[發(fā)明專利]針對無線網(wǎng)絡(luò)的基于IEEE 1588PTP機制的時間同步改進方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410787648.8
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104507156B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代學(xué)武;龍正吉;李太華
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所(普通合伙) 50211
• 代理人: 譚春艷

本發(fā)明是一種針對無線網(wǎng)絡(luò)的基于IEEE 1588 PTP機制的時間同步改進方法。該方法的特征是：在遵從IEEE 1588 PTP時間信息包交換機制的情況下，在時間同步的包交換過程中，偵聽并截獲其他相鄰節(jié)點與主節(jié)點按照IEEE1588 PTP機制進行交換時的時間信息包，從而實現(xiàn)了一種從?從同步機制。該方案是對IEEE 1588 PTP主?從同步的擴展，可以獲得更多時間信息，利用從?從同步機制中所獲得的信息冗余，在從節(jié)點采用線性回歸的方法使得對鐘偏移和頻率漂移的估計更準確可靠，從而能減弱主從路徑不對稱，時間戳不夠精確因素造成的影響，以在無線網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高精度，高可靠的時間同步。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種針對無線網(wǎng)絡(luò)的基于IEEE 1588PTP機制的時間同步改進方法。

背景技術(shù)

無線傳感網(wǎng)(WSNs，Wireless Sensor Networks)是由大量共同合作的低功耗節(jié)點組成的無線網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點具有有限的計算能力，無線通信能力和感知能力。通過引入控制執(zhí)行器，無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)(WSANs，Wireless Sensor Actuator Networks)指具備無線控制執(zhí)行功能，適合于過程監(jiān)測與控制的一種特殊無線傳感網(wǎng)。由于無線傳感執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的本地時鐘是通過內(nèi)部晶振中斷計數(shù)來實現(xiàn)的，由節(jié)點初始計時時刻不同和內(nèi)部晶振的頻率偏差變化等，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點間的時鐘不同步。WSAN的時間同步是指使WSAN中所有或部分節(jié)點擁有相同的時間基準，就是要把分布在各節(jié)點的時鐘對準(同步起來)。

時間同步(Time Synchronization)技術(shù)是無線傳感執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)。特別的，在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，自動的工作流程之間的相互協(xié)調(diào)非常重要，要求相關(guān)聯(lián)的傳感器節(jié)點能較好執(zhí)行同步數(shù)據(jù)采集，相關(guān)聯(lián)的執(zhí)行器節(jié)點能協(xié)同一致進行控制操作，因此WSAN對時間同步的精度和可靠性都有更高的要求，高于普通家庭和商用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如多傳感器的數(shù)據(jù)融合，目標定位和監(jiān)測，分布式波束成型陣列與控制，TDMA通信調(diào)度，基于睡眠調(diào)度 的電池節(jié)能等，都對時間同步較高要求，因此，時間同步在WSAN的諸多應(yīng)用中特別重要，其重要性體現(xiàn)在三個方面：步?jīng)Q定了數(shù)據(jù)是否準確有效，決定了控制系統(tǒng)的性能好壞，決定了網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)劣(如信道利用率，吞吐量，網(wǎng)絡(luò)生命周期等)。

目前常用的時間同步方法有：NTP方法，RBS方法，TPSN方法和FTSP方法等。其中，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)主要針對傳統(tǒng)的基于IP的英特網(wǎng)，是一種典型的主從同步方法，由NTP的客戶端(即從時鐘)發(fā)起，首先向NTP服務(wù)器(即主時鐘)發(fā)送還有本地時間戳T1的同步請求包，服務(wù)器收到該請求包后記錄下此包接收時間T2。然后服務(wù)器在T3時刻向客戶端回復(fù)響應(yīng)包，并把T3時間戳附在該響應(yīng)包中。客戶端接收到該響應(yīng)包時，記錄下接收時間戳T4。客戶端從該交換中獲取的時間戳信息T1，T2，T3和T4就可以計算出主從時鐘之間的偏差，從而完成時間調(diào)整和同步。RBS是一種針對無線傳感器網(wǎng)路提出來的時間同步方法，該方法基于單向廣播機制，有效克服了發(fā)送端的操作處理延時和媒介訪問延遲(如CSMA/CA指數(shù)退避算法的延遲)對同步精度的影響，達到了一定的精度，可靠性較高，但其計算量和同步開銷較大，能耗較高。TPSN方法基于雙向成對的同步機理，同步效果較高，比RBS的精度更高，但對主節(jié)點的依賴較大，可靠性受限。而FTSP方法為泛洪廣播式時間同步算法，然后基于最小二乘法進行時鐘偏移的估計，雖然單向廣播使得同步方式簡單，但最小二乘法需要大量的廣播數(shù)據(jù)和較高的計算量，因此會耗費較多的通信帶寬和計算資源。FTSP方法存在的問題主要是：對于密度大的網(wǎng)絡(luò)，泛洪廣播會在形成大量的廣播數(shù)據(jù)包的突發(fā)發(fā)送，引起碰撞的幾率很高，消耗節(jié)點能量和網(wǎng)絡(luò)資源。