[发明专利]用于在网络中同步时钟的电路装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在网络中同步时钟的电路装置和方法，所述网络具有多个、 至少两个节点，其中至少两个这样的节点彼此能够通信，并且分别具有本地时 钟。

背景技术

网络的高精确同步在许多新系统中是必需的，以便能够给不同的事件在公 共的时间标度上分配唯一的时间点。如果事件在不同的站或者节点处发生，则 这也必须是可能的。对于时分多路运行，需要公共的时基特别用于能够干净地 彼此分开不同的信道。

为能够实现该高精确同步，迄今需要提供非常准确已知的频率的时钟脉冲 源。由此需要的对于串行散射(Serienstreuung)和漂移的要求引起巨大的成本。 时钟脉冲源必须如此构造，使得它在老化的过程中以及也根据可变的环境条件 (例如波动的温度)在其频率方面仅仅轻微漂移。

这点迄今导致在TDMA网络(TDMA：TimeDivisionMultipleAccess/时 分多址)中使用较大的保护间隔(Guard-Intervalle)，以便保证干净地分开信道， 尽管不保证最优的同步性。这一方面导致要么减少的信道利用，要么非常长的 时隙，另一方面导致对于接收机不必要的长运行时间，因为接收机在保护间隔 期间必须已经在运行。

如果网络为协调执行元件和传感器而被使用，那么这里也存在非常经常的 实时要求，以便时间同步地控制、调节复杂的系统，或者还用以给测量值配备 准确的时间戳。对执行元件和/或传感器网络的同步的要求特别在现代的分布式 测量和调节网络中存在，亦即例如在自动化技术、运输工具技术、建筑技术或 者机器人技术中。

在无线电定位系统中网络节点的同步同样是中心任务。仅当在所有参与测 量的站中精确存在相同的时钟时间时，简单的信号运行时间测量才是可能的。 在GPS(全球定位系统)中在卫星中例如使用原子钟或者在其他的定位系统中 使用复杂的同步方法，以便保证时钟同步性。

不仅在测量系统而且在通信系统中都非常经常地使用已编码的或者已扩码 (code-gespreizt)的发送信号和相关接收机，以便在接收机中保证改善的有用信 号对干扰信号比。经常使用的信号形式(其也称为扩频信号(spreadspectrum signal)或者扩展信号(Spreizsignale))例如是伪随机相位或者振幅调制的脉冲 序列或者线性或者分级式频率调制的信号。已知在这种相关系统中，当发送机 和接收机预先同步时经常同样是非常有利的，因为于是相关器能够简单多地、 亦即以较少的计算耗费以软件或者也用比较简单的硬件相关器实现和/或能够减 少为相关所需要的持续时间。

对于同步的问题的当前的解决方案迄今通常基于，站或者节点在本地产生 时钟脉冲或者时间标度，其然后通过同步协议向其他站提供使用。该本地时间 标度由此以主从系统的方式被提升为全局时间标度。

通过这种处理方式依然存在的问题是在单个站故障时该全局时间标度的稳 定性和可用性。特别是在无线电网络中在移动网络节点之间由此产生对于同步 的质量的强的限制。

用于同步网络节点的已知的方法例如是NTP(NetworkTimeProtocol(网络 时间协议))、PTP(PrecisionTimeProtocol(精密时间协议))、TPSN(Timing-Sync ProtocolforSensorNetworks(传感器网络时间同步协议))或者FTSP(Flooding TimeSynchronizationProtocol(泛洪时间同步协议))。

NTP(NetworkTimeProtocol)基于手工分配的层(Srtata)，所述层在分配时 间时产生从上而下的树结构，如这在Mills，D.：NetworkTimeProtocol(version3) Specification，ImplementationandAnalysis.RFC1305(DraftStandard)，Universityof Delaware，1992年3月版中所述。这里特点在于，在开关秒(Schaltsekunde)之 前维护长两个时间标度的时间-一个用于直到该开关秒的时间间隔，一个用于 从该开关秒起的时间间隔。以这种方式NTP同步的网络也能够以同步的方式提 供不连续的时间过程。