所述時(shí)間同步數(shù)據(jù)峽包括數(shù)據(jù)鏈路層峽控制、網(wǎng)絡(luò)ID、源地址和載荷，載荷包括 AP收到的各個(gè)周期性過程數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)源地址和接收時(shí)刻時(shí)間值。
[0024] 本發(fā)明提出的時(shí)間同步方法，充分考慮工廠自動(dòng)化星型無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)，基 于IE邸802. 11-2007標(biāo)準(zhǔn)W及TDMA機(jī)制，利用接收者之間同步的思想，將星型網(wǎng)絡(luò)中的時(shí) 鐘源AP作為接收者之一，比較時(shí)鐘源AP的接收時(shí)間值與其他從時(shí)鐘設(shè)備的接收時(shí)間值，獲 得精準(zhǔn)的時(shí)間偏差值，從而消除傳輸延遲對(duì)時(shí)戳數(shù)據(jù)的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無線報(bào)文在 300m范圍內(nèi)的傳輸時(shí)間小于lus，即空氣中的傳播延遲可忽略不計(jì)。本發(fā)明方法面向密集 分布的工廠自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)，時(shí)戳數(shù)據(jù)在空氣中的傳輸時(shí)間可W忽略不計(jì)，因此不同接收 者設(shè)備的位置擺放不同對(duì)接收時(shí)戳的精度影響可W忽略。此外，本發(fā)明方法與雙向時(shí)間同 步方法相比，具有開銷小、復(fù)雜度低等特點(diǎn)，保證了基于IEEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)的工廠自動(dòng)化星 型無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步精度，實(shí)現(xiàn)高效率、低開銷前提下的精準(zhǔn)時(shí)間同步的目標(biāo)。具體表現(xiàn) 在：
[00巧]1.本發(fā)明方法巧妙地將原本作為時(shí)鐘源的AP作為接收者，與其他接收者的接收 時(shí)間值進(jìn)行比較，W獲得時(shí)鐘源AP與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間偏差，消除了時(shí)間同步過程中時(shí)戳數(shù) 據(jù)傳輸延遲的影響，保證了時(shí)間同步精度。
[0026] 2.本發(fā)明方法不需要每個(gè)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)定期廣播時(shí)間信息，只需要在相應(yīng)的超峽周期 內(nèi)偵聽到其他任意一個(gè)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)發(fā)送的任意的數(shù)據(jù)峽(例如工廠自動(dòng)化中現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)需要發(fā) 送的周期性數(shù)據(jù)）和AP廣播聚合的時(shí)間同步峽就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，降低了時(shí)間 同步網(wǎng)絡(luò)開銷，提高了網(wǎng)絡(luò)的有效吞吐量，且適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明中基于IE邸802. 11單跳網(wǎng)絡(luò)的工廠自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?br>[002引圖2為本發(fā)明中TDMA超峽結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030] 本發(fā)明方法應(yīng)用于工廠自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)為基于IE邸802. 11單跳BSS結(jié) 構(gòu)的星型網(wǎng)絡(luò)。
[0031] 本發(fā)明方法包括W下步驟：
[0032] 如圖1所示，工廠自動(dòng)化無線星型網(wǎng)絡(luò)單元包括；接入點(diǎn)AP和現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)。其中，現(xiàn) 場節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集工廠自動(dòng)化相關(guān)的各類參數(shù)；接入點(diǎn)AP負(fù)責(zé)將現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通 過分布式網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到主控計(jì)算機(jī)。
[0033] 網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都要維護(hù)一個(gè)本地內(nèi)部定時(shí)器TSF(TimingSynchronization 化nction)。本發(fā)明中，TSF定時(shí)器的時(shí)鐘脈沖設(shè)為lus。AP是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘源，其TSF將 作為全網(wǎng)的基準(zhǔn)時(shí)鐘。
[0034] 所述TDMA機(jī)制預(yù)先分配的用于各個(gè)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)峽W及時(shí)間同步數(shù)據(jù)峽的 發(fā)送和接收時(shí)隙見圖2,其中，時(shí)隙的長度相等，一定數(shù)量的時(shí)隙組成一個(gè)超峽，超峽周期性 循環(huán)。
[00巧]本發(fā)明方法通過W下描述的算法實(shí)現(xiàn)。
[0036] ( 1)將AP內(nèi)部的時(shí)鐘設(shè)為時(shí)鐘源，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)通過短地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其內(nèi)部的時(shí)鐘 設(shè)為從時(shí)鐘；一個(gè)星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)有惟一的網(wǎng)絡(luò)ID，AP和現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)峽中均 攜帶此網(wǎng)絡(luò)ID值；當(dāng)某個(gè)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)需要同步自身時(shí)鐘時(shí)，該現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)在下一個(gè)超峽周期開 始時(shí)開啟射頻接收功能，當(dāng)該現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)接收到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID內(nèi)其他現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)峽(例 如工廠自動(dòng)化中現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送的周期性數(shù)據(jù)或報(bào)警數(shù)據(jù)等）時(shí)，記錄接收到的數(shù)據(jù)峽 的源地址和接收時(shí)刻的時(shí)間值Ts，數(shù)據(jù)峽通用格式如下表所示。
