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多跳水下传感器网络时间同步算法研究

发布时间:2019-08-09 02:33 来源:未知 编辑:admin

  时间同步是传感器网络技术的基本问题。一方面,时间是传感器节点感知数据的基本要素,时间信息的准确程度决定了感知数据的应用价值。比如,在运动物体监测应用中,传感器节点记录发现运动物体的本地时间,节点之间本地时间的计时偏差直接影响运动速度的计算结果;另一方面,时间同步是分布式传感器网络节点协同工作的基础,时分复用调度、传感数据融合、节点定位和协同休眠等传感器网络关键技术都以节点间的时间同步为前提。水下传感器网络(Underwater Sensor Networks, UWSNs)由于部署在水体内并采用水声通信方式,具有链路传播延迟长和节点受限运动的特点,为时间同步协议的设计带来了新的挑战。另外,水声通信的能耗高,水声Modem的放大器和换能器通常需要10W级别的能量进行信号发送,以保证节点间的有效的通信,使得时间同步协议应兼顾节能的特点现有的水下传感器网络时间同步算法均是基于单跳的点到点时间同步机制,即所有待同步节点一跳之内能够连接到信标节点。在多跳网络中,这些协议只能以逐跳同步的方式进行,使得完成全网络时间同步的周期拉长,且同步误差会随跳数的增加而逐渐累积。为解决多跳网络中的上述问题,本文提出了基于多路径消息融合的水下传感器网络时间同步算法MulSync。MulSync通过并发执行的同步通信机制,获得来自不同时间参考节点的对时信息组成同步对时元组:然后利用获得的对时元组通过三次线性拟合,将来自不同时间参考节点的对时信息进行融合,进而完成对节点的频率偏斜和相位偏差的估计,并最终完成全网的时间同步。本文的主要贡献如下:1)通过并发执行的同步通信机制和水声信号广播特性的利用,有效降低了全网同步的时间开销和消息开销;2)通过三次线性拟合,融合了来自不同时间参考节点的同步对时元组进行时间同步,在一定程度上解决了节点同步精度随跳数增加而下降的问题;3)仿真实验表明,与基于单跳的MU-Sync相比,MulSync获得了相近或更高的全网同步精度,且同步的消息开销和时间开销均低于MU-sync。……

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