水下无线传感器网络中的时钟同步、定位与数据传输研究

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1、分类号：TP393单位代码：10183研研究生学号：2015531008密级：公开水下无线传感器网络中吉林大学的时钟博士学位论文同步、定位水下无线传感器网络中的时钟同步、定位与数据传输研究与数Researchontimesynchronization,localizationanddata据传transmissioninunderwaterwirelesssensornetworks输研究吉林作者姓名：王兴旺大学专业：计算机系统结构研究方向：无线传感器网络指导教师：魏晓辉教授培养单位：计算机科学

2、与技术学院2018年6月水下无线传感器网络中的时钟同步、定位与数据传输研究Researchontimesynchronization,localizationanddatatransmissioninunderwaterwirelesssensornetworks作者姓名：王兴旺专业名称：计算机系统结构研究方向：无线传感器网络指导教师：魏晓辉教授学位类别：工学博士培养单位：计算机科学与技术学院论文答辩日期：2018年06月09日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席姜守旭教授哈

3、尔滨工业大学委员孔俊教授东北师范大学张德悦教授吉林大学韩月才教授吉林大学刘军教授吉林大学徐高潮教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含

4、任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2018年06月10日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文

5、评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：计算机系统结构论文题目：水下无线传感器网络中的时钟同步、定位与数据传输研究作者签名：指导教师签名：2018年06月10日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学计算机楼（130012）作者联系电话：15590545413摘要水下无线传感器网络中的时钟同步、定位与数据传输研究随着社会的发展，人类对资源的需求也在不断增加，由于陆地上资源的不断消耗，占据了地球表面积的71%的海洋湖泊

6、等水域越发吸引人类的目光。对海洋的认知是对海洋进行开发的前提，虽然在史前人类就已经开始依靠海洋生活，但是目前人类对海洋特别是深海的认知还非常浅薄。由于水下传感器网络能够快速、大范围布放，长时间、全天候对所在区域进行信息采集、传输，具有很强的自治性和智能性，是研究和利用海洋的利器，因此成为了一个新的研究热点。时钟同步、节点定位和数据传输是水下传感器网络中的关键技术和应用。在水下环境中电磁信号衰减严重，水声是水下通信的主要方式。由于水声通信的高延迟、低带宽和多径效应等特性，以及水下节点的移动性，不能

7、直接将陆上无线传感器网络中的相关技术移植到水下无线传感器网络中，因此需要专门设计适用于水下声学通信的时钟同步、节点定位和数据传输方法。本文分析了水下时钟同步、节点定位和数据传输的主要挑战，给出了相应的算法来解决以上问题，并通过大量的数值模拟实验，验证了提出的算法的正确性与性能。本文的主要贡献如下：1.时钟同步设计。通过对现有水下时钟同步的分析与比较，提出了一种基于声学信道状态的时钟同步方案，依据信号传播时间与信道相位的关系计算信道的传播时间，进而通过一次消息传输就可以计算出两个节点之间的时钟偏差

8、，通过一轮消息交换即可推算出两节点之间的时钟偏移率，无需进行复杂的节点速度估计和频繁的通信，在节约节点能量的同时保证了时钟同步的高效性。2.节点定位方案。以水下移动性较强的AUV为例，设计了一种新型的水下AUV定位算法，通过融合多种数据实现较为精准的基于水下传感网络的AUV定位。针对AUV集群，设计了AUV集群信标选择算法，并设计了AUV集群定位策略，通过参数的选择来平衡AUV集群定位的定位精度、AUV集群的总体生存周期和重定位的总能耗。I3.数据传输策略。由于水下数据采集是水下传感器网络的主要