水下传感器网络时钟同步算法的研究

摘要

本文主要研究的内容是水下传感器网络时钟同步算法,通过对现有算法的研究分析发现已有的水下传感器网络时钟同步算法并没能有效的消除节点运动、传播时延和声速误差对同步算法精度的影响。已有的算法利用多普勒技术和节点间运动关联关系等方法降低了节点运动对水下传感器网络时钟同步的不良影响,这只是用节点间的相对运动速度来解决问题,没能有效消除节点运动对时钟同步精度的影响,而且已有算法也没有选择合适的声速模型来计算水下声速,不同的声速算法的测量精度不同,若要提高精度减小误差,必须选择合适的声速模型。
　　为了降低节点运动、传播时延和声速测量误差等因素对水声传感器网络时钟同步精度的影响。本文首先提出基于单信标节点分阶段时钟同步算法,算法中采用了适当的声速模型、洋流模型和相邻节点发送接收时间差进行线性回归求解时钟频偏和时钟相偏以提高同步算法的精度。虽然精度有所提高,但是信标节点对普通节点的影响是单向的,因此本文提出了基于多信标节点单向时钟同步算法。基于多信标节点的单向同步算法中也用到了声速计算模型和洋流计算模型,分析了同步信号的传播路程和信标节点与普通节点距离的关系求解时钟频偏和时钟相偏。本文最后提出了基于长基线多信标算法。该算法在长基线系统中利用声速模型计算水下声速的同时采用了长基线原理求解时钟频偏和时钟相偏问题。
　　与现有的同步算法相比,本文提出的三个算法的同步精度都有所提高。单信标分段同步算法求得的时钟频偏和相偏的误差值要小于与MU-Sync同步算法中的频偏和相偏的误差值。基于多信标节点的单向同步算法与Mobi-sync算法相比也获得了较高的同步精度。而且多信标算法的精度要高于单信标分阶段同步算法的精度,因为求得的时钟频偏值和相偏值是多向影响一个普通节点的。基于长基线多信标节点的时钟同步算法是同步技术的具体应用,通过和单信标分段同步算法进行对比,其同步精度更加精确,因此实际应用中应根据具体环境选择具体的同步算法。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 无线传感器网络概述

1.3 水下传感器网络的概述

1.4 国内外研究现状

1.5 论文的组织与安排

第2章 水下传感器网络时钟同步原理与算法分析

2.1 引言

2.2 时钟同步原理与算法分析

2.3 本章小结

第3章 基于单信标节点分阶段时钟同步算法研究

3.1 引言

3.2 MU-Sync同步算法

3.3 水下模型

3.4 基于单信标分阶段时钟同步算法

3.5 本章小结

第4章 基于多信标节点时钟同步算法研究

4.1 引言

4.2 Mobi-Sync同步算法

4.3 基于多信标节点的单向时钟同步算法

4.4 单信标分段同步算法与多信标单向同步算法比较

4.5 基于长基线多信标节点的时钟同步算法

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