專利名稱：工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精確時(shí)間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的一 種精確時(shí)間同步方法。
技術(shù)背景工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)作為工業(yè)通信技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)全新的方向，是新興學(xué) 科與傳統(tǒng)學(xué)科進(jìn)行領(lǐng)域間學(xué)術(shù)交叉的結(jié)果，己經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣 泛關(guān)注，并成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)間同步問(wèn)題無(wú)論在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都具有重要的 價(jià)值，它是保證任何一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)或分布系統(tǒng)各種性能的基礎(chǔ)。時(shí)間同步機(jī)制在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，NTP(Network Time Protocol )是Internet 采用的時(shí)間同步協(xié)議，具有精度高、魯棒性好和易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛使 用，但是它依賴的條件在工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中難以滿足，例如，NTP協(xié)議應(yīng)用在已 有的有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)鏈路失敗的概率很小，NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定， NTP協(xié)議需要通過(guò)頻繁交換消息來(lái)不斷校準(zhǔn)時(shí)鐘頻率偏差帶來(lái)的誤差，CPU使 用、信道監(jiān)聽和占用都不受任何約束等；RBS (Reference Broadcast Synchronization)雖然消除了發(fā)送端傳播延遲引入的同步誤差，提高了同歩 精度，但是這種方法只適用于小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展性差，交換消息數(shù)量多； TPSN (Timing-sync Protocol for Sensor Networks)將NTP時(shí)間同歩方法 引入到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，取得了比較好的精度，但是同步過(guò)程復(fù)雜度相對(duì)較大， 交換的消息數(shù)量多，收斂速度慢。因此，本發(fā)明針對(duì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線鏈 路質(zhì)量受環(huán)境影響往往較差、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化、資源能量有限等獨(dú)特 性提出了工業(yè)無(wú)線的 一種時(shí)間同步方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，根據(jù)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能源供應(yīng)有限、動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的開放性等特點(diǎn)，提出適合工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 的一種精確時(shí)間同步方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分層分級(jí)管理，逐級(jí)進(jìn)行時(shí)間同步， 最后達(dá)到全網(wǎng)時(shí)間同步，在滿足工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能要求的前提下確保整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)按照統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)尺運(yùn)行，有效解決工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部時(shí)鐘統(tǒng)一的問(wèn)題， 保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，是確定性調(diào)度、自適應(yīng)跳信道等其它技術(shù)的基礎(chǔ)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中各層 設(shè)備的級(jí)別，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分層分級(jí)管理，上一級(jí)設(shè)備作為父設(shè)備，下一級(jí)設(shè) 備作為子設(shè)備，設(shè)置父設(shè)備的時(shí)鐘為子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，父設(shè)備周期性發(fā)送 附帶時(shí)間同步信息的信標(biāo)幀，在發(fā)送信標(biāo)幀過(guò)程中，利用SFD中斷捕捉發(fā)送 時(shí)間戳，并將發(fā)送時(shí)間戳放入信標(biāo)幀尾部和信標(biāo)幀一并發(fā)送，子設(shè)備在接收信標(biāo)幀過(guò)程中，記錄下利用SFD中斷捕捉的接收時(shí)間戳，接收完成后解析信標(biāo)幀獲得發(fā)送時(shí)間戳，得到一對(duì)發(fā)送接收時(shí)間戳對(duì)，子設(shè)備采用最小二乘法擬合最近N次的時(shí)間戳對(duì)，得到本設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間偏 差，補(bǔ)償本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)子設(shè)備與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步；對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有子設(shè) 備循環(huán)執(zhí)行上述與父設(shè)備的同步過(guò)程，直至網(wǎng)絡(luò)中所有的下一級(jí)設(shè)備都完成 與其上一級(jí)設(shè)備的時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的時(shí)間同步。