一種分布式網絡時間同步方法技術

本發明專利技術涉及時間同步技術，本發明專利技術公開了一種分布式網絡時間同步方法，其具體包括以下的步驟：確定中心節點時鐘與終端節點時鐘之差，當中心節點通過不同載波頻率接收不同終端節點發出的時間同步請求信號后，利用本地擴頻序列庫對請求信號進行捕獲、跟蹤解調獲得請求信號中包含的終端節點編號、請求標志信息和終端節點時鐘信息，比對中心節點的本地時鐘，測量時間差。將終端節點本地時鐘根據中心節點時鐘與終端節點時鐘之差進行偏差校正。通過同步精度可以達到幾百ns級甚至幾十ns級。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及時間同步技術，具體是，實現分布式網 絡的高精度時間同步。
技術介紹
時間同步的目的是為了將不同的"時間"進行校準，使其各自時間相對偏差為0或 者是非常微小。對于大型的系統，時間同步是系統正常工作及各終端信息交互的基礎，時間 同步是建立各終端連接鏈路的前提。系統將處于系統中的某個終端作為中心節點，其他終 端通過與中心節點進行時鐘信息交互的方式獲取中心節點的時鐘，然后調節本地的時鐘， 經過多次調制校正后，整個系統的時鐘與中心節點保持一致從而完成時間同步。目前運用 較多的時間同步技術只要由動態接入和時鐘廣播組成，系統在組成之初通過動態接入形成 即時網絡，網絡中的中心節點向全網進行時鐘信息廣播，當網絡中各終端接收到中心節點 廣播的時鐘信息后對本地時鐘進行校正，從而完成時間同步。如專利CN201110307007.4公 開了一種基于FM廣播數據系統的傳感器網絡時鐘校準方法，屬于無線通信領域，所述分布 式網絡的各節點處于同一FM基站的覆蓋范圍，其步驟包括：1)在每個節點上設置FM接收芯 片；2)FM基站向各節點發送RDS廣播數據;3)各節點的FM接收芯片在校準時接收并解析RDS 廣播數據，生成RDS脈沖信號;4)各節點根據RDS脈沖信號頻率校準本地時鐘，實現各節點的 時間同步。將RDS脈沖作為中間頻率對節點本地時鐘進行校準，減少了節點間通信，節約帶 寬和能量消耗，從而消除時鐘偏斜，達到時鐘校準的效果。但這樣的同步技術無法消除由于 同步信號傳播途徑不同導致的時間誤差。 除了廣播時間的方式，請求-應答方式也常用于時間同步過程中，各終端節點向中 心節點發送時間同步的請求信號，中心節點接收到請求信號后，返回中心節點本地時鐘信 號，終端節點收到應答信號后，根據信號中包含的時鐘信號及本地測量的請求-應答反應時 間（信號傳播時間）共同確定出本地時鐘與中心節點時鐘的偏差，從而進行時間同步，但是 如此同步精度同樣會受到限制。
技術實現思路
針對現有技術中的時間同步方法存在的精度差的技術問題，本專利技術公開了一種分 布式網絡時間同步方法。 本專利技術的技術方案如下： 本專利技術公開了，其具體包括以下的步驟： 步驟一、確定無線網絡的中心節點，中心節點向全網廣播攜帶中心節點特征信息 的信號；步驟二、各終端節點接收到中心節點廣播的信號后經過解調提取出中心節點的特 征信息，本地調制模塊生成相應的動態入網請求信號，入網請求信號包含各終端節點在后 續過程中使用的載波頻率;不同載波頻率對應不同的終端節點;步驟三、當終端節點收到中 心節點發出的入網許可信號后，從中提取出終端節點編號信息，根據編號在擴頻序列庫中 提取出該終端節點后續時間同步所用的本地擴頻序列，對編碼后的信息碼進行直接擴頻調 制；步驟四、將經過直接擴頻調制后的信息偽碼調制到該終端節點對應的載波頻率上向中 心節點發射;步驟五、當中心節點通過不同載波頻率接收不同終端節點發出的時間同步請 求信號后，利用本地擴頻序列庫對請求信號進行捕獲、跟蹤解調獲得請求信號中包含的終 端節點編號、請求標志信息和終端節點時鐘信息，比對中心節點的本地時鐘，測量時間差 tl ; tl =中心節點接收到同步信號時的本地時鐘-同步信號中提取的時鐘;步驟六、中心節點 將時間差tl、時間同步應答標志信息和中心節點本地時鐘信息，按照協議進行編碼;將生成 的信息偽碼調制到與終端節點對應的載波頻率上，并且將應答信號發出；步驟七、當終端節 點利用自己的載波頻率接收到中心節點發出的應答信號后，經過解擴、解調提取出應答信 號中的時間差、中心節點的時鐘信息、應答標志信息，然后將此時本地時鐘與收到的中心 節點時鐘信息比對測量出時間差t 2;t2 =終端節點接收到同步信號時的本地時鐘-同步信號 中提取的時鐘；步驟八、中心節點時鐘與終端節點時鐘之差，然后將終端節點 本地時鐘進行偏差校正，實現與中心節點時鐘同步。