一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制  

Design of a Time Synchronization Mechanism Based on Doppler Effect for Underwater Wireless Sensor Networks

作　　者：王建平[1,2] 孔德川[1] 陈伟[2] 

机构地区：[1]河南科技学院信息工程学院,河南新乡453003 [2]武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070

出　　处：《传感技术学报》2014年第5期680-686,共7页Chinese Journal of Sensors and Actuators

基　　金：国家自然科学基金项目(31371525);河南省教育厅科学技术研究重点项目(14A520067);河南省信息技术教育研究重点项目(ITE12037);河南省教育厅人文社会科学研究项目(2014-gh-245);2014年度河南科技学院教育教学改革研究重点项目(8)

摘　　要：时间同步是无线传感器网络的基础问题。电磁波在水下环境的传输衰损极大,为此水下无线传感器网络通常采用超声波实现信息传输。由于超声波较低的传输速率和传感器节点在水中的运动,必将导致严重的信号传输延迟。构建了一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制,通过检测接收到的超声波频率变化来实现时间同步校正。基于MATLAB实现了该同步算法的仿真。实验结果显示,传感器的采样时间间隔越短,移动速度越快,在水中所处的深度越小,整个系统的同步性越高。Time synchronization is the fundamental problem of wireless sensor networks （WSN）. Transmission fading of radio in underwater environment is extremely large, so it often uses ultrasound to transmit data in underwater wireless sensor networks（UWSNs）. Due to the low transmission rate of ultrasound and moving of the sensor nodes in underwater environment, it will lead to serious signal transmission delay. In this paper, we design a time synchronization mechanism based on Doppler Effect for UWSNs. It can achieve time synchronization correction by detecting the received ultrasonic frequency variation. We test the performance of the synchronization mechanism by MATLAB. The experimental results show that, if the sampling time interval is shorter, the moving speed is faster and the depth of sensors in the water is smaller, the synchronicity will be higher.

关 键 词：多普勒效应 水下无线传感器网络 时间同步 时钟偏移 

分 类 号：TP393[自动化与计算机技术—计算机应用技术]