항행 및 항법 : 소프트웨어 기반 의사위성 시각동기 기법 성능평가를 위한 오차 요소 분석

이주현 ( Ju Hyun Lee ),이선용 ( Sun Yong Lee ),황소영 ( So Young Hwang ),유동희 ( Dong Hui Yu ),박찬식 ( Chan Sik Park ),이상정 ( Sang Jeong Lee ) 한국항행학회 2014 韓國航行學會論文誌 Vol.18 No.5

본 논문에서는 의사위성과 GPS 위성 사이의 시각동기를 위한 세가지 동기 방안을 제안하고 시각동기 기법의 성능 분석에 필요한 의사위성 시각동기 오차요소에 대해 분석한다. 제시한 세가지 시각동기 방안으로는 의사위성 시각동기 스테이션 구축 방안,UTC(KRIS)의 시각정보원을 활용한 의사위성 시각동기 방안, GPS 시각용 수신기를 활용한 시각동기 방안이 있다. 또한 제안한 의사위성 시각동기 방안의 성능평가를 위한 시뮬레이션 구성을 위해 의사위성 시각동기 방안의 오차요소를 의사위성 및 기준 클럭의 오차, 전송선로에 의해 발생하는 오차, TIC에 의해 발생하는 오차, 클럭 동기 알고리즘에 의해 발생하는 오차로 구분하고 각 오차 요소를 분석하였다. This paper proposes three methods of the time synchronization for Pseudolite and GPS and analyzes pseudolite time synchronization error factors for software based performance evaluation on proposed time synchronization methods. Proposed three time synchronization methods are pseudolite time synchronization station construction method, method by using UTC(KRIS) clock source and GPS timing receiver based time synchronization method. Also, we analyze pseudolite time synchronization error factors such as errors of pseudolite clock and reference clock, time delay as clock transmission line, measurement error of time interval counter and error as clock synchronization algorithm to design simulation platform for performance evaluation of pseudolite time synchronization.

Implementation and Evaluation of a Time Synchronization Protocol for USN

양도(Tao Yang),이형봉(Hyung-Bong Lee) 한국컴퓨터정보학회 2008 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.13 No.7

다수의 독립적인 시스템들이 네트워크를 통해 구성하는 분산 처리 환경에서 시간에 대한 일치성을 유지하는 일은 매우 중요하면서도 어렵다. 특히, 에너지가 제한되어 있고, 통신 기능이 연약한 USN 환경에서의 시간 동기화는 더욱 어렵다. 이러한 어려움에도 불구하고, USN에서 요구되는 시간 동기화 정밀도는 인터넷과 같은 일반적인 분산 처리 환경에서보다 더 높다. USN에서 매우 엄격한 시간 동기화를 요구하는 전형적인 응용 영역으로 TDMA MAC을 들 수 있다. 이 논문에서는 USN을 위해 최근에 제안된 FTSP (Flooding Time Synchronization Protocol) 시간 동기화 알고리즘을 개선한 새로운 알고리즘 FTSF(Flooding Time Synchronization Protocol)을 제안하고 평가한다. HTSP의 시간 동기화 정밀도는 FTSP와 동일하지만, 동기화를 위한 방송메시지 수를 줄임으로써 에너지 소모를 FTSP 보다 절약한다. 평가를 위한 시뮬레이션 결과, FTSP 대비 HTSP의 에너지 절약 비율이 약 26% 정도로 나타났다. In a distributed processing environment composed of many independent systems connected by networks, it is very important and difficult to make time synchronization between the systems. Especially in the USN environment the time synchronization is still more difficult than in general distributed processing environment because energy is limited and communication function is feeble. Even though of these difficulties, the USN environment requires higher precision of time synchronization. We of the typical applications requesting very strict time synchronization in USN is TDMA MAC. This paper proposes and evaluates a new time synchronization protocol HTSP(Hierarchical Time Synchronization Protocol) which is an advanced version of the FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol) published recently. The time synchronization precision of the HTSP is equal to that of the FTSP, but the energy consumption of the HTSP is lower than that of the FTSP owing to the reduced number of broadcast messages. The simulation results show that the energy consumption of the HTSP is only 74% of that of the FTSP.