本發(fā)明設(shè)計(jì)的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，通過(guò)動(dòng)態(tài)估計(jì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備之間的時(shí)鐘頻率偏差和當(dāng)前時(shí)間偏差，并利用估計(jì)的偏差值對(duì)設(shè)備時(shí)鐘進(jìn) 行補(bǔ)償，從而遏制了在兩次同步操作之間時(shí)間段內(nèi)同步誤差的自由增長(zhǎng)，有 效提高了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的精度。這種方法具有良好的自適應(yīng)性、可 擴(kuò)展性和較高的同步精度，在低能量消耗的情況下得到較高的時(shí)間同步精度。將FTSP協(xié)議與本發(fā)明提供的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法相結(jié)合，可以在 不增加報(bào)文個(gè)數(shù)的前提下，大幅度地提高FTSP時(shí)間同步算法的同步精度，大 幅度提高在兩次同步操作之間的時(shí)間段內(nèi)的同步精度，使得即使在深度休眠 的狀況下或者很低的同步操作頻率下，也能獲得很高的同步精度。能提高確 定性調(diào)度的精度、數(shù)據(jù)融合的程度、低功耗的協(xié)議性能等直接關(guān)系到工業(yè)無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)性能的各項(xiàng)指標(biāo)。


圖l:時(shí)間同步處理流程2:信標(biāo)幀結(jié)構(gòu)3:信標(biāo)幀發(fā)送示意4:星型網(wǎng)絡(luò)同步精度對(duì)比示意圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明基于FTSP協(xié)議的信標(biāo)幀附帶時(shí)間同步信息，子設(shè)備通過(guò)動(dòng)態(tài)地估 計(jì)與其父設(shè)備之間的時(shí)鐘速率偏差，并利用估計(jì)的時(shí)鐘速率偏差對(duì)本地時(shí)鐘 進(jìn)行補(bǔ)償，從而遏制了在兩次同步操作之間時(shí)間段內(nèi)時(shí)鐘誤差的自由增長(zhǎng)， 有效地提高了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的精度。本發(fā)明提供的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精確時(shí)間同步方法，獨(dú)立于具體的時(shí)間同步 算法，通過(guò)動(dòng)態(tài)估計(jì)設(shè)備之間的時(shí)鐘速率偏差，根據(jù)已經(jīng)估計(jì)出的時(shí)鐘速率 偏差信息對(duì)設(shè)備時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到提高時(shí)間同步算法精度的目的。由于受到生產(chǎn)工藝及外界環(huán)境如電壓、溫度、濕度、晶體老化等因素的影 響，晶體振蕩器的實(shí)際震蕩頻率與其標(biāo)稱頻率不能一致。通過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)即使是具有相同標(biāo)稱頻率的晶體振蕩器，它們的實(shí)際震蕩頻率也是有差值的，而該值就是設(shè)備時(shí)鐘偏差不斷增大的主要原因。若能獲得設(shè)備間時(shí) 鐘頻率偏差并利用該信息對(duì)設(shè)備的時(shí)鐘進(jìn)行補(bǔ)償，將會(huì)大幅度地提高時(shí)間同 步的精度。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中，根據(jù)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置，設(shè)置網(wǎng)絡(luò) 中各層設(shè)備的級(jí)別，上一級(jí)設(shè)備作為下一級(jí)設(shè)備的父設(shè)備，下一級(jí)設(shè)備作為 上一級(jí)設(shè)備的子設(shè)備，將網(wǎng)絡(luò)中最上層層次結(jié)構(gòu)中的父設(shè)備的時(shí)鐘設(shè)置為標(biāo) 準(zhǔn)時(shí)鐘，父設(shè)備周期性發(fā)送附帶時(shí)間同步信息的信標(biāo)幀，并將發(fā)送時(shí)間戳放入信標(biāo)幀尾部和信標(biāo)幀一并發(fā)送；子設(shè)備在接收信標(biāo)幀過(guò)程中，記錄下利用 SFD中斷捕捉的接收時(shí)間戳，接收完成后解析信標(biāo)幀獲得發(fā)送時(shí)間戳，得到一 對(duì)發(fā)送接收時(shí)間戳，這樣接收到N次信標(biāo)幀就有N對(duì)發(fā)送接收時(shí)間戳，子設(shè) 備采用最小二乘法擬合最近N次的時(shí)間戳對(duì)，得到本設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間偏差，補(bǔ)償本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)子設(shè)備與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步；網(wǎng)絡(luò)中其他子設(shè)備循環(huán)執(zhí)行上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步，直至網(wǎng) 絡(luò)中所有的下一級(jí)設(shè)備都完成與其上一級(jí)設(shè)備的時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的時(shí)間 同步。