ethercat数据采集系统中无线传感器节点时钟同步技术研究

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1、摘要EtherCAT(EthemetControllerTechnology)数据采集系统因其较高的时钟同步精度，在工业控制、数据采集、系统测试等领域得到了广泛的应用。但在一些特殊应用中，EtherCAT从站难以有线连接到系统中，如果考虑采用无线传感器采集数据，则原先的分布式时钟机制(DC)难以应用。分布式针对此问题，结合实验室科研项目，我们提出了一种以EtherCAT从站为时钟参考节点，实现无线传感器网络与EtherCAT从站时钟同步的方案，该方案通过在EtherCAT从站上安装一个无线数据采集卡来进行无线数据采集，并实现EtherCAT系统与无线

2、传感器网络之间的通信和同步。在本文中，我们以研究无线传感器时钟同步方法为重点，首先，对传感器网络进行了简要的概述。其次，我们对现有的同步技术进行了研究和分类，并对一些典型的无线传感器时钟同步算法进行了分析和比较，然后我们分析了PBSfPairwiseBroadcastSynchronization)时钟同步算法，并在该算法的基础上提出了一种低功耗时钟同步方法IPBS(ImprovedPairwiseBroadcastSynchronization)；最后，我们利用USRP(UniversalSoftwareRadioPeripheral，通用软件无线

3、电外设)对两个节点的通信过程进行了分析，并在此基础上对文中提到的一些同步方法和我们提出的同步方案进行了测试和验证。实验结果表明，文中提出的低功耗时钟同步方法IPBS算法相对于PBS算法能够有效解决处于两个通信节点共同通信范围外的节点的时钟同步问题，并且减少了时钟同步的信息交换次数，因而减小网络开销，节省传感器能量。本文的研究内容为后续基于EtherCAT数据采集系统的无线时钟同步研究和实现提供了有效的参考，并为进一步使用USRP进行通信实验奠定了基础。关键词：EtherOAT无线传感器网络低功耗时钟同步USRPABSTRACTEtherCAT(Eth

4、emetControllerTechnology)dataacquisitionsystemiswidelyusedinthefieldofindustrialcontrol，dataacquisitionandsystemtestingforitshigheraccuracyinclocksynchronization．ButtheEtherCATslavestationscannotbewireconnectedtothesysteminallapplications．Ifwirelesssensorswereadopted，itisdiffic

5、ulttosynchronizethemusingtheDistributedClocksynchronizationsystem．Tosolvetheproblem，inthispaper,weproposeaschemewhichachievestheclocksynchronizationbetweentheWSN(WirelessSensorNetwork)andEtherCATslavestationsbyadoptingtheEtherCATslavestations’clockasthereferenceclock．Throughins

6、tallingawirelessdataacquisitioncardontheEtherCATslavestations，datacollectionandclocksynchronizationwillbeachievedbetweenaconventionalEtherCATsystemandtheWirelessSensorNetwork．Themethodofwirelesssensorclocksynchronizationwasstudiedmainlyinthispaper．First，briefintroductiontowirel

7、esssensornetworkswasmade．Second，asurveyoftheexitingsynchronizationmethodswasmadeandcategorizationsweregiven．MeantimesometypicalwirelesssensorclocksynchronizationalgorithmwereanalyzedThenweanalyzedthePBS(PairwiseBroadcastSynchronization)andproposedalow．powerconsumptionclocksynch

8、ronizationmethod--IPBS(ImprovedPairwiseBroadcastSynchr