[发明专利]一种水下滑翔机间的时间同步与多址接入融合方法

说明书

本发明涉及一种面向水下滑翔机的时间同步和多址接入融合方法，将每个滑翔机组看做一个整体，保障同一条通信链路上的滑翔机组间能够进行无信标、局部的时间同步，同时，将时间同步和多址接入的控制帧进行融合，用于滑翔机间的信息交换，设同一条链路上的滑翔机组GT‑A和GT‑B都同时想要传输数据给GT‑C，GT‑A和GT‑B在一个时隙开始时，发送REQUEST帧给GT‑C；REQUEST帧包含声信道增益和信道状态的信道信息，发送时刻t_g1，以及根据是否需要进行时间同步而设置的Sync部分，如果组间仅需要完成多址接入过程，则将Sync取值设为0；若需要同时完成组间时间同步和多址接入过程，则将Sync设为为1。

技术领域

本发明涉及水下无线传感器网络领域，具体讲的是一种面向多个水下滑翔机协同工作的水下网络的时间同步与多址接入的融合方法。

背景技术

水下传感器网络中，由于传统的传感器节点有限的能量和移动范围，因此水下滑翔机凭借其具有较长的电池寿命和数千米的下潜能力，被广泛应用于长时间、大范围的海洋环境监测中。而单个滑翔机的监测区域有限，因此水下传感器网络常采用多个滑翔机按照一定规划编队航行，协同工作完成监测任务。然而，水下滑翔机组网受复杂水体环境的影响，还常存在很多关键问题。例如，水下工作的滑翔机能够周期地浮到水面上使用全球导航系统(GPS)完成时间同步，相互之间保持统一的标准时钟。但在某些军事项目中，滑翔机不能经常浮到水面上以免被发现，无法直接利用GPS获取标准时钟戳，这将严重导致滑翔机无法进行时间同步。

目前，水下传感器网络中的时间同步算法大多致力于解决长传输延时，节点移动性等问题，但由于水下滑翔机存在无法直接利用GPS获取标准时间戳以及移动范围较广等特殊的现实问题，现存有的时间同步算法大多不足以保证水下滑翔机组网实现时间同步。并且，水下节点间完成时间同步常采用全局的时间同步方法，这常会造成节点发送控制帧的冗余以及加大了网络开销，因此，如何在降低开销的前提下完成水下节点间的时间同步过程也成为了一项挑战。

此外，尽管水下传感器网络的时间同步和多址接入控制协议是紧密相关的，但二者的过程往往是独立进行的。在同步过程中，节点间通过MAC层的分组传输实现时间戳的交换；在MAC层传输协议中，节点间通过控制帧的交换，达到沟通目的。两个交换过程分别独立进行，大大增加了控制帧交换次数，造成时间资源和能量资源的浪费。

因此，本发明提出了一种面向水下滑翔机的时间同步与多址接入的融合方法。在组间进行无信标、局部的时间同步方法，同时，提出一种新的控制帧用于节点间的信息交换，从而可以将多址接入与时间同步过程相融合。本发明旨在提高投递率，降低同步误差，节约网络开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高水下滑翔机组间时间同步的精度的水下滑翔机间的时间同步与多址接入融合方法。本发明考虑滑翔机间的相对移动性来完成时间同步，在保证滑翔机组内时间同步的前提下，将各滑翔机组看成一个整体，在滑翔机间进行无信标，局部的时间同步，保证在一条链路上的各个滑翔机组间的时间同步，相比于采用全局的时间同步方法可以节省同步的控制帧发送数量，降低开销。同时，将时间同步和多址接入的控制帧融合为一个新的控制帧，能够用于时间同步和多址接入两过程，减少控制帧的交换次数，从而提高能量效率，降低时间和能量资源的浪费。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种面向水下滑翔机的时间同步和多址接入融合方法，将每个滑翔机组看做一个整体，保障同一条通信链路上的滑翔机组间能够进行无信标、局部的时间同步，同时，将时间同步和多址接入的控制帧进行融合，用于滑翔机间的信息交换；步骤如下：