基于任务尺度的分布时钟同步策略研究

网络系统中各分布节点间存在的时间偏差会使系统丧失定常性、因果性及确定性，降低了系统的可靠性及运行精度，因此，必须使系统中各分布时钟始终保持精确同步。.本课题采用参考任务的执行间隔作为网络系统的时间度量，对系统中节点的时钟漂移特性及网络报文传输时延规律进行研究，并依此设计基于任务尺度的时钟漂移补偿策略及传输时延补偿策略；课题通过对节点时钟特性的评价指标及系统最优参考时钟源选择策略进行研究，结合广义预测控制理论，探寻基于任务尺度的分布时钟同步算法模型；为了使研究成果具有广泛适应性，课题通过构建分布时钟同步实验及误差测试平台，分别对单级环形网络拓扑结构和多级树形网络拓扑结构的时钟同步过程进行应用验证，并根据验证结果对提出的时钟同步算法进行循环优化。.课题研究成果可为提高网络系统中分布时钟的同步精度及效率提供新的方法及途径。

网络系统中的时钟同步是网络系统中的经典问题，不仅因为在实际应用过程中，节点容易受到环境的影响，导致其时钟性能出现波动，而且因为在基于网络系统的各类应用中，许多需要建立在准确、稳定、同步的时钟驱动基础上。.各类网络环境中的时钟同步存在一定的难度和制约：同步要求的精度结果、同步过程实施的周期、同步过程参照对象的选择、同步过程中的通信开销等都会在一定程度上制约着同步过程的实现，给在不同网络类型、拓扑结构、行业应用中的时钟同步带来困难。.本课题分别以不同网络类型的时钟同步应用为研究对象，分别在不同网络类型、拓扑结构、传输介质、通信协议、应用目标的条件制约下，进行相关的网络数据传输实验，并分析各类状态下的节点时钟性能的差异，以及不同网络环境下的数据传输延迟，根据实验结果发现了各类分布时钟之间差异中存在的特征规律，并基于所获得的各类数据，尝试了多类时钟同步方法，提高各类实验系统中的分布时钟的同步精度，并设计相关的实验装置，对提出的各类时钟同步方法进行验证和可靠性测试。.课题先后从提高节点的时钟性能、网络系统中最优时钟节点的选择、网络数据传输延迟补偿方法等角度着手，分别提出了基于硬件优化和软件补偿的网络节点的时钟性能改善方法，通过网络传输事件顺序方差特性和群体票选的最优主时钟节点确定方法，基于时钟特性修正和主时钟节点数据传输触发事件估计的分布节点时钟同步方法，并分别在WIFI、低功耗蓝牙、CAN总线及EtherCAT总线等五类通信协议、无线及有线两类传输介质，树型、环形、总线型三类拓扑结构中进行了验证，并取得了较好的效果，尤其在网络传输速率不高的环境下，效果更为明显。.为了验证所提出的方法和策略的适应性，在课题研究过程中，结合了如四轮独立驱动电动汽车、网络化电源、双轮自平衡车、网络化传感器、基于分布式惯性网络传感的人体动作捕捉系统等具体的工程案例，将课题研究成果应用于上述场合中的时钟同步过程，通过对比采用时钟同步过程前后的系统性能得知，采用时钟同步过程可使分布式网络系统的性能得到一定的改善和提升，尤其当网络系统的拓扑结构较为复杂性、网络种类和节点数量较多时尤为明显。.网络系统已在各个领域中得到广泛的应用，且网络种类众多、拓扑结构复杂。课题研究成果将会给各类网络系统中的时钟同步过程提供指导和参考，进而将会在各应用领域中提高系统的稳定性及精度，课题研究具有广阔应用前景。