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时间同步作为非对称网络测控系统正常运行的基本前提,特别是针对那些对时间高度敏感的工业无线网络,时间同步是决定其系统稳定性和可靠性的核心技术,其主要决定了网络系统的整体性能、系统中的数据是否有效和无线网络的生命周期,其中IEEE1588精确时钟同步协议(IEEE1588 Precision Clock Synchronization)是基于同步时间信息包交换技术提出的,简称PTP(Precision Timing Protocol),大多数情况下都是在有线网络中应用该协议,因为PTP应用的前提是假设主从时钟传输过程中正反链路对称,其同步精度受到传输延迟抖动的对称性和传输过程中时间戳的准确性的影响,相比于网络时间协议NTP、简单网络协议SNTP和全球定位系统GPS等常用的网络同步技术,其时间同步精度和可靠性都得到了很大的提高,然而无线传感器网络在数据传输时,由于正反链路不对称、外界环境因素和自身无线信道衰弱等原因,传输延迟抖动并不对称,这样就难以满足应用PTP的前提条件。本研究首先分析了无线传感器网络中同步误差产生的原因,然后对网络系统进行数学建模,通过状态空间来描述这个动态系统,时间是该系统的状态变量,分别得到状态空间模型的晶振时钟的状态转移方程和PTP同步协议的观测方程,采用卡尔曼滤波器对时间同步过程进行优化,实现在无线传感器网络中应用PTP以达到高精度的时间同步。论文的主要贡献如下:(1)分析IEEE1588精确时间同步协议(PTP)同步过程和在无线传感器网络中应用PTP影响其性能的因素。(2)通过对无线传感器网络中的时钟节点进行分析建模,进而得到非对称网络中IEEE1588精确时间同步协议同步过程的数学模型,并对卡尔曼滤波器时间同步优化进行建模。(3)通过MATLAB仿真平台和Ptolemy Ⅱ仿真软件对算法优化过程进行仿真,验证在无线传感器网络中应用卡尔曼滤波器优化下的精确时间同步协议的可行性。