[0037]
[003^_AP負(fù)責(zé)接收所有現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)峽
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特征在于，包括以下步驟： 將AP作為基于接受者的時(shí)間同步時(shí)間基準(zhǔn)，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)和AP同時(shí)接收同一網(wǎng)絡(luò)ID的數(shù) 據(jù)幀，并記錄接收時(shí)刻時(shí)間值;AP將所有收到的數(shù)據(jù)幀的源地址和接收時(shí)間值聚合成時(shí)間 同步數(shù)據(jù)幀，并在下一個(gè)超幀周期的第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)廣播該時(shí)間同步數(shù)據(jù)幀；通過比較AP與 現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)所記錄的接收時(shí)刻時(shí)間值，完成時(shí)間同步。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特征 在于，所述將AP作為基于接受者的時(shí)間同步時(shí)間基準(zhǔn)，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)和AP同時(shí)接收同一網(wǎng)絡(luò)ID 的數(shù)據(jù)幀，并記錄接收時(shí)刻時(shí)間值，具體為： 某個(gè)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)需要同步自身時(shí)鐘時(shí)，在下一個(gè)超幀周期開始時(shí)開啟射頻接收功能；當(dāng) 該現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)接收到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID內(nèi)其他現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀時(shí)，記錄接收到的數(shù)據(jù)幀的源 地址和接收時(shí)刻的時(shí)間值；AP接收所有現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，并記錄其源地址和接收時(shí)間 值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特征 在于，所述通過比較AP與現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)所記錄的接收時(shí)刻時(shí)間值，完成時(shí)間同步，包括以下步 驟： 待同步的現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)收到AP廣播的時(shí)間同步數(shù)據(jù)幀后，解析時(shí)間同步數(shù)據(jù)幀的載荷部 分，提取上一超幀周期內(nèi)AP接收到相同數(shù)據(jù)幀的時(shí)間值TM，則現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時(shí)鐘與AP內(nèi) 部時(shí)鐘偏移量Offset為： Offset=Tw - Ts 其中，Ts為現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)幀的時(shí)間值； 現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)根據(jù)Offset值校準(zhǔn)本地時(shí)鐘TSF : TSF=TSF+0ffset 。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特 征在于，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)間完成后，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)清除所記錄的數(shù)據(jù)幀源地址和接收時(shí)刻時(shí)間 值，AP清除上一個(gè)超幀周期內(nèi)記錄的所有收到的數(shù)據(jù)幀的源地址和接收時(shí)間值，并開始記 錄當(dāng)前超幀周期的數(shù)據(jù)幀的源地址和接收時(shí)間值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特征 在于，所述數(shù)據(jù)幀包括數(shù)據(jù)鏈路層幀控制、網(wǎng)絡(luò)ID、源地址和載荷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法，其特征 在于，所述時(shí)間同步數(shù)據(jù)幀包括數(shù)據(jù)鏈路層幀控制、網(wǎng)絡(luò)ID、源地址和載荷，載荷包括AP收 到的各個(gè)周期性過程數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)源地址和接收時(shí)刻時(shí)間值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體地說是一種星型網(wǎng)絡(luò)下基于接收者的低開銷時(shí)間同步方法。本發(fā)明提出的時(shí)間同步方法，充分考慮工廠自動(dòng)化星型無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)，基于IEEE STD802.11-2007標(biāo)準(zhǔn)以及TDMA機(jī)制，利用接收者之間同步的思想，將星型網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘源設(shè)備作為接收者之一，比較時(shí)鐘源設(shè)備的接收時(shí)間值與從時(shí)鐘設(shè)備的接收時(shí)間值，使從時(shí)鐘設(shè)備獲得精準(zhǔn)的時(shí)間偏差值，此方法消除了傳輸延遲對(duì)時(shí)戳數(shù)據(jù)的影響，實(shí)現(xiàn)高效率、低開銷前提下的精準(zhǔn)時(shí)間同步的目標(biāo)。
【IPC分類】H04J3-06
【公開號(hào)】CN104753622
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310731840
【發(fā)明人】梁煒, 楊雨沱, 張曉玲, 劉帥, 于海斌
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月25日