原理提出了获取时间戳、改善链路不对称性、解决信道竞争和选择网络拓扑等PTP协议应用到无线网络中的关键技术,通过设计无线网络时钟同步仿真模型、时钟噪声建模与同步精度优化和无线网络时钟同步性能实验进行关键技术实现的可行性分析。基于OPNET仿真平台通过进程域、节点域和网络域的建模构建了PTP无线网络模型。分别仿真研究了PTP协议在无线网络中的时钟同步精度、星形和树形网络拓扑结构的时钟同步性能对比、依次对时机制和数据速率对时钟同步影响。针对无线网络中各种不确定噪声影响时钟同步精度的问题,构建了时钟噪声的数学模型,通过无线网络PTP时钟调节方式的建模消除无线网络的不对称性,建立PTP状态空间模型并引入卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行修正,仿真验证了采用卡尔曼滤波算法能显著优化时钟同步性能。提出分布式无线网络测试节点设计思想,选用支持PTP协议的STM32F407作为主控制器,物理层芯片DP83640完成硬件获取时间戳,结合WiFi模块实现各节点数据无线交互;完成软件的总体架构设计、软件流程设计和无线通信功能的软件调试;搭建了四种不同节点数量的测试系统进行时钟同步性能测试,结果表明:降低同步周期、减小网络负载和采用适合的网络拓扑都能提高无线网络节点的时钟同步精度。最终给出无线网络节点构建原则的建议。本文通过上述研究验证了PTP协议在无线分布式测试系统中的可行性与应用优势,实现了基于PTP协议的无线网络高精度时钟同步且精度可达百微秒,满足无线分布式测试的基本需求。

关键词：无线网络;分布式测试;时钟同步;PTP协议;OPNET

学科专业：仪器科学与技术

摘要

Abstract

1.绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 分布式无线网络

1.1.2 时钟同步技术

1.1.3 时钟同步技术面临的主要问题

1.2 分布式无线网络时钟同步技术的研究现状

1.2.1 时钟同步算法研究现状

1.2.2 硬件设计研究现状

1.3 论文主要工作及安排

1.3.1 研究思路

1.3.2 论文的结构安排

2.基于PTP协议的分布式无线网络时钟同步的技术分析

2.1 分布式无线网络对时精度的影响因素

2.2 PTP协议引入无线网络的技术分析

2.2.1 PTP协议的同步原理

2.2.2 PTP协议应用在无线网络中的关键技术

2.3 PTP无线网络时钟同步关键技术实现的可行性分析

2.3.1 无线网络仿真模型设计

2.3.2 时钟噪声建模及优化

2.3.3无线网络时钟同步性能实验

2.4 本章小结

3.基于OPNET的 PTP无线网络模型设计与仿真

3.1 OPNET网络仿真平台

3.1.1 OPNET Modeler模拟仿真流程

3.1.2 OPNET Modeler对无线网络的支持

3.2 基于PTP协议的分布式无线网络建模

3.2.1 节点仿真框架

3.2.2 进程域建模

3.2.3 节点域建模

3.2.4 网络域建模

3.3 无线网络特性对时钟同步影响的仿真结果分析

3.3.1 网络协议对时性能的比较分析

3.3.2 无线网络拓扑对时性能的评价

3.3.3 无线网络对时机制的评价

3.3.4 数据速率对同步精度的影响

3.4 本章小结

4.PTP协议的时钟噪声建模及同步精度优化

4.1 时钟噪声建模

4.1.1 时钟节点偏差建模

4.1.2 时钟节点的状态转移方程建模

4.2 无线网络PTP时钟调节方式建模

4.3 基于卡尔曼滤波优化的PTP状态空间模型

4.4 基于MATLAB的仿真验证及结果分析

4.5 本章小结

5.分布式无线网络时钟同步测试节点的设计与实验

5.1 无线测试节点的硬件设计

5.2 无线测试节点的软件设计

5.2.1 软件总体架构设计

5.2.2 时钟同步主程序流程设计

5.2.3 无线通信功能的软件调试

5.3 时钟同步实验与分析

5.3.1 有线网络与无线网络的同步精度测试对比分析

5.3.2 同步周期对时钟同步精度的影响测试分析

5.3.3 网络负载对时钟同步精度的影响测试分析

5.3.4 网络拓扑结构对同步精度的影响测试分析

5.3.5 节点构建原则的设计与分析

5.4 本章小结

6.总结与展望

6.1 本文总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