高延迟水下传感器网络时间同步算法研究

摘要

近年，各种科学技术日趋成熟，许多不同的领域都涉及到无线传感器网络。随着人们对经济开发、工业管理、农业发展的日益关注，以水声通信为基础的高延迟水下传感器网络得到人们的重视。建设水下无线传感器网络对于探究海洋各项活动、采集生物信息、监测危险区域、调研海洋渔业资源、发展海洋经济等方面有重要意义。
　　时间同步是无线传感器网络中的重要支撑技术之一。在海洋中，采用水声通信，导致低速传输、多普勒频移、能量消耗大，除此以外，水下通信受硬件限制、海洋环境多变等影响，在传输过程中，会出现较大的时延，且时延是不确定的，因此，现存的陆地传感网时间同步机制不能直接在水下使用。本文中，我们提出了一种新的时间同步算法-移动辅助时间同步(Mobile-assisted Clock Synchronization，简称Ma-Sync)。该算法使用一个有固定轨迹的信标节点，通过公式取得传播时延与两个节点的距离之间的关系，计算时钟漂移和时钟偏差，从而实现整个网络的时间同步。该算法克服了长传播延迟和节点移动对时间同步的影响，有效解决了高延迟水下传感器网络时间同步问题。
　　在Ma-Sync算法的理论基础上，我们实现节点间以及节点与计算机之间的通信，为了使实验模拟成水下通信，在本文中接收方加入时延以避免消息瞬间到达。在计算机终端读取节点的时间戳，根据得到的发送时间戳与接收时间戳，我们将公式编写程序计算时钟漂移和时钟偏差。将儿组通信的时间戳结合时钟漂移和时钟偏差进行修正，通过计算证明发送方与接收方的时间一致，因此Ma-Sync算法可以实现时间同步。最后通过大量仿真证明，与现存的时间同步算法相比较，Ma-Sync可以在同步过程中减少能量消耗，且提高了同步精度。

目录

摘要

1 绪论

1．1 本文的研究背景

1．2 本文的研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 传感器网络研究现状

1．3．2 时间同步研究现状

1．4 本文的主要内容及结构组织

1．4．1 本文主要内容

1．4．2 本文结构组织

2 高延迟传感器网络时间同步

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感网

2．1．2 高延迟传感网

2．1．3 水下传感网

2．2 时间同步

2．2．1 时间同步定义

2．2．2 时间同步原理

2．2．3 时间同步影响因素

2．3 传感器网络时间同步算法研究现状

2．4 本章小结

3 Ma-Sync时间同步算法设计与实现

3．1 算法原理

3．2 实验工具

3．2．1 TinyOS操作系统

3．2．2 nesC语言

3．2．3 传感器节点

3．3 算法实现

3．3．1 参数设置

3．3．2 实验

3．3．3 验证

3．4 程序分析

3．5 本章小结

4 仿真和性能分析

4．1 仿真

4．2 数据分析

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．1．1 本文工作简介

5．1．2 本文的创新点

5．2 进一步工作与展望

5．3 本章小结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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