以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示為本發(fā)明所述的時(shí)間同步處理流程圖，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu) 中，最上層的父設(shè)備將信標(biāo)幀放入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送，信標(biāo)幀中附帶有時(shí)間同步信息，當(dāng)發(fā)送到SFD部分時(shí)產(chǎn)生中斷，將發(fā)送時(shí)間戳加入信標(biāo)幀預(yù)留 的時(shí)間戳位置，與信標(biāo)幀一并發(fā)送。子設(shè)備接收信標(biāo)幀，在接收到SFD部分 時(shí)產(chǎn)生中斷，記錄下子設(shè)備的接收時(shí)間戳，子設(shè)備根據(jù)接收到的信標(biāo)幀解析 發(fā)送時(shí)間戳，發(fā)送時(shí)間戳與接收時(shí)間戳組合成一對(duì)接收發(fā)送時(shí)間戳，采用最 小二乘法對(duì)最近的N次接收發(fā)送時(shí)間戳進(jìn)行擬合得到時(shí)鐘頻率偏差和當(dāng)前時(shí) 間偏差，對(duì)本地時(shí)鐘進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)，達(dá)到和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的精確時(shí)間同歩。設(shè)備休眠時(shí)，利用休眠前最后N次的發(fā)送接收時(shí)間戳進(jìn)行擬合，對(duì)本地 時(shí)鐘進(jìn)行頻率偏差補(bǔ)償。如圖2所示為本發(fā)明提供的信標(biāo)幀結(jié)構(gòu)圖，物理層的信標(biāo)包(PPDU)由前 同步碼、定界符(SFD)、幀長(zhǎng)和物理層信標(biāo)包載荷(PSDU)構(gòu)成，物理層信 標(biāo)包載荷是MAC層生成的MAC層信標(biāo)幀，MAC層信標(biāo)幀由MAC層幀頭(M服)、 MAC層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(MSDU)、時(shí)間戳和幀校驗(yàn)序列(FCS)構(gòu)成。當(dāng)發(fā)送方發(fā) 送到信標(biāo)幀的定界符時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生SFD中斷，接收方接收到信標(biāo)幀定界符時(shí)， 也產(chǎn)生SFD中斷，發(fā)送方和接收方通過(guò)SFD中斷捕捉各自的時(shí)間戳。信標(biāo)幀由父設(shè)備的MAC層生成，在信標(biāo)幀中預(yù)留發(fā)送時(shí)間戳位置，在父設(shè) 備發(fā)送信標(biāo)幀到定界符SFD時(shí)，產(chǎn)生中斷，把發(fā)送時(shí)間戳加入到信標(biāo)幀中預(yù) 留的時(shí)間戳位置，由于IEEE802. 15.4協(xié)議在2. 4G頻段上的傳輸速度為 250kbps，每個(gè)比特4us，當(dāng)發(fā)送到時(shí)間戳部分時(shí)中斷程序已經(jīng)運(yùn)行結(jié)束，時(shí) 間戳已經(jīng)加入預(yù)留位置，中斷加入時(shí)間戳過(guò)程和發(fā)送過(guò)程互不影響；接收信 標(biāo)幀時(shí)，在SFD中斷記錄下接收時(shí)間戳，以便解析信標(biāo)幀時(shí)與發(fā)送時(shí)間戳組合成一對(duì)時(shí)間戳進(jìn)行處理。由于發(fā)送點(diǎn)和接收點(diǎn)之間存在一定距離，發(fā)送和接收時(shí)間戳之間必然存在一定誤差，根據(jù)光在空氣中的傳播速度3X108m/s， 一微秒可以傳播300米，運(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的傳播耗時(shí)相對(duì)于整個(gè)時(shí)鐘誤差完全可以忽略不計(jì)。如圖3所示為本發(fā)明提供的基于最近N次FTSP同步操作估計(jì)出設(shè)備間的 時(shí)鐘相對(duì)頻率偏差的示意圖。發(fā)送方按本地時(shí)鐘間隔時(shí)間T周期性發(fā)送信標(biāo)幀，對(duì)第一級(jí)設(shè)備，父設(shè)備 在i;時(shí)刻發(fā)送，子設(shè)備在^時(shí)刻接收，上一級(jí)的子設(shè)備成為下一級(jí)的父設(shè)備， 對(duì)第二級(jí)設(shè)備，間隔時(shí)間T后，父設(shè)備在7;時(shí)刻發(fā)送，子設(shè)備在^時(shí)刻接收， 直至7;時(shí)刻，在發(fā)送過(guò)程中，利用SFD中斷將發(fā)送時(shí)間戳加入報(bào)文預(yù)留的時(shí) 間戳位置一并發(fā)送，接收方接收到信標(biāo)幀，利用SFD中斷記錄下接收的時(shí)間 戳，解析信標(biāo)幀報(bào)文獲得發(fā)送時(shí)間戳。這樣每接收一次信標(biāo)幀就得到一對(duì)發(fā) 送接收時(shí)間戳，根據(jù)每次信標(biāo)幀發(fā)送間隔T采用最小二乘法擬合最近N次時(shí) 間戳，得到本地時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差A(yù)r和當(dāng)前時(shí)間偏差A(yù)"本地時(shí)鐘 加上"補(bǔ)償本地時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)與父設(shè)備的時(shí)間同步。調(diào)用以下公式計(jì)算第i級(jí)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率偏差A(yù)r和當(dāng)前時(shí)間偏差A(yù)"<formula>formula see original document page 7</formula>式中，r,表示父設(shè)備第i次發(fā)送的時(shí)間戳，,,表示子設(shè)備第1次接收的時(shí)間戳，N表示時(shí)間戳對(duì)的個(gè)數(shù)。