水下传感网络同步机制的研究

发布时间：2017-05-24 01:00

  本文关键词：水下传感网络同步机制的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,无线传感器网络这种由传感器、微处理器和无线通信接口组成的采集数据、融合处理和通信为一体的网络,在国防军事、环境监测、卫生医疗、空间探索等领域都已经显示出了广阔的应用场景,引起了许多国家学术界和工业界的高度重视,成为当前国际上备受关注的研究热点。时钟同步是无线传感网络中的重要理论研究方向,对无线传感器网络的设计和应用起着至关重要的作用。但在水下无线传感网络中,由于水声通信导致了传播延时大,网络部署差异,节点移动性等因素,使得绝大部分陆地上的时钟同步无法移植于水下。论文以此为研究背景,对水下无线传感器网络的时钟同步算法进行研究。本文详细地分析了时钟同步技术的原理和现状,总结了水下无线传感网络面临的挑战和限制,再结合传统的陆地萤火虫同步机制,提出了萤火虫水下同步扩展方案,并通过大量的仿真对算法进行了验证和优化。本论文主要取得如下的研究成果:(1)基于萤火虫同步机制算法中的相位变化,提出了MS模型下的盲区和缓冲区两种相位区间,盲区是以忽略此区间内的信号接收来减小信号反射对自身同步的干扰,缓冲区则以将落入此区间的同步信号做激发处理来应对信号过激的情况,并提出了基于相位的动态分簇,通过仿真表明改进后的算法不仅提高了同步的成功率,并且更适合应用在水下传感网。(2)声传播导致了水下网络的高传播延时和延时易变,本文对此种情况下的水下萤火虫同步进行了研究。首先通过距离计算得出其他节点的真实信号发射时间,依此对本节点的相位做出正确的相位调整;另外节点采取基于浮标和锚的双向固定技术控制其游动范围,限制了延时数值的变化范围,从而该同步算法机制适用于水下无线传感网等资源受限的高延迟网络。并针对现有算法中环境模拟的不足,加入了海水声速模型和水流流动模型,验证了算法在更真实的水下环境中具备可实施性和抗干扰性。(3)最后本文提出了一种基于正反向耦合的新型同步算法机制,利用相位功能分区使得相位跳变方向随区间而变化,通过一系列仿真表明同步精度更准、效率更高,使得水下萤火虫同步算法更加完善,更有实施性和扩展性。本文的研究工作对水下萤火虫同步方案面临的主要挑战进行了分析,分别提出了相应的解决方案,有一定的理论意义和实际应用前景。
【关键词】：水下传感器网络 萤火虫同步 长延时 正反向耦合
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.3
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题研究的背景和意义12-16
• 1.1.1 研究背景12-15
• 1.1.2 国内外研究现状15-16
• 1.2 论文的研究内容及安排16-19
• 1.2.1 研究内容和主要工作16-18
• 1.2.2 论文的结构安排18-19
• 第二章 水下传感器网络同步方案19-33
• 2.1 传统水下传感器网络体系结构19-22
• 2.2 传统水下传感网络同步机制22-26
• 2.2.1 TSHL同步机制22-23
• 2.2.2 MU-Sync同步机制23
• 2.2.3 Mobi-Sync同步机制23-24
• 2.2.4 D-Sync同步机制24-25
• 2.2.5 DA-Sync同步机制25-26
• 2.3 水下同步机制比较26-27
• 2.4 萤火虫同步方案27-31
• 2.4.1 萤火虫同步模型28-29
• 2.4.2 RFA同步算法29-30
• 2.4.3 同步时域不应期30-31
• 2.5 萤火虫水下同步的主要需求31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 水下萤火虫同步创新模型33-48
• 3.1 相位盲区(blind area)33-37
• 3.1.1 陆地萤火虫同步相位盲区33-35
• 3.1.2 水下同步相位盲区35-37
• 3.2 相位缓冲区(buffer area)37-42
• 3.2.1 算法模型37-39
• 3.2.2 仿真结果及分析39-42
• 3.3 动态分簇同步42-47
• 3.3.1 优化系统模型43-44
• 3.3.2 分簇初始阶段44-45
• 3.3.3 簇内同步45
• 3.3.4 簇间同步45-46
• 3.3.5 实验仿真结果及分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 UWSN萤火虫同步算法应用与优化48-73
• 4.1 萤火虫算法的抗长延时性48-53
• 4.1.1 水下传播延时估计48-49
• 4.1.2 长延时下的萤火虫同步49-51
• 4.1.3 仿真结果与分析51-53
• 4.2 萤火虫算法的抗延时易变性53-60
• 4.2.1 传统节点部署方案53-54
• 4.2.2 基于海平面和海底固定节点部署54-55
• 4.2.3 绳索牵引下的节点固定技术55-57
• 4.2.4 节点移动性引起同步抖动57-60
• 4.3 海水声速对延迟的影响60-63
• 4.3.1 水声声速的易变性60-61
• 4.3.2 仿真结果与分析61-63
• 4.4 加入水流模型的萤火虫同步63-66
• 4.4.1 水流运动模型63-64
• 4.4.2 仿真结果及分析64-66
• 4.5 基于脉冲耦合振荡器的水下算法优化66-72
• 4.5.1 脉冲耦合振荡器中的负耦合现象66-67
• 4.5.2 正反向耦合水下萤火虫同步67-70
• 4.5.3 仿真结果与分析70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文78-79
• 作者在攻读硕士学位期间所作的项目79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张娜;王新宏;;宽带水声信号传播损失分析[J];国外电子测量技术;2010年01期

2 洪锋;张玉亮;杨博真;郭瑛;郭忠文;;水下传感器网络时间同步技术综述[J];电子学报;2013年05期

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本文编号：389448