[發明專利]工業物聯網芯片的硬件時間同步實現方法

有效

• 申請號: 201210363794.9
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102869087A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 王平;王恒;代慶超;楊麗華
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于工業無線通信技術領域，具體涉及工業物聯網中時間同步技術。

背景技術

近些年，無線通信技術取得了突飛猛進的發展，而工業物聯網技術作為無線通信技術的一個分支更是在近幾年內飛速前進。工業無線傳感網絡技術是從無線傳感器網絡技術演化而來，是一種面向設備間短程、低速率信息交互的無線通信技術，其網絡具有低功耗、安裝維護成本低等特點，已成為工業自動化領域的又一發展趨勢，目前，工業無線標準的制定成為工業物聯網技術競爭的焦點。在工業環境下建立高可靠性，高實時性的無線傳感網絡成為人們迫切的需求。

工業無線ISA100.11a標準是開放的工業無線國際標準，主要針對流程/過程自動化領域，并為其提供報警類應用及非實時性監控的解決方案和系統。ISAl00不僅局限于此，還包括定位與追蹤、設備管理、工廠自動化、RFID和過程自動操作等應用。工業無線WIA-PA標準是中國無線工業聯盟推出的一個具有自主知識產權技術規范。基于IEEE?STD?802.15.4-2006標準，用于工業過程測量、監視與控制的無線網絡通信標準。

ISA100.11a網絡和WIA-PA網絡的時間同步技術是具有共性的關鍵技術之一，是工業物聯網網絡的一項重要的支撐技術，傳感器的數據融合、能量管理、傳輸調度、節點定位、狀態切換等基礎性或復雜性的操作都需要網絡中的節點保持時間同步，時間同步為整個系統的不同模塊提供統一的基準時間，精確的時間同步對于保證工業物聯網完成一系列基礎性操作至關重要，是工業物聯網無線通信實時性與可靠性的前提與保證，正如《一種適用于無線傳感器網絡的時間同步方法》（王恒、王平、于萌萌、王颋、段未紅.一種適用于無線傳感器網絡的時間同步方法[P].中國專利：201110048982.8）文中所指出的。傳統的時間同步均由協議棧軟件算法實現，代碼移植性較差，盡管已近涌現出大量優秀算法，但各種時間同步算法都有其局限性，并不能適應任何應用場景，其次不能嚴格的保證同步精度及可靠性，再次復雜的算法還會加大軟件的負擔，增加網絡開銷及后期維護成本。本發明針對以上缺點提出時間同步的芯片的硬件實現方法，目的在于提高工業物聯網時間同步的精確度及可靠性，保證工業物聯網的實時性，同時減輕軟件負擔。

發明內容

本發明所要解決的技術問題為，針對現有時間同步技術的上述缺陷，根據工業物聯網的特點，提出了一種滿足工業物聯網應用的，能夠提高時間同步精度及可靠性同時減輕軟件負擔的時間同步芯片的硬件實現方法。根據工業無線ISA100.11a和WIA-PA規范，發明了廣告幀/信標幀工業物聯網芯片的硬件時間同步方法和確認幀工業物聯網芯片的硬件時間同步方法。

本發明解決上述問題的技術方案是，提出一種工業物聯網芯片的硬件實現時間同步方法，配置協議選取寄存器PROTOCOL，開啟廣告幀/信標幀時間同步功能；根據ISA100.11a和WIA-PA標準配置時間戳在廣告幀/信標幀中的偏移位置T_Stamp_Offset；若是時間源設備，開啟本地時鐘時間T_{Local_TX}/T_{Local_RX}自動捕獲和時間戳自動裝載，同時初始化時間戳發送寄存器，將網絡的初始時間值裝入該時間戳發送寄存器，時間源設備發送廣告幀/信標幀時，按照偏移位置寄存器配置的偏移位置T_Stamp_Offset在廣告幀/信標幀中插入時間戳；若是非時間源設備，開啟本地時鐘時間T_{Local_TX}/T_{Local_RX}自動捕獲和時間戳自動解析，同時初始化廣播/信標幀接收時間間隔，接收到廣告幀/信標幀時自動捕獲T_{Local_RX}時間，解析廣告幀/信標幀時間戳信息，完成時間差計算及本地時鐘校準。時鐘源及非時鐘源設備的硬件芯片實現廣告幀/信標幀時間同步功能流程如下。

1.配置PROTOCAL寄存器，開啟芯片的廣告幀/信標幀時間同步功能。即由芯片的硬件寄存器完成廣告幀/信標幀時間同步相關操作，寄存器捕獲開始發送或接收時產生幀首定界符SFD中斷時刻本地時鐘時間T_{Local_TX}或T_{Local_RX}，插入及解析時間戳；

2.配置偏移位置寄存器，配置時間戳在廣告幀/信標幀中的偏移位置T_Stamp_Offset。根據ISA100.11a和WIA-PA標準配置時間戳在廣告幀/信標幀中的偏移位置T_Stamp_Offset；