多跳水声网络的时间同步
Research on Multi-hop Time Synchronization for Underwater Acoustic Networks
随着人类对海洋的勘测、开发以及军事领域的日益关注,水下无线传感器网络开始引起了学术、工业、军事各方面的高度重视.传感器的水下调度、定位以及休眠机制等关键技术都是建立在实现时间同步的基础之上,因此时间同步是传感器网络中重要的支撑技术,需要对水下传感器网络进行时间同步的研究.在水下传感器网络中,声波通信具有大时延的特点,绝大多数基于陆地无线网络的时间同步算法,无法直接移植于水下.现有为数不多的水下时间同步算法都是基于点对点的时间同步,而未来海洋开发都是基于传感器网络集群的基础之上,因此,水下传感器网络的多跳时间同步愈加彰显其研究价值.本文提出了基于监听的多跳传感器网络时间同步算法,该算法主要由两部分组成:时间树建立过程以及父节点和子节点之间的时间同步过程.在时间树的建立过程中,节点选取特定时间内接收到level最低的节点作为父节点,将父节点的level加一置为自身的level,然后继续向外层扩展生成树算法.在父节点和子节点之间的时间同步过程,将Tri-message算法推广到多跳网络,并充分利用网络的广播特点,监听周围节点发送的数据包,用于提高时间同步精度,并给出了该算法的详细实现方法,以及监听有效性分析.同时,在算法的大量仿真过程中发现,部分监听数据包会影响最后时间同步的精确度,通过对监听数据包的过滤,本文提出了监听算法的改进方案.最后使用仿真工具OPNET对多跳水声网络算法及其改进方案的生成树性能、时间同步误差、算法稳定度和同步之后对时间的预测能力等性能参数进行仿真.本文主要的研究内容及创新点如下:(l)将现有的水下点对点的时间同步算法推广到多跳网络中,在多跳时间同步过程中,提出了一种新的时间生成树方案,该生成树方案可以有效地减少时间同步过程中产生的误差.(2)多跳同步过程中,提出了一种监听方案,该方案可以有效地利用多跳网络中广播的特点,经过数学分析以及算法仿真发现,通过广播监听到的额外数据包能够有效地提高时间同步的精确度.
- 作者：
- 孙川
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 电子与通信工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 支琤
- 中图分类号：
- TN929.5；TP212.9
- 关键词：
- 时间同步；水声网络；多跳；基于监听；OPNET仿真
- time synchronization；UANs；multi-hop；overhearing mechanism；OPNET simulation