當(dāng)設(shè)備休眠時(shí)，通過(guò)休眠前最后N次的擬合結(jié)果，對(duì)設(shè)備本地時(shí)鐘周期性的加上Ar，對(duì)當(dāng)前子設(shè)備的時(shí)鐘頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到精確時(shí)鐘同步的目 的。以下以幾種具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的時(shí)間同步處理過(guò)程作具體描述。在星型網(wǎng)絡(luò)中，只有一層父設(shè)備和一層子設(shè)備，父設(shè)備周期性的發(fā)送信 標(biāo)幀，各個(gè)子設(shè)備接收到父設(shè)備發(fā)送的信標(biāo)幀后，利用接收發(fā)送時(shí)間戳計(jì)算 時(shí)鐘頻率偏差和當(dāng)前時(shí)間偏差，對(duì)本地時(shí)鐘進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有子設(shè) 備與父設(shè)備之間的時(shí)鐘同步。在樹型層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備都設(shè)置有惟一的標(biāo)識(shí)號(hào)ID，整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)所有設(shè)備按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)間同步。首先將協(xié)調(diào)器賦予最高級(jí)別(第0 級(jí))，協(xié)調(diào)器的子設(shè)備設(shè)置為第1級(jí)，以此類推，第i級(jí)的設(shè)備至少能夠與一 個(gè)第(i-l)級(jí)的設(shè)備通信；第1級(jí)設(shè)備作為子設(shè)備接收其父設(shè)備協(xié)調(diào)器發(fā)送的信標(biāo)幀，并同步到協(xié)調(diào)器，第i級(jí)的所有設(shè)備同步到第(i-l)級(jí)的設(shè)備，最終所有設(shè)備都同步到協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。以下對(duì)上述同步的過(guò)程進(jìn)行具體描述。在協(xié)調(diào)器形成網(wǎng)絡(luò)，其他設(shè)備加 入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器通過(guò)廣播級(jí)別發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包啟動(dòng)層次發(fā)現(xiàn)階段，級(jí)別發(fā)現(xiàn)數(shù) 據(jù)包中包含設(shè)備的ID和級(jí)別(第0級(jí))；協(xié)調(diào)器的子設(shè)備收到協(xié)調(diào)器發(fā)送的 級(jí)別發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包后，將其設(shè)備級(jí)別設(shè)置為協(xié)調(diào)器的級(jí)別加l，即為第1級(jí)，第 1級(jí)設(shè)備然后廣播新的級(jí)別發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包，其中包含的設(shè)備級(jí)別為1;第i級(jí)設(shè)備收到第(i-l)級(jí)設(shè)備廣播的級(jí)別發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包后，記錄發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)包的設(shè)備ID，將其設(shè)置為自己的父設(shè)備，并設(shè)置自己的級(jí)別為i;持續(xù)上述層次識(shí) 別和級(jí)別設(shè)置過(guò)程，直到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)設(shè)備都賦予一個(gè)級(jí)別。設(shè)備一旦建立 自己的級(jí)別，就忽略任何其他級(jí)別發(fā)現(xiàn)，以防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生洪泛擁塞。層次結(jié) 構(gòu)建立以后，級(jí)別為0的協(xié)調(diào)器作為父設(shè)備，周期性的發(fā)送信標(biāo)幀，級(jí)別為l 的設(shè)備根據(jù)接收到的信標(biāo)幀，全部建立與父設(shè)備協(xié)調(diào)器的同步，級(jí)別為1的設(shè)備同步到協(xié)調(diào)器后，向自己的下一級(jí)設(shè)備廣播信標(biāo)幀，級(jí)別為2的設(shè)備根據(jù)接收到的信標(biāo)幀實(shí)現(xiàn)與級(jí)別為1的設(shè)備的同步。以此類推，級(jí)別為i的設(shè) 備通過(guò)接收到的信標(biāo)幀同步到級(jí)別為(i-l)的設(shè)備。協(xié)調(diào)器周期性廣播帶有時(shí)間同步消息的信標(biāo)幀，1級(jí)設(shè)備在收到協(xié)調(diào)器廣播的信標(biāo)幀后時(shí)間同步到協(xié)調(diào)器，同樣，2級(jí)設(shè)備在收到1級(jí)設(shè)備的信標(biāo)幀后同步到其父設(shè)備1級(jí)設(shè)備，這樣，每個(gè)設(shè)備與其父設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步，最終 所有設(shè)備都時(shí)間同步到協(xié)調(diào)器。為了更好地對(duì)本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行描述，我們使用第三方測(cè)試平臺(tái)對(duì)同步精度誤差進(jìn)行了實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量，如圖4所示為本發(fā)明工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步方法長(zhǎng)期運(yùn)行檢測(cè)的時(shí)間同步精度結(jié)果。