多跳水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法研究.pdf

1、時間同步是傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本問題。一方面，時間是傳感器節(jié)點感知數(shù)據(jù)的基本要素，時間信息的準確程度決定了感知數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。比如，在運動物體監(jiān)測應(yīng)用中，傳感器節(jié)點記錄發(fā)現(xiàn)運動物體的本地時間，節(jié)點之間本地時間的計時偏差直接影響運動速度的計算結(jié)果;另一方面，時間同步是分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點協(xié)同工作的基礎(chǔ)，時分復用調(diào)度、傳感數(shù)據(jù)融合、節(jié)點定位和協(xié)同休眠等傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)都以節(jié)點間的時間同步為前提。
　　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)點受限運動的特點，為時間同步協(xié)議的設(shè)計帶來了新的挑戰(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級別的能量進行信號發(fā)送，以保證節(jié)點間的有效的通信，使得時間同步協(xié)議應(yīng)兼顧節(jié)能的特點
　　現(xiàn)有的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法均是基于單跳的點到點時間同步機制，即所有待同步節(jié)點一跳之內(nèi)能夠連接到信標節(jié)點。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行，使得完成全網(wǎng)絡(luò)時間同步的周期拉長，且同步誤差會隨跳數(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)時間同步算法MulSync。MulSync通過并發(fā)執(zhí)行的同步通信機制，獲得來自不同時間參考節(jié)點的對時信息組成同步對時元組;然后利用獲得的對時元組通過三次線性擬合，將來自不同時間參考節(jié)點的對時信息進行融合，進而完成對節(jié)點的頻率偏斜和相位偏差的估計，

4、并最終完成全網(wǎng)的時間同步。
　　本文的主要貢獻如下:
　　1)通過并發(fā)執(zhí)行的同步通信機制和水聲信號廣播特性的利用，有效降低了全網(wǎng)同步的時間開銷和消息開銷;
　　2)通過三次線性擬合，融合了來自不同時間參考節(jié)點的同步對時元組進行時間同步，在一定程度上解決了節(jié)點同步精度隨跳數(shù)增加而下降的問題;
　　3)仿真實驗表明，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間開