An Algorithm for Inter-Satellite Autonomous Time Synchronization and Ranging in the Beidou Navigation Satellite System

Pan Yi,Liu Huafu,Zhang Zhuxian,Huang Feijiang,Cai Chenglin,Feng Lu 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Future Generation Communi Vol.9 No.7

Aiming at the requirement of the autonomous time synchronization in BeiDou Navigation Satellite System (BDS), an algorithm for inter-satellite autonomous time synchronization and ranging is proposed. Based on the establishment of the inter-satellite link length model of the BDS, a series of simulation has been carried out through the use of STK (Satellite Tool Kit), which includes the simulation of the length changing rules, the length variation scale and its variation ratio. Based on these simulations, an analysis of the impact of satellite motion on the inter-satellite two-way time synchronization and range has been presented. In this algorithm, the inter-satellite clock-offset and range with minimal error are acquired by utilizing the combination of clock-offset fitting polynomial and range fitting polynomial based on the least square fitting of data generated from the inter-satellite two-way time synchronization. Empirical evaluation of the BDS simulation shows that our time synchronization error is 2ns, and ranging error is 2m under the condition of acceptable simulation error. With the application of the algorithm to the inter-satellite autonomous time synchronization and ranging, the high-accuracy measurement of inter-satellite clock-offset and range of BDS can be reached.

Synchronization System for Time of Mission and Flight Computers over UAV Network

Lee, Won-Seok,Jang, Jun-Yong,Song, Hyoung-Kyu 항법시스템학회 2021 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.10 No.4

This paper proposes a system to synchronize the time of computers over an unmanned aerial vehicle (UAV) network. With the proposed system, the UAVs can perform missions that require precise relative time. Also, data collected by UAVs can be fused precisely with synchronized time. In the system, to synchronize the time of all computers over the UAV network, two-step synchronization is performed. In the first step, the mission computers of the UAVs are synchronized through the server of the system. After the first step, the mission computers measure time offset between the time of the mission computers and the flight computers. The offset values are delivered to the server. In the second step, virtual time is determined by the server from the collected time offset. The measured offset is compensated by moving the synchronized time of mission computers to the reasonable virtual time. Since only the time of mission computers are controlled, any flight computers that use micro air vehicle link (MAVLink) protocol can be synchronized in the proposed system.

Outlier Detection Method for Time Synchronization

Lee, Young Kyu,Yang, Sung-hoon,Lee, Ho Seong,Lee, Jong Koo,Lee, Joon Hyo,Hwang, Sang-wook 항법시스템학회 2020 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.9 No.4

In order to synchronize a remote system time to the reference time like Coordinated Universal Time (UTC), it is required to compare the time difference between the two clocks. The time comparison data may have some outliers and the time synchronization performance can be significantly degraded if the outliers are not removed. Therefore, it is required to employ an effective outlier detection algorithm for keeping high accurate system time. In this paper, an outlier detection method is presented for the time difference data of GNSS time transfer receivers. The time difference data between the system time and the GNSS usually have slopes because the remote system clock is under free running until synchronized to the reference clock time. For investigating the outlier detection performance of the proposed algorithm, simulations are performed by using the time difference data of a GNSS time transfer receiver corrected to a free running Cesium clock with intentionally inserted outliers. From the simulation, it is investigated that the proposed algorithm can effectively detect the inserted outliers while conventional methods such as modified Z-score and adjusted boxplot cannot. Furthermore, it is also observed that the synchronization performance can be degraded to more than 15% with 20 outliers compared to that of original data without outliers.