第三方測(cè)試平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)完成時(shí)間 同步后廣播一個(gè)消息，然后收集網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備收到該消息的時(shí)間戳，測(cè)試時(shí)間為150min，每個(gè)設(shè)備收到消息的時(shí)間戳與協(xié)調(diào)器收到消息的時(shí)間戳進(jìn)行 比較，得到網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的同步精度誤差，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步精度誤差控制在 4.5^is以內(nèi)，很好的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精確時(shí)間同步。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并 不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精確時(shí)間同步方法，根據(jù)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中各層設(shè)備的級(jí)別，并將上一級(jí)設(shè)備作為父設(shè)備，下一級(jí)設(shè)備作為其子設(shè)備，設(shè)置父設(shè)備的時(shí)鐘為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，其特征在于，父設(shè)備的MAC層生成信標(biāo)幀，父設(shè)備周期性發(fā)送信標(biāo)幀，利用SFD中斷將發(fā)送時(shí)間戳加入信標(biāo)幀一并發(fā)送，其子設(shè)備在接收信標(biāo)幀過(guò)程中利用SFD中斷記錄接收時(shí)間戳，并解析信標(biāo)幀獲得發(fā)送時(shí)間，子設(shè)備得到一對(duì)發(fā)送接收時(shí)間戳；采用最小二乘法擬合最近N次的發(fā)送接收時(shí)間戳，得到本設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間偏差，補(bǔ)償本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)子設(shè)備與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步；對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有子設(shè)備執(zhí)行上述與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步過(guò)程，直至所有的下一級(jí)設(shè)備都完成與協(xié)調(diào)器的時(shí)鐘同步。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精確時(shí)間同步方法，其特征在于，父設(shè)備在發(fā) 送信標(biāo)幀的過(guò)程中，利用SFD中斷將發(fā)送時(shí)間戳加入信標(biāo)幀報(bào)文預(yù)留的時(shí)間 戳位置一并發(fā)送。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精確時(shí)間同步方法，其特征在于，根據(jù)以下公 式計(jì)算本設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差A(yù)r和時(shí)間偏差A(yù),:Afg 〃)g O-g W式中，r,表示父設(shè)備第i次發(fā)送的時(shí)間戳，f,表示子設(shè)備第i次接收的時(shí)間戳，N表示時(shí)間戳對(duì)的個(gè)數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精確時(shí)間同步方法，其特征在于，在節(jié)點(diǎn)設(shè)備 休眠時(shí)依據(jù)休眠前最近N次的發(fā)送接收時(shí)間戳數(shù)據(jù)擬合的時(shí)鐘頻率偏差周期 性的對(duì)本地時(shí)鐘進(jìn)行補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精確時(shí)間同步方法，涉及工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。針對(duì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能源供應(yīng)有限、動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的開放性等特點(diǎn)，提出獨(dú)特性的精確時(shí)間同步方法，采用分層分級(jí)同步策略，將工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)按層次結(jié)構(gòu)劃分，父設(shè)備的MAC層生成信標(biāo)幀，并周期性發(fā)送信標(biāo)幀，在信標(biāo)幀的收發(fā)過(guò)程中獲得時(shí)間戳，通過(guò)擬合最近N次的發(fā)送接收時(shí)間戳，得到本設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率偏差和時(shí)間偏差，補(bǔ)償本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)子設(shè)備與其父設(shè)備的時(shí)鐘同步；逐級(jí)進(jìn)行時(shí)間同步，最后實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的時(shí)間同步。在滿足工業(yè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)性能要求的前提下確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)尺下，保障系統(tǒng)正常的運(yùn)行。
文檔編號(hào)H04J3/06GK101335587SQ20081007002
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者劉渝燦, 平 王, 恒 王, 飛 王, 金基天 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)