基于間歇性觀測(cè)的水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法.pdf

1、伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)海洋資源及其環(huán)境的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)也引起學(xué)術(shù)、工業(yè)、軍事等各方面越來(lái)越多的關(guān)注。而在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)水下定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)、海底探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、通信等諸多應(yīng)用都需要水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)的支持，因此水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要支撐。
　　水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)差別很大，比如水下傳輸時(shí)延比較大，能量受到限制。這些都使得陸上的時(shí)鐘同步算法不能直接移植到水下環(huán)境之中，因此

2、我們需要研究新的節(jié)能性好的水聲時(shí)鐘同步算法來(lái)解決水下環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)。
　　在此基礎(chǔ)之上本文提出了高效節(jié)能的水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法和基于間歇性觀測(cè)的水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法，基于間歇性觀測(cè)的同步算法是基于高效節(jié)能同步算法的基礎(chǔ)之上提出的。高效節(jié)能的水聲同步算法分成兩個(gè)步驟，第一步是錨節(jié)點(diǎn)向待同步節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息包，然后利用最小二乘法估計(jì)得到時(shí)鐘的頻率漂移。第二步由錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的位置和時(shí)間信息給待同步節(jié)點(diǎn)，待同步節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些信息估計(jì)出本地的時(shí)

3、間偏差，整個(gè)過(guò)程待同步節(jié)點(diǎn)都只需要接收消息包，而不需要發(fā)送，因此能耗很低。基于間歇性觀測(cè)的時(shí)鐘同步算法中待同步節(jié)點(diǎn)采用休眠模式，在沒(méi)有觀測(cè)值的時(shí)候我們用間歇性觀測(cè)的卡爾曼濾波器來(lái)估計(jì)時(shí)鐘的頻率漂移和時(shí)間偏差。這樣得到結(jié)果更為精確，也避免了時(shí)鐘的頻繁同步，因此在一定程度上也降低了時(shí)鐘同步算法的能耗。
　　同時(shí)我們用誤差分析和仿真結(jié)果來(lái)證明兩種時(shí)鐘同步算法的高效和節(jié)能。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下所示：
　?。?）提出了高效節(jié)

4、能的水聲網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法，該算法采用兩次最小二乘來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，使得估計(jì)結(jié)果更為精確，也避免了頻繁的再同步問(wèn)題，一定程度上降低了節(jié)點(diǎn)的能耗，并且待同步節(jié)點(diǎn)只需要接收同步包，而不需要發(fā)送，使得算法的能耗較低。
　?。?）在高效節(jié)能的算法基礎(chǔ)上又提出了基于間歇性觀測(cè)的時(shí)鐘同步算法，該算法中節(jié)點(diǎn)采用休眠機(jī)制，算法將得到的間歇性觀測(cè)信息用卡爾曼濾波器進(jìn)行迭代，對(duì)頻率漂移和時(shí)鐘偏差進(jìn)行更新。由于采用了休眠機(jī)制以及間歇性觀測(cè)，使得算法在估計(jì)