무선 센서 네트워크에서 동기화 메시지 감소를 위한 참조 보간 프로토콜

박총명(Chongmyung Park),임동선(Dongsun Lim),이좌형(Joahyoung Lee),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.6

무선 센서 네트워크에서 센서 노드들이 이벤트 발생에 따라 신속한 대응을 하기 위해서는 노드들 간에 유기적인 협력이 필요하다. 이러한 협동 기능을 오류 없이 수행하기 위해서는 센서 노드들이 이벤트를 동일한 시간에 인식하기 위한 시간 동기화 기능이 제공되어야한다. 무선 센서 네트워크에서는 시간 정보 메시지를 교환함으로써 센서 노드들 사이에 시간 동기화를 유지한다. 그러나 무선 센서 네트워크의 특성상 센서 노드들은 고립된 환경에서 제한된 전력으로 동작해야하므로 시간 동기화를 위한 과도한 메시지 전송은 센서 노드들의 수명을 단축시키는 결과를 가져온다. 본 논문에서는 시간 동기화를 위한 메시지 전송 개수를 감소시키기 위한 참조 보간 프로토콜을 제안한다. 제안된 방법은 센서 노드들의 시간 동기화를 위하여 참조 패킷의 시간과 베이스스테이션의 전역 시간을 보간 하는 과정을 수행한다. 기존의 참조 브로드캐스트 동기화 기법과 비교할 때 제안된 기법은 두 번의 메시지 패킷만을 시간동기화를 위하여 사용한다. 간단해진 동기화 절차로 인하여 제안된 참조 보간 프로토콜은 무선 센서 노드들의 시간 동기화를 위한 메시지 수를 크게 감소시켜 참조 브로드캐스트 동기화 기법에 비해 12.7배의 감소된 전력을 사용한다. 참조 보간 프로토콜로 인하여 감소된 메시지 패킷의 개수는 무선 센서들의 동기화 시간의 단축을 가져왔을 뿐만 아니라 절약된 배터리 에너지만큼 무선 센서 노드들의 수명을 연장시킨다. In wireless sensor network, to provide the proper responses quickly for diverse events, wireless sensor nodes have to cooperate with each other. For successful cooperation, the time synchronization among sensor nodes is an important requirement for application execution. In the wireless sensor network, the message packets including time information are used for the time synchronization. However, the transmission of many message packets will exhaust the battery of wireless sensor nodes. Since wireless sensor nodes works on the limited battery capacity, the excessive transmission of message packets has an negative impact upon their lifetime. In this paper, the Reference Interpolation Protocol (RIP) is proposed to reduce the number of message packets for the time synchronization. The proposed method performs the time interpolation between the reference packet's time and the global time of the base station. The proposed method completes the synchronization operation with only 2 message packets when compared to the previous Reference Broadcast Synchronization (RBS) technique. Due to the simple synchronization procedure, our method greatly reduces the number of synchronization messages and showed the 12.7 times less power consumption than the RBS method. From the decrease in the transmission of message packets, the convergence time among wireless sensor nodes is shortened and the lifetime of wireless sensor nodes is also prolonged as much as the amount of saved battery energy.

유비쿼터스 센서 네트워크를 위한 효율적인 시간 동기화 프로토콜 연구

신문선(Shin, Moon-Sun),정경자(Jeong, Kyeong-Ja),이명진(Lee, Myong-Jin) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.3

