[發明專利]一種面向工業物聯網的跨網絡時間同步方法

有效

• 申請號: 201711192490.X
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107888314B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 王恒;錢平;王平
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種面向工業物聯網的跨網絡時間同步方法，屬于工業網絡技術領域。針對采用工業物聯網技術的工廠網絡中現場無線網絡和回程網使用不同時間同步協議的場景，本發明在不引入額外協議開銷的前提下，基于由上而下逐級同步的思想，采用邊界網關轉發時間信息的機制，使底層物聯網節點與回程網中的時間源設備保持時鐘同步。邊界網關包括主控模塊和工業無線模塊，主控模塊直接與上層時鐘源進行同步，下層工業無線節點、路由設備與工業無線模塊進行同步，而主控模塊與工業無線模塊間通過SLIP接口同步時間。本發明根據現場無線網絡和回程網的特點和應用需求，協調二者之間的時間同步，有效實現了工業物聯網中跨網絡時間同步。

技術領域

本發明屬于工業網絡技術領域，涉及一種面向工業物聯網的跨網絡時間同步方法。

背景技術

工業物聯網將無線傳感網技術運用到工業現場，擺脫了有線網絡的束縛，通過工廠設備之間的互聯互通，能夠改變傳統工業領域被動的信息收集方式，實現自動、準確、及時地收集生產過程參數，滿足工業應用現場對于數據的實時性、安全性和可靠性等需求，提供高可靠、低成本的工業制造環境。其在生產工藝優化、生產設備監控、安全生產管理、生產供應鏈管理等方面有較為廣闊的應用前景。

時間同步技術作為無線傳感器網絡中一項不可或缺的關鍵技術，能夠為全網設備提供共同的時間參考，是網絡行進數據融合、能源管理、目標跟蹤等服務的重要支撐。而在工業物聯網中，設備間具有較強的時序約束關系，且網絡確定性調度的實施離不開精確的時間同步技術，因此，時間同步技術對工業物聯網尤為重要。

工業物聯網主要由工業回程網絡和現場無線網絡構成。目前，回程網絡和現場無線網絡各自使用不同的時間同步協議，雖然它們能在各自的網絡范圍內獲得較高的時間同步精度，但是對于跨網絡范圍的設備間的時間同步支持較弱。所以，在工業物聯網將不同通信方式、通信介質，不同時間同步方法的網絡融合在一起的情況下，如何實現回程網絡設備到現場無線網絡設備端到端的跨域時間同步，以及異構網絡終端設備之間的同步，對于工業物聯網的正常穩定運行具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種面向工業物聯網的跨網絡時間同步方法，該方法結合工業回程網和現場無線網絡的自身特點，利用邊界網關作為網絡間信息傳輸的中介，實現工業回程網設備與現場無線網絡設備間的跨網絡時間同步，并獲得百微秒級的時間同步精度。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種面向工業物聯網的跨網絡時間同步方法，所述工業物聯網包括回程網和現場無線網絡，其中：

回程網為IEEE 802.3或IEEE 802.11網絡，包括兩種設備：時鐘源，作為全網統一的時間基準；交換機，負責數據的轉發；

現場無線網絡為WIA-PA、ISA100.11a或WirelessHART網絡，包括兩種設備：邊界網關，位于網絡的交界處，由主控模塊和工業無線模塊構成，負責兩網絡間的數據交互、現場無線網絡管理和時間信息的轉發；無線現場設備，負責工業現場數據采集和控制信息傳輸；

該方法包括以下步驟：

S1：邊界網關的主控模塊與位于回程網中的時鐘源進行時間同步；

S2：邊界網關的工業無線模塊與主控模塊進行時間同步；

S3：邊界網關的工業無線模塊向現場無線網絡廣播時間同步信標幀，無線現場設備與工業無線模塊進行時間同步。

進一步，在步驟S1與S3中，所述時間同步的協議不相同，即工業回程網與無線現場網絡采用各自通信方法下的的時間同步協議，不引入額外的協議開銷。

進一步，所述邊界網關在硬件上由主控模塊和工業無線模塊構成，主控模塊負責與回程網時鐘源進行時間同步，工業無線模塊負責將時間信息分發至無線現場設備。