由于請求與應答信號傳輸路徑相同，因 此由于傳輸產生的時間差相同，通過同步精度可以達到幾百ns級甚至幾十ns級。 更進一步地，上述擴頻碼序列為2000個到5000個擴頻序列碼片。同步過程中所用 的擴頻碼序列周期（即所使用擴頻序列的長度)越長精度越高，選用幾萬個碼片周期會比幾 百個碼片周期的擴頻序列同步精度更高，時差提取的精度也較高，但是幾萬個碼片同步過 程要求本地同步碼也要同樣的長度，因此對本地同步碼硬件生成帶來壓力，但由于資源有 限最好選取中等長度(建議選擇2000個到5000個擴頻序列碼片）的擴頻碼序列。 更進一步地，上述方法還包括提高偽碼速率。偽碼速率越高，同步精度越高，擴頻 系數越高同步精度越高，相同時間內同步碼片數也多，那么可識別最小時差(不會超過一個 碼片寬度)就越小，測量到的時鐘偏差精度也就越高，例如使用碼速率為5MHz時，可測得誤 差精度最大為1秒/5兆= 0.2微秒，如果使用1MHz的碼速率，可測得誤差精度最大為1秒/1兆 =1微秒；由此可看出來在使用相同擴頻序列和相同采樣率的前提下碼速率越高，測量精度 越好。 更進一步地，上述方法用于基站網絡時間同步、便攜式移動無線終端的時間同步 以及任何無線分布式網絡的時間同步。經過測試同步精度可達到幾十ns。具有很強的實用 性。同時由于時間同步過程是動態接入，當終端節點斷開與整個網絡連接時，亦可以釋放資 源給其他新接入的節點，因此具有很強的便捷性。通過采用以上的技術方案，本專利技術的有益效果為:應用本專利技術的方法可以使無線 分布式網絡實現高精度時間同步，同步精度可以達到幾百ns級甚至幾十ns級。能夠獲得較 好的實時性，應用起來方便快捷。【附圖說明】 圖1是中心節點廣播特征信號示意圖。 圖2是終端節點向中心節點發射入網請求信號示意圖。 圖3是測量原理圖。圖4是時間同步過程不意圖。 圖5是基站網絡時間同步過程示意圖。【具體實施方式】 下面結合說明書附圖，詳細說明本專利技術的【具體實施方式】。 本專利技術公開了，其具體包括以下的步驟： 步驟一、確定無線網絡的中心節點，中心節點向全網廣播攜帶中心節點特征信息 的信號;該信號可以是無線電信號，也可以是其他類型的信號，中心節點廣播的中心節點特 性信號中可以包含組網的通信協議，以及中心節點信號標志位等具有可以標志中心節點的 特征信息等。如圖1所示的中心節點廣播特征信號示意圖。 步驟二、各終端節點接收到中心節點廣播的中心節點特征信號后經過解調提取出 中心節點的特征信息，本地調制模塊生成相應的動態入網請求信號，入網請求信號包含各 終端節點在后續過程中使用的載波頻率。中心節點接收到不同終端節點發出的入網請求信 號后，將不同載波頻率確定為不同的終端節點，然后進行編號，然后將終端節點編號信息應 答給終端節點，并許可該終端節點入網。在編號之前，中心節點會對入網請求信號中的載波 頻率和終端進行識別，如果發現兩個相同載波頻率上有兩個或兩個以上終端請求入網，就 對后收到請求信號的終端返回拒絕入網并更換頻率的指令，收到拒絕質指令后的終端會更 換載波頻率進行再請求，此時中心節點將進行再次篩查是否有相同載波頻率的請求信號， 以此反復直到所有終端節點使用的載波頻率各自不同為止，當中心節點所有通道使用完就 表示已經達到該網絡的入網極限，此時再增加入網終端也會被本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分布式網絡時間同步方法，其具體包括以下的步驟：確定中心節點時鐘與終端節點時鐘之差t1＝中心節點接收到同步信號時的本地時鐘?同步信號中提取的時鐘；t2＝終端節點接收到同步信號時的本地時鐘?同步信號中提取的時鐘；將終端節點本地時鐘根據中心節點時鐘與終端節點時鐘之差進行偏差校正。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王淑君，李鵬程，冉一航，李津，楊峰，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第二十九研究所，
類型：發明
國別省市：四川;51