[发明专利]基于预测补偿的工业无线网络高精度时间同步方法

权利要求书

1.一种基于预测补偿的工业无线网络高精度时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

将面向工厂自动化的工业无线网络组建为基于IEEE 802.11单跳基本服务集BSS结构的星型网络；

按照工业无线网络中的节点的类型和功能，设置主时钟和从时钟；

主时钟端和从时钟端之间通过双向时间戳信息交互，计算当前同步周期的时间偏差值；

利用当前同步周期的时间偏差值预测下一个同步周期的时间偏差值；

利用预测得到的下一个同步周期的时间偏差值补偿时钟漂移，校准时钟。

2.根据权利要求1所述的基于预测补偿的工业无线网络高精度时间同步方法，其特征在于，所述工业无线网络中的节点包括：接入点AP、冗余AP、现场节点和/或手持节点，其中，现场节点和/或手持节点负责采工业无线网络中的现场数据；接入点AP负责将现场节点和/或手持节点采集到的数据转发到主控计算机；冗余AP在接入点AP无法正常工作时代替其运行。

3.根据权利要求1所述的基于预测补偿的工业无线网络高精度时间同步方法，其特征在于，所述主时钟为AP的TSF；所述从时钟为网络中其他节点的内部时钟。

4.根据权利要求1所述的基于预测补偿的工业无线网络高精度时间同步方法，其特征在于，所述主时钟端和从时钟端之间通过双向时间戳信息交互，计算当前同步周期的时间偏差值，包括以下步骤：

（1）AP在每个超帧周期开始的第一个时隙广播带有硬件时戳的Beacon帧，现场节点/手持节点收到AP广播的Beacon帧后，记录收到该Beacon帧时的TSF值Ts1，Beacon帧中携带AP广播该Beacon帧的TSF值Tm1；

所述Beacon帧格式按顺序包括帧控制、序列号、源地址、载荷和硬件时戳值，其中，帧控制、序列号、源地址子域和载荷的长度和内容符合IEEE 802.11标准中Beacon帧的格式，硬件时戳值为7个比特；

（2）现场节点/手持节点在预先分配的TDMA时隙内，依次向AP发送一个延迟请求Beacon帧；所述延迟请求Beacon帧的格式与AP广播给现场节点/手持节点的Beacon帧的格式相同；

（3）AP记录现场节点/手持节点的延迟请求Beacon帧到达AP时的TSF值Tm2，延迟请求Beacon帧中携带现场节点/手持节点发送该延迟请求BEACON帧的TSF值Ts2和节点ID；

（4）AP将现场节点/手持节点对应的节点ID以及时间值Tm2和Ts2通过延迟响应数据帧进行捎带，并利用预先分配的TDMA广播时隙广播给现场节点/手持节点；

所述延迟响应数据帧的格式按顺序包括帧控制、序列号、源地址、数据长度和荷载，其中，荷载包括节点ID以及时间值Tm2和Ts2；

（5）现场节点/手持节点收到AP的延迟响应数据帧后，抽取对应节点ID的时间值Tm2和Ts2；

（6）根据Tm1、Tm2、Ts1和Ts2值，计算主时钟到从时钟的延迟Ddown、从时钟到主时钟的延迟Dup、主时钟和从时钟之间的时钟偏移，即当前同步周期的时间偏差值Offset：

Ddown=Ts1-Tm1+Offset    （1）

Dup=Tm2-Ts2-Offset     （2）

链路对称的情况下，Ddown=Dup，记为Delay；通过计算公式（1）和（2），可以得到Delay和Offset的值：

Delay=(Ts1-Tm1)+(Tm2-Ts2)2---(3)]]>

Offset=(Tm2-Ts2)-(Ts1-Tm1)2---(4)]]>

（7）现场节点/手持节点根据Ts1以及计算得到的Offset值调整本地TSF定时器的值：

如果Tm1+Delay>Ts1，则现场节点/手持节点将本地的TSF值调整为TSF+Offset；

如果Tm1+Delay<Ts1，则现场节点/手持节点将本地的TSF值调整为TSF-Offset；

如果Tm1+Delay＝Ts1，则不作调整。