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无线局域网是目前使用最广泛的宽带接入网络之一。与以太网相比,它具有移动性、灵活性、可伸缩性和经济性等优点。无线局域网现有的同步机制很好的满足了异步通信对定时同步的需求。但是,无线工业控制等实时业务对无线局域网的实时性和可靠性提出了更高的要求。当无线局域网用于承载这种实时业务时,必须制定时钟同步的传输机制,以便提高实时业务的传输质量。
本文主要围绕无线局域网中时钟同步的关键问题进行了理论和实验研究,从无线局域网及其MAC层的功能开始讲起,对网络中定时信号的传输与恢复问题进行了研究,通过对现有同步方法的分析总结提出了连续时钟同步算法。本文的主要内容和贡献如下:
首先论述了无线局域网及其MAC层功能和定时同步功能。无线局域网的标准有很多,目前主流的是IEEE802.11系列无线局域网标准。本文的研究就是基于IEEE802.11无线局域网协议标准的。在介绍了WLAN协议体系和拓扑结构的基础上,详细介绍了MAC层的接入控制功能及IEEE802.11 WLAN现有的时钟同步协议,即定时同步功能。
然后研究了基于无线局域网信标的连续时钟同步方法。简述了时钟模型和软件时钟同步的概念,在此基础上提出了基于WLAN信标的连续时钟同步算法,该算法的特点是利用了信标时戳作为公共参考时钟,控制STA软件时钟逐步靠近AP定时主时钟,实现连续时钟同步。这部分还对所提出的连续时钟同步算法在容错性能、抗信标延迟能力等方面进行了理论分析和NS2软件仿真,仿真结果证明了所提出的连续时钟同步算法能满足工业自动化的实时信号传输要求。
文章最后介绍了如何在硬件上实现连续时钟同步算法。首先介绍了开发板的功能和设计原理,然后详细讲解了硬件各组成模块的实现和软件设计方法。