多跳水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法研究.pdf

1、時(shí)間同步是傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本問題。一方面，時(shí)間是傳感器節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的基本要素，時(shí)間信息的準(zhǔn)確程度決定了感知數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。比如，在運(yùn)動(dòng)物體監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的本地時(shí)間，節(jié)點(diǎn)之間本地時(shí)間的計(jì)時(shí)偏差直接影響運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算結(jié)果;另一方面，時(shí)間同步是分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，時(shí)分復(fù)用調(diào)度、傳感數(shù)據(jù)融合、節(jié)點(diǎn)定位和協(xié)同休眠等傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)都以節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步為前提。
　　水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwate

2、r Sensor Networks，UWSNs)由于部署在水體內(nèi)并采用水聲通信方式，具有鏈路傳播延遲長和節(jié)點(diǎn)受限運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，為時(shí)間同步協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。另外，水聲通信的能耗高，水聲Modem的放大器和換能器通常需要10W級(jí)別的能量進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，以保證節(jié)點(diǎn)間的有效的通信，使得時(shí)間同步協(xié)議應(yīng)兼顧節(jié)能的特點(diǎn)
　　現(xiàn)有的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法均是基于單跳的點(diǎn)到點(diǎn)時(shí)間同步機(jī)制，即所有待同步節(jié)點(diǎn)一跳之內(nèi)能夠連接到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。在多跳網(wǎng)

3、絡(luò)中，這些協(xié)議只能以逐跳同步的方式進(jìn)行，使得完成全網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的周期拉長，且同步誤差會(huì)隨跳數(shù)的增加而逐漸累積。
　　為解決多跳網(wǎng)絡(luò)中的上述問題，本文提出了基于多路徑消息融合的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法MulSync。MulSync通過并發(fā)執(zhí)行的同步通信機(jī)制，獲得來自不同時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)的對(duì)時(shí)信息組成同步對(duì)時(shí)元組;然后利用獲得的對(duì)時(shí)元組通過三次線性擬合，將來自不同時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)的對(duì)時(shí)信息進(jìn)行融合，進(jìn)而完成對(duì)節(jié)點(diǎn)的頻率偏斜和相位偏差的估計(jì)，

4、并最終完成全網(wǎng)的時(shí)間同步。
　　本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1)通過并發(fā)執(zhí)行的同步通信機(jī)制和水聲信號(hào)廣播特性的利用，有效降低了全網(wǎng)同步的時(shí)間開銷和消息開銷;
　　2)通過三次線性擬合，融合了來自不同時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)的同步對(duì)時(shí)元組進(jìn)行時(shí)間同步，在一定程度上解決了節(jié)點(diǎn)同步精度隨跳數(shù)增加而下降的問題;
　　3)仿真實(shí)驗(yàn)表明，與基于單跳的MU-Sync相比，MulSync獲得了相近或更高的全網(wǎng)同步精度，且同步的消息開銷和時(shí)間開