[发明专利]一种水下传感器网络时间同步方法

说明书

本发明公开了一种水下传感器网络时间同步方法，同步方法是基于多个节点的水下传感器网络实现的，所述节点为水下传感器，所述水下传感器网络包括处理器、水声收发器、换能器、水听器；所述处理器电性连接水声收发器；所述处理器电性连接当前位置及时间信息提供模块，在水下传感器网络中，待同步传感器节点可通过与邻居节点交换数据包的发送/接收钟面时刻，拟合各邻居节点钟面时间与自身钟面时间的线性回归式，不断迭代更新自身钟面时间参数，从而实现传感器节点间的时钟同步；本发明允许的网络节点的时间同步不依赖于某个特殊的节点(时间基准节点)，具有收敛速度较快、抗毁性能较强等特点。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体为一种水下传感器网络时间同步方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，海洋在人类的生存活动领域内越发重要，但人们需要在海洋之中布置水声传感器网络，以此来对其进行研究。而随着对海洋战略的日益重视，水下传感器网络得到了广泛的关注。水下传感器网络在海底探测、海洋开发及国家安全上起着关键的作用。网络节点间的时间同步是传感器节点之间协同运作的基础，但由于水下传感器网络采用水声通信方式，与陆地传感器网络特点不同，因此给时间同步算法的研究带来了新的挑战。

在传感器网络中，由于各节点固有的晶体频率，导致各节点的本地时钟不统一。在水声传感器网络的时间同步过程中，需要对时钟漂移率和时钟偏差两个参数进行估计。现有的水下传感器网络节点主要是依靠待同步节点与时间基准节点之间进行双向数据包交换来实现时间同步，利用数据包中携带的发送和接收数据包时刻的时间戳，实现两个节点的时间同步，继而通过两两节点的同步达到整个网络的时间同步。

与陆地无线环境不同，水下声信号传播速度慢且水下节点资源能源受限，不能够像陆地上那样频繁地进行同步操作。目前解决水下两个节点时间同步问题的方法包括TSHL、MU-Sync、E MU-Sync、Mobi-Sync、D-Sync 和DA-Sync等。但现有的同步方法大部分都没有充分利用水声信道天然的广播特性，同步效率较低，且依赖于参考节点。本专利给出的方法，可允许网络节点的时间同步不依赖于某个特殊的节点，具有收敛速度较快、抗毁性能较强等特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水下传感器网络时间同步方法，解决了现有技术的部分技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种水下传感器网络时间同步方法，同步方法是基于多个节点的水下传感器网络实现的，所述节点为水下传感器，所述水下传感器网络包括处理器、水声收发器、换能器、水听器；所述处理器电性连接水声收发器；所述处理器电性连接当前位置及时间信息提供模块，所述水声收发器电性连接换能器、水听器，所述换能器、水听器电性连接水声信道；

所述处理器用于运行CO-Sync协议，同时用于接收获取的当前位置和时间信息，并将CO-Sync协议运行的日志、收发数据包的信息实时写入并进行一系列的计算分析处理；

所述水声收发器用以将电信号发送给换能器进行转换，从水听器接收转换后的电信号。

所述换能器将电能转换为声能，由电子振荡器产生电信号激发换能器产生机械振动来推动水介质向水中发射声波。

所述水听器负责将水声信号转换为电信号，即声能转换为电能，其在声波的激励下产生振动，从而将声信号转换为电信号。

所述同步方法为：在水下传感器网络中，待同步传感器节点可通过与邻居节点交换数据包的发送/接收钟面时刻，拟合各邻居节点钟面时间与自身钟面时间的线性回归式，不断迭代更新自身钟面时间参数，从而实现传感器节点间的时钟同步；具体包括如下步骤：

步骤1、初始化传感器网络中所有节点的钟面时间修正系数α_i和β_i，同时将迭代计数器数值设置为0；