유비쿼터스 센서 네트워크 환경은 다양한 이기종의 센서와 센서들 상호간의 통신을 통해 데이터를 수집하 고 제공하여 물리공간의 지능화된 환경을 제공한다. 이러한 상태감지를 위한 센서노드들은 싱크노드와 센서노드로 구성되는데 이기종 센서 노드들간의 시간동기화를 고려하지 않고 전체 센서네트워크의 시간 동기화가 불가능 하게 된다는 문제점이 발생한다. 이러한 이기종 센서노드들간의 시간동기화 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 싱크 노드 아래의 센서노드들 중 싱크노드와 클럭소스가 같은 센서노드를 시간동기 마스터로 설정하고, 싱크노드와 다른 클럭소스를 가지는 센서노드를 마스터 아래에 속하는 시간동기 슬레이브로 설정하여 시간동기 마스터가 동작을 개시 할 때에만 시간동기 슬레이브 노드들이 동작하도록 하는 마스터 슬레이브 시간동기화 기법을 제안한다. 제안하는 마 스터-슬레이브 토폴로지 기반 시간 동기화 기법은 센서의 설치가 용이하지 않은 USN환경에서 최대 슬립타임을 유지 함으로써 센서의 전력소모를 최소화 할 수 있다. The sensor networks can be used attractively for various application areas. Time synchronization is important for any Ubiquitous Sensor Networks (USN) systems. USN makes extensive use of synchronized time in many contexts for data fusion. However existing time synchronization protocols are available only for homogeneous sensor nodes of USN. It needs to be extended or redesigned in order to apply to the USN with heterogeneous sensor nodes. Because heterogeneous sensor nodes have different clock sources with the SinkNode of USN, it is impossible to be synchronized global time. In addition, energy efficiency is one of the most significant factors to influence the design of sensor networks, as sensor nodes are limited in power, computational capacity, and memory. In this paper, we propose specific time synchronization based on master-slave topology for the global time synchronization of USN with heterogeneous sensor nodes. The time synchronization master nodes are always able to be synchronized with the SinkNode. Then time synchronization master nodes enable time synchronization slave nodes to be synchronized sleep periods. The proposed master-slave time synchronization for heterogeneous sensor nodes of USN is also helpful for power saving by maintaining maximum sleep time.

시각 동기화 오차가 SAR 영상에 미치는 영향 분석 및 보상

이수정(Soojeong Lee),박우정(Woo Jung Park),박찬국(Chan Gook Park),송종화(Jong-Hwa Song),배창식(Chang-Sik Bae) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.4

본 논문에서는 Synthetic Aperture Radar (SAR, 합성개구레이다) 영상 품질을 향상시키기 위해 EGI/IMU (Embedded GPS/INS, Inertial Measurement Unit) 통합 항법 시스템에서 발생하는 시각 동기화 오차의 영향을 분석하고 이를 보상하기 위해 상태변수증강 기법을 적용한다. SAR 요동 측정 알고리즘으로 항체의 위치를 추적하기 위한 EGI와 추가적으로 안테나에 장착된 IMU를 결합하는 EGI/IMU 통합 항법 시스템이 많이 이용된다. 이와 같은 EGI/IMU 통합 항법 시스템에서 센서 간의 시계가 동기화되지 않을 경우 시각 동기화 오차가 발생한다. 시각 동기화 오차가 항법 및 SAR 영상에 미치는 영향 분석을 통해 시각 동기화 오차가 SAR 영상 품질을 악화시키는 것을 확인하였다. 이를 보상하기 위해 상태변수증강 기법을 적용하고, 적용한 결과 SAR 영상 품질이 저하되지 않음을 확인하였다. 또한 기동에 따른 시각 동기화 오차 추정 성능과 가관측성을 분석하여 시각 동기화 오차를 효과적으로 추정하기 위해서는 회전 기동과 같은 시간에 따라 변화하는 기동이 필요함을 보였다. 따라서, SAR 영상에 미치는 시각 동기화 오차의 영향을 줄이기 위해서는 SAR 구간 전에 회전 기동 등 시간에 따라 변화하는 기동을 수행하여 시각 동기화 오차를 보상해주어야 한다. In this paper, to improve Synthetic Aperture Radar (SAR) image quality, the effect of time synchronization error in the EGI/IMU (Embedded GPS/INS, Inertial Measurement Unit) integrated system is analyzed and state augmentation is applied to compensate it. EGI/IMU integrated system is widely used as a SAR motion measurement algorithm, which consists of EGI mounted to obtain the trajectory and IMU mounted on the SAR antenna. In an EGI/IMU integrated system, a time synchronization error occurs when the clocks of the sensors are not synchronized. Analysis of the effect of time synchronization error on navigation solutions and SAR images confirmed that the time synchronization error deteriorates SAR image quality. The state augmentation is applied to compensate for this and as a result, the SAR image quality does not decrease. In addition, by analyzing the performance and the observability of the time synchronization error according to the maneuver, it was confirmed that the time-variant maneuver such as rotational motion is necessary to estimate the time synchronization error adequately. In order to reduce the influence of the time synchronization error on the SAR image, the time synchronization error must be compensated by performing maneuver changing over time such as a rotation before SAR operation.

