[發(fā)明專利]一種基于三級無線傳感網(wǎng)的時間同步架構(gòu)及時間同步方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010964076.1
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112040540B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬建平;楊大龍;霍飛向
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04J3/06
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 馮玲玲

1.一種基于三級無線傳感網(wǎng)的時間同步方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：參考節(jié)點(diǎn)按照時間同步周期T發(fā)送時間同步指令，包括：

步驟1.1：設(shè)定參考節(jié)點(diǎn)信道的發(fā)送保護(hù)時間間隙，發(fā)送保護(hù)時間間隙是指時間同步指令發(fā)送前50ms到發(fā)送后50ms之間的時間范圍；

步驟1.2：判斷參考節(jié)點(diǎn)信道是否處于發(fā)送保護(hù)時間間隙內(nèi)，當(dāng)處于發(fā)送保護(hù)時間間隙內(nèi)則執(zhí)行步驟1.3，若不處于發(fā)送保護(hù)時間間隙，則參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間同步指令之外的其他指令，并重復(fù)步驟1.2；

步驟1.3：參考節(jié)點(diǎn)的核心單元按照時間同步周期T的間隔發(fā)送時間同步指令，時間同步周期T＝2^N秒，N＝1，2，3，……；

步驟2：轉(zhuǎn)發(fā)中繼接收時間同步指令；

步驟2.1：判斷轉(zhuǎn)發(fā)中繼是否接收到指令，若接收到指令，執(zhí)行步驟2.2；若沒有接收到指令，執(zhí)行步驟2.1；

步驟2.2：判斷接收到的指令是否為時間同步指令，若是，則執(zhí)行步驟3，若不是，則執(zhí)行該其它指令，并執(zhí)行步驟2.2；

步驟3：轉(zhuǎn)發(fā)中繼進(jìn)行延時測量，所述延時記為DELAY，DELAY為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)接收到時間同步指令時到其處理完時間同步指令的用時；

步驟4：轉(zhuǎn)發(fā)中繼分別對各自接收的時間同步指令幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，并在各自設(shè)定的發(fā)送延時時刻轉(zhuǎn)發(fā)幀重組后的時間同步指令；

步驟5：采集節(jié)點(diǎn)各終端接收時間同步指令；

步驟5.1：判斷采集節(jié)點(diǎn)各終端是否接收到指令，若接收到指令，執(zhí)行步驟5.2，若沒有接收到指令，執(zhí)行步驟5.1；

步驟5.2：判斷采集節(jié)點(diǎn)各終端接收的指令是否為時間同步指令，若是，執(zhí)行步驟5.3；若不是，執(zhí)行該其它指令，并執(zhí)行步驟5.2；

步驟5.3：判斷時間同步指令的來源，當(dāng)時間同步指令來自于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟5.4；當(dāng)時間同步指令來自于參考節(jié)點(diǎn)時，則判斷采集節(jié)點(diǎn)各終端是否工作在只接收參考節(jié)點(diǎn)指令的模式，若是，則執(zhí)行步驟6，若不是，則不響應(yīng)該指令，并重復(fù)步驟5.3；

步驟5.4：判斷采集節(jié)點(diǎn)各終端是否工作在只接收轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)指令的模式，若是，執(zhí)行步驟5.5，若不是則不響應(yīng)該指令，并返回步驟5.3；

步驟5.5：判斷采集節(jié)點(diǎn)各終端接收的時間同步指令I(lǐng)D和其所在區(qū)域ID是否一致，若一致，執(zhí)行步驟6，若不一致，不響應(yīng)該指令，并執(zhí)行步驟5.5；

步驟6：采集節(jié)點(diǎn)各終端進(jìn)行延時補(bǔ)償；

步驟7：采集節(jié)點(diǎn)各終端對本地晶振時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；

步驟7.1：當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)終端收到時間同步指令后，鎖存本地晶振的計數(shù)值CNT，并重新開始計數(shù)；

步驟7.2：計算每次時間同步指令到達(dá)時，每個終端本地晶振的計數(shù)偏差TimDiff：

TimDiff＝CT-CNT，

其中CT為本地晶振在理想情況下，一個時間同步周期T內(nèi)的理想計數(shù)值；

步驟7.3：將時間同步周期T分為2^m等份，得到t＝T/2^m；

步驟7.4：對下一個時間同步周期內(nèi)的本地時間每間隔時間t進(jìn)行一次補(bǔ)償，進(jìn)行第n次時間補(bǔ)償時對應(yīng)的時間補(bǔ)償值為：comp＝n*(TimDiff/2^m)，其中1≤n≤2^m；

步驟7.5：考慮到各種延時補(bǔ)償，校準(zhǔn)后的終端本地晶振時間為：

time_out＝syn_time+n*TimDiff/2^m+delay，

syn_time為本地晶振計數(shù)值，delay為采集節(jié)點(diǎn)終端接收時間同步指令的延時，當(dāng)時間同步指令來源于參考節(jié)點(diǎn)，delay＝Delay1；當(dāng)時間同步指令來源于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)中繼，delay＝Delay2，其中，Delay1為參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送延時、參考節(jié)點(diǎn)到采集節(jié)點(diǎn)的傳播延時和采集節(jié)點(diǎn)處理延時之和；Delay2為參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送延時、參考節(jié)點(diǎn)到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)傳播延時、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的處理延時、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送延時、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)到采集節(jié)點(diǎn)的傳播延時和采集節(jié)點(diǎn)處理延時之和；步驟8：采集節(jié)點(diǎn)輸出高精度的時間信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三級無線傳感網(wǎng)的時間同步方法，特征在于，所述步驟1中的時間同步指令包括：幀類型、同步周期和同步次數(shù)；所述步驟4中進(jìn)行幀結(jié)構(gòu)重組后的時間同步指令包括：幀類型、同步周期、同步次數(shù)、延時DELAY和轉(zhuǎn)發(fā)中繼的ID。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三級無線傳感網(wǎng)的時間同步方法，特征在于，所述步驟6中采集節(jié)點(diǎn)終端進(jìn)行相應(yīng)延時補(bǔ)償?shù)姆椒椋翰杉?jié)點(diǎn)終端根據(jù)接收的時間同步指令幀中的ID號，確定該ID號對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)中繼的發(fā)送延時，之后將該發(fā)送延時補(bǔ)償?shù)綄?yīng)的時間同步指令中。