MRPCTS - 多跳牵引控制一致性时间同步算法

项目概述

本项目是无线传感器网络分布式时间同步算法的仿真平台，实现了三种基于平均一致性协议的时间同步算法：ATS（平均一致性时间同步算法）、MACTS（多跳分布式平均一致性时间同步算法）和MRPCTS（多跳牵引控制一致性时间同步算法）。

目录结构

MRPCTS/
├── Train.m                      # 训练主程序
├── ATS.m                        # ATS算法实现
├── MACTS.m                      # MACTS算法实现
├── MRPCTS.m                     # MRPCTS算法实现
├── GenerateGridNWK.m            # 生成网格拓扑
├── GenerateRandomNWK2D.m        # 生成2D随机网络拓扑
├── GenerateRandomNWK3D.m        # 生成3D随机网络拓扑
├── GenerateDynamicNWK3D.m       # 生成动态3D网络拓扑
├── CalculateNetDiameter.m       # 计算网络直径
├── HopController.m              # 自适应跳数控制器
├── ClockShift.m                 # 物理时钟漂移模拟
├── InjectDisturbance.m          # 干扰注入
├── PlotSoftClockRate.m          # 绘制软件时钟速率
├── PlotSoftOffset.m             # 绘制软件时钟相位
├── AnimateDynamicNWK3D.m        # 动态3D网络动画
├── NWK2D/                       # 2D网络数据
├── NWK3D/                       # 3D网络数据
├── NWK3D_Dynamic/               # 动态3D网络数据
└── SimData/                     # 仿真数据（已忽略）

算法说明

ATS（Average Consensus Time Synchronization）

平均一致性时间同步算法，仅通过一跳邻居通信实现时间同步。

MACTS（Multi-Hop Average Consensus Time Synchronization）

多跳分布式平均一致性时间同步算法，通过构建多跳虚拟通信链路提升网络拓扑的代数连通度，加速状态向量向全网均值收敛。

MRPCTS（Multi-Hop Reference Control Consensus Time Synchronization）

多跳牵引控制一致性时间同步算法，在MACTS基础上引入领导者节点机制，实现对同步过程的牵引控制，进一步提升收敛性能。

使用方法

基本配置

在Train.m中可配置以下参数：

1. 算法选择

WirelessNetwork.Alg = 'MRPCTS'; % 可选 'ATS', 'MACTS', 'MRPCTS'

2. 网络类型选择

NWK.NetType = 'GridNWK'; % 可选 'GridNWK', 'RandomNWK2D', 'RandomNWK3D', 'DynamicRandomNWK3D'

3. 网络参数

• 节点数量
• 通信距离
• 网格行列数（网格网络）
• 场地尺寸（随机网络）

4. 同步参数

• 同步次数：WirelessNetwork.Sync_CNT_NUM
• 仿真轮数：WirelessNetwork.round_CNT_NUM
• 最大多跳跳数：WirelessNetwork.MaxMultiHop

运行仿真

直接在MATLAB中运行Train.m即可启动仿真：

Train

网络类型

GridNWK（网格网络）

生成规则网格拓扑，适合对比研究。

RandomNWK2D（2D随机网络）

在二维平面内随机分布节点，根据通信距离建立连接。

RandomNWK3D（3D随机网络）

在三维空间内随机分布节点，更贴近实际应用场景。

DynamicRandomNWK3D（动态3D网络）

节点位置随时间变化的动态网络，支持拓扑演化仿真。

输出数据

仿真结果将保存在SimData/目录下，包含：

• BasicParams.mat：实验基本配置参数
• trainData_X_X.mat：训练数据，包含各节点的时钟速率、相位偏移、广播次数等记录

依赖项

• MATLAB R2016b或更高版本

注意事项

• SimData/目录包含大量训练数据，已在.gitignore中配置为不提交到版本库
• 动态网络数据需先生成或加载预存数据