무선 애드혹 네트워크에서의 적응형 GTSP 프로토콜

김용정(Yong Jeong Kim),Linh-An Phan,김태준(Taejoon Kim),김태홍(Taehong Kim),이재생(JaeSeang Lee),함재현(Jae-Hyun Ham) 제어로봇시스템학회 2019 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.25 No.12

Gradient Time Synchronization Protocol (GTSP) is a consensus-based time synchronization protocol in which each node adjusts its logical clock by averaging the relative clock rate of neighbor nodes in every beacon interval. This process is repeated until the network achieves convergence of time synchronization. Therefore, a short beacon interval can reduce the convergence time, although it causes high energy consumption because messages are sent frequently. In contrast, a longer beacon interval can reduce energy consumption but may result in a longer convergence time. In this paper, we propose the Adaptive Gradient Time Synchronization Protocol (AGTSP), which enables dynamic adjustment of the beacon interval of each node in a fully-distributed manner to reduce convergence time and energy. A performance evaluation demonstrates that AGTSP provides superior performance to GTSP as measured by convergence time, synchronization errors, and beacon transmission overhead.

A Time Synchronization Algorithm for a Time-Slot Reservation Based MAC in Mobile Ad-Hoc Networks

허웅,하우산,유강수,최재호,Heo, Ung,He, Yushan,You, Kang-Soo,Choi, Jae-Ho The Institute of Electronics and Information Engin 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.5

시간동기화는 모바일 통신 시스템에서 중요한 역할을 한다. 특히, 통신 개체들 사이에 정확한 시분할 기법이 요구될 때, 네트워크 성능에 영향을 미치는 중요한 요소가 될 수 있다. 본 논문에서는 무선 모바일 애드 혹 네트워크를 위한 새로운 시간 동기화 알고리즘을 제시한다. 본 논문의 주요 목적은 레퍼런스 브로드캐스팅에서 발견된 장점을 활용하여 시간 동기화 패킷의 충돌을 줄이는데 있다. 또한 시간 동기화에 대한 수렴시간을 보장하기 위해 정교한 클럭 갱신 기법을 사용한다. 새롭게 제안한 시간 동기화 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 모바일 애드 혹 네트워크에 대한 다양한 시나리오를 구성하고 이를 OPNET으로 구현하여 실험하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 제안한 기법이 시간 동기화의 정확성과 수렴 시간 등의 측면에서 기존의 TSF 방식보다 좋은 성능을 나타내었다. Time synchronization plays an important role in mobile communication systems, particularly, when an accurate time-division mechanism among the communication entities is required. We present a new time synchronization algorithm for a wireless mobile ad-hoc network assuming that communication link is managed by a time-slot reservation-based medium access control protocol. The central idea is to reduce time synchronization packet collisions by exploiting the advantages found in reference broadcasting. In addition, we adopt a sophisticated clock updating scheme to ensure the time synchronization convergence. To verify the performance of our algorithm, a set of network simulations has been performed under various mobile ad-hoc network scenarios using the OPNET. The results obtained from the simulations show that the proposed method outperforms the conventional TSF method in terms of synchronization accuracy and convergence time.