發(fā)布時間：2021-08-27 00:33

　　水聲傳感器網(wǎng)絡在海洋軍事應用、海底探測、海洋環(huán)境監(jiān)測以及國家安全等領域上起著關鍵作用。時鐘同步對水聲傳感器網(wǎng)絡至關重要,是節(jié)點定位、數(shù)據(jù)融合、功耗管理和傳輸調(diào)度等應用的基礎。水聲傳感器網(wǎng)絡存在傳播延遲長、傳輸帶寬受限、節(jié)點具有移動性等問題�，F(xiàn)有同步算法重點在于水聲傳感器網(wǎng)絡節(jié)點兩兩同步,對全局同步問題的研究較少。針對以上問題,本文提出水聲傳感器網(wǎng)絡中成對節(jié)點的時鐘同步算法K-Sync,以及全局的時鐘互同步算法CO-Sync。K-Sync算法利用傳感器節(jié)點相對速度和相對距離的時間相關性,建立系統(tǒng)的線性模型,通過卡爾曼濾波器,對歸一化時鐘頻率和時鐘偏差進行估計,從而實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的時鐘同步。通過與現(xiàn)有方法在不同的場景下的仿真對比表明,K-Sync算法在歸一化時鐘頻率、累積時鐘偏差等關鍵指標上具有較好的精度。特別地,K-Sync算法在經(jīng)驗運動模型下,具備同步消息交互間隔小、響應時間短時,同步精度高等優(yōu)點。針對傳感器網(wǎng)絡全局時鐘同步問題,本文提出了 CO-Sync算法,并對該算法的有效性進行了數(shù)學證明。該算法不需要全局參考節(jié)點,節(jié)點通過和鄰居節(jié)點兩兩同步獲取相對時鐘信息來補償自身的時鐘參數(shù),... 

【文章來源】：廈門大學福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１水聲傳感器網(wǎng)絡結(jié)構??

圖３－２待同步節(jié)點靜止條件下歸一化時鐘頻率誤差??三種方法的累積時鐘偏差值在１５次同步消息交互之后，均在２０ｕｓ以下。??由圖３－２可知，對于時鐘頻率估計誤差的均值，ＭＵ－Ｓｙｎｃ和Ｄ－Ｓｙｎｃ算法估??計誤差的均值始終為零。而本文提出的Ｋ－Ｓｙｎｃ算法在待同步節(jié)點靜止的場景下??需要一定次數(shù)的迭代，估計誤差的均值才接近零，因為卡爾曼是一個不斷迭代的??過程。??對于估計誤差的方差，三種算法的估計誤差隨著交互次數(shù)的增加而不斷降??低，在足夠多次同步消息交互后，都能達到較高的同步精度。然而Ｋ－Ｓｙｎｃ算法??在交互次數(shù)達到１５次之后，歸一化時鐘頻率估計誤差的方差已經(jīng)趨于一個穩(wěn)定??值，而ＭＵ－Ｓｙｎｃ和Ｄ－Ｓｙｎｃ算法隨著交互次數(shù)增加緩慢減少，這是由算法自身的??特性決定的，線性回歸的方法在數(shù)據(jù)越多時可以得到更高的精度，而仿真中??Ｋ－Ｓｙｎｃ的系統(tǒng)方程始終使用同一個誤差協(xié)方差，收斂速度和收斂速度無法兼顧，??需要使用自適應的方法以提高精度。??３２

考慮水下被動節(jié)點最大移動速度１．６７ｍ／ｓ［３９］，并且速度值不會有太大波動，??所以設置待同步節(jié)點相對參考節(jié)點的移動速度分別為１．６７ｍ／ｓ和０．５ｍ／ｓ，疊加零??均值方差為Ｏ．ｌｍ／ｓ的高斯噪聲。仿真得到歸一化時鐘頻率誤差如圖３－３所示：??３．５?ｒＸ１０＂６??３?－?—??２．５?＝?￣?￣?—??丄丄丄??丄?丄??２?－??＿?丁????班?—Ｊ—?ＭＵ－Ｓｙｎｃ??勝?１５?＂?—Ｉ—Ｄ－Ｓｙｎｃ??１?ｔ?－＾－Ｋ－Ｓｙｎｃ??＿?０．５?－?Ｔ??Ｉ?Ｔ?Ｔ?Ｔ?Ｔ?Ｔ??■°－５－——：：——Ｊ——Ｉ——Ｊ——Ｉ——±——Ｉ??－１?－?一??＿１．５?１?１?１??５?１０?１５?２０??同步消息交互次數(shù)??圖３－３帶噪聲勻速運動條件下歸一化時鐘頻率估計誤差??累積時鐘偏移的估計誤差如圖３－１所示：??３３??


本文編號：3365280