随着信息技术和海洋科技的飞跃发展，作为一种新兴的海洋信息采集技术，水下声学传感器网络（Underwater Acoustic Sensor Networks, UASN）越来越受到重视，被广泛应用于海洋环境监测、海洋污染监控、海洋资源勘测、水下目标的探测、跟踪和定位等领域。该网络的主体由水面基站和水下传感器节点组成，节点部署范围大、密度低；节点之间采用水下声波通信，而水声通信的链路质量受海洋环境变化的复杂因素影响，具有低传播速度、高延迟、延迟时变、高误码率、低带宽、多途效应严重及高能耗等特点。时间同步是传感器网络中一项重要的支撑技术，它为协调跨多节点的传感与驱动提供统一的参考时钟，是节点协同工作的基础，传感器网络的数据融合、时分复用调度、节点定位和协同休眠等关键技术都依赖于节点间的时间同步。由于水下传感器网络采用声波通信，传播速度低且通信链路较长，并考虑到节点在水下随海流移动，导致了巨大的传播延迟和时空不确定性，使得传统的陆上无线传感器网络时间同步算法不能直接应用于水下。因此，UASN时间同步中必须同时考虑延迟时变性和节点相对运动造成的影响，这为同步算法研究带来了新的挑战。目前，国内外对于UASN时间同步算法的研究，主要采用基于单信标单跳的点到点同步机制，即假定整个网络或网络的一个分簇中，每个节点都存在到信标节点的单跳路由，通过与信标节点的多次消息交互和计算，即可完成全网时间同步。但是，由于海洋监测任务涉及范围较大，实际中水下节点多采用0.5km~2km的长间距部署，节点间通信方式一般采用基于多跳传输的机会路由。所以，现有的点到点同步算法，难以适应水下传感器网络的实际部署要求。本文为解决多跳网络中同步精度随跳数降低的问题，研究和设计基于多信标节点和多跳传输的多源同步消息融合算法，充分利用多源同步消息的时间有效性，以提高整个网络的同步精度。本文提出水下传感器网络多源时间同步算法MSTS（Multi-Source Time Synchronization），采用仿真实验探究方法评估路径跳数对于同步消息时间有效性的影响，在多次消息交互中融合不同有效性的同步消息，运用以消息时间置信度为权的加权线性拟合，估计节点时钟频率偏斜和相位偏差。同时，为准确评估水下同步算法的性能，本文研究和开发了水下传感器网络仿真系统（Underwater Sensor Network Simulator，UWSN-Sim），建立水声通信模拟环境及节点运动模型，模拟多时间基准节点条件下的多跳同步消息传输。利用UWSN-Sim仿真系统，设置不同的仿真场景和通信参数，通过大量仿真实验模拟水下传感器网络不同的拓扑结构和部署规模，验证了MSTS算法在多跳拓扑下具有较高的同步精度；并且，在大规模部署的多跳网络中，与逐跳迭代同步的MU-Sync算法相比较，MSTS算法以较低的平均消息开销和更短的总体运行耗时，达到了更高数量级的同步精度。