[發明專利]基于預測補償的工業無線網絡高精度時間同步方法

有效

• 申請號: 201210172061.7
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN103457685A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 梁煒;楊雨沱;張曉玲;于海斌;李世明;楊中興
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

1.一種基于預測補償的工業無線網絡高精度時間同步方法，其特征在于，包括以下步驟：

將面向工廠自動化的工業無線網絡組建為基于IEEE?802.11單跳基本服務集BSS結構的星型網絡；

按照工業無線網絡中的節點的類型和功能，設置主時鐘和從時鐘；

主時鐘端和從時鐘端之間通過雙向時間戳信息交互，計算當前同步周期的時間偏差值；

利用當前同步周期的時間偏差值預測下一個同步周期的時間偏差值；

利用預測得到的下一個同步周期的時間偏差值補償時鐘漂移，校準時鐘。

2.根據權利要求1所述的基于預測補償的工業無線網絡高精度時間同步方法，其特征在于，所述工業無線網絡中的節點包括：接入點AP、冗余AP、現場節點和/或手持節點，其中，現場節點和/或手持節點負責采工業無線網絡中的現場數據；接入點AP負責將現場節點和/或手持節點采集到的數據轉發到主控計算機；冗余AP在接入點AP無法正常工作時代替其運行。

3.根據權利要求1所述的基于預測補償的工業無線網絡高精度時間同步方法，其特征在于，所述主時鐘為AP的TSF；所述從時鐘為網絡中其他節點的內部時鐘。

4.根據權利要求1所述的基于預測補償的工業無線網絡高精度時間同步方法，其特征在于，所述主時鐘端和從時鐘端之間通過雙向時間戳信息交互，計算當前同步周期的時間偏差值，包括以下步驟：

（1）AP在每個超幀周期開始的第一個時隙廣播帶有硬件時戳的Beacon幀，現場節點/手持節點收到AP廣播的Beacon幀后，記錄收到該Beacon幀時的TSF值Ts1，Beacon幀中攜帶AP廣播該Beacon幀的TSF值Tm1；

所述Beacon幀格式按順序包括幀控制、序列號、源地址、載荷和硬件時戳值，其中，幀控制、序列號、源地址子域和載荷的長度和內容符合IEEE?802.11標準中Beacon幀的格式，硬件時戳值為7個比特；

（2）現場節點/手持節點在預先分配的TDMA時隙內，依次向AP發送一個延遲請求Beacon幀；所述延遲請求Beacon幀的格式與AP廣播給現場節點/手持節點的Beacon幀的格式相同；

（3）AP記錄現場節點/手持節點的延遲請求Beacon幀到達AP時的TSF值Tm2，延遲請求Beacon幀中攜帶現場節點/手持節點發送該延遲請求BEACON幀的TSF值Ts2和節點ID；

（4）AP將現場節點/手持節點對應的節點ID以及時間值Tm2和Ts2通過延遲響應數據幀進行捎帶，并利用預先分配的TDMA廣播時隙廣播給現場節點/手持節點；

所述延遲響應數據幀的格式按順序包括幀控制、序列號、源地址、數據長度和荷載，其中，荷載包括節點ID以及時間值Tm2和Ts2；

（5）現場節點/手持節點收到AP的延遲響應數據幀后，抽取對應節點ID的時間值Tm2和Ts2；

（6）根據Tm1、Tm2、Ts1和Ts2值，計算主時鐘到從時鐘的延遲Ddown、從時鐘到主時鐘的延遲Dup、主時鐘和從時鐘之間的時鐘偏移，即當前同步周期的時間偏差值Offset：

Ddown=Ts1-Tm1+Offset????（1）

Dup=Tm2-Ts2-Offset?????（2）

鏈路對稱的情況下，Ddown=Dup，記為Delay；通過計算公式（1）和（2），可以得到Delay和Offset的值：

Delay=(Ts1-Tm1)+(Tm2-Ts2)2---(3)]]>

Offset=(Tm2-Ts2)-(Ts1-Tm1)2---(4)]]>

（7）現場節點/手持節點根據Ts1以及計算得到的Offset值調整本地TSF定時器的值：

如果Tm1+Delay>Ts1，則現場節點/手持節點將本地的TSF值調整為TSF+Offset；

如果Tm1+Delay<Ts1，則現場節點/手持節點將本地的TSF值調整為TSF-Offset；

如果Tm1+Delay＝Ts1，則不作調整。