水下传感器网络的定时定位协议研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文水下传感器网络的定时定位协议研究硕士研究生：张丽璇指导教师：李想＿＼学科、专业：水声工程论文主审人：张殿伦哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文水下传感器网络的定时协议研究硕士研究生：张丽璇指导教师：李想学位级别：工学硕士学科、专业：水声工程所在单位：水声工程学院论文提交日期：2018.03.06论文答辩日期：2018.03.11学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegre

2、eofM.EngResearchonTimeSynchronizationProtocolforUnderwaterSensorNetworksCandidate:ZhangLixuanSupervisor:LiXiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:UnderwaterAcousticEngineeringDateofSubmission:December22,2017DateofOralExamination:March11,2018University:HarbinEngineering

3、University摘要传感器的定位、一些水下调度机制和一些休眠制度等都需要有一个准确的同步时钟提供支持。水下环境信息采集、水下目标的检测与跟踪及部分防冲突的MAC协议都需要节点提供位置。因而水下传感器网络定时定位技术是水下传感器网络通信的核心技术之一。目前已有的水下传感器网络的定时定位协议大多适用于较少节点的情况，但很多海洋开发勘测等工作要建立在传感器节点组网的基础上，所以，针对适用于长时延大规模水下传感器网络定时定位的研究愈加具有意义。本文主要研究了TSHL、Tri-Message、DTSHL三种典型的水下传感器网络定时协议及LSHL定位协议。TSHL协议是第一个既

4、考虑了传播时延又考虑了时钟频偏的定时协议，其节点能耗较高；Tri-Message协议是一种轻量级时间同步协议，该协议通过主从节点的三次信息交互来估计从节点的时钟频偏及时钟偏差；DTSHL协议是一种适用于节点间位移呈匀速变化的水下传感器网络的定时协议；LSHL定位协议结合了逐级定位与三维欧式距离估计对大规模节点进行定位。本文在原协议基础上改进得到了点对点与广播联合式同步协议以及全广播式同步协议以适用于大规模水下传感器网络。点对点与广播联合式同步协议将原Tri-Message协议的第三次点对点信息发送改为广播式，全广播式同步协议是将主节点向从节点发送消息的方式都采取广播式，

5、无需进行大量的点对点的信息发送。针对LSHL定位协议本文将节点可估计的模糊位置携带在消息中发送出去，以提高定位覆盖率。仿真结果表明在20个节点规模下全广播式同步协议在同步效率及能耗方面都表现优异。仿真结果验证了改进的LSHL定位协议在定位覆盖率方面比原LSHL协议性能优异。关键词：大规模组网；水下传感器网络；定时协议；定位协议；NS2仿真ABSTRACTUnderwatersensornetworkshaveattractedmoreandmoreattentionduetotheirhugeapplicationvalue,inthefieldsofmarineres

6、ourcemonitoringandexploration,militaryworkanddisasterprediction.Timesynchronizationforsensorsisquietimportantforunderwaterlocalization,underwaterschedulingmechanismandsomeMACprotocols.Therefore,timesynchronizationtechnologyisoneofthecoretechnologiesintheunderwatersensornetworks.Itiswellk

7、nownthatacousticwaveisthemediumofinformationtransmissioninthewater,whereas,thespeedofacousticwaveinthewaterisabout1500m/swhichmakesthepropagationdelayverylong.Furthermore,thephenomenonofsignalattenuationandmultipathinterferenceissevereintheunderwatercommunicationenvironme