[发明专利]一种基于多节点组网的时间同步方法

说明书

本发明提供了一种基于多节点组网的时间同步方法，主要包括节点数确定、节点层级确定、相对时延校准、相位初同步和时钟源精细控制五大部分。本发明通过节点和层级关系的确定，利用无线时间同步终端，双向时间比对原理来建立分级式时间同步网络，实现各无线时间同步终端之间的自适应组网，自动完成与上级节点之间的时间比对，快速实现全网时间信号的相位初同步，结合时钟源频率的精细控制，从而实现全网时钟源之间的同频同相，且支持动态场景的应用。

技术领域

本发明涉及一种用于无线时间同步领域的多节点组网方法。

背景技术

随着无线传感器网络、联合编队等联合观测技术的发展，需要实现多个终端之间的协同工作，实现工作任务的无缝切换，或者步调一致地实施某一工作指令，等等，这些都以多个任务节点之间的高精度时间同步作为技术前提。因此，有必要建立一套便利的时间同步组网方法，自适应地增减时间比对网络内的工作节点数目，同时不影响其他节点的正常工作。

Internet网络授时技术和无线网络接入技术相结合可以实现多节点的时间同步，也可摆脱传统有线网络授时在动态环境上的应用限制，但是精度较低，只有百微秒量级，不能满足纳秒量级高精度应用的需求。

现阶段常用的纳秒级及以上的时间同步方法包括导航卫星共视时间同步方法、卫星双向时间同步方法和光纤时间同步方法等。前两种方法需要提前建设数据交换通路，最后一种方法需要提前铺建光纤链路，这些方法便利性欠佳，多适用于少量节点之间的时间同步。尤其对于动态环境下的多节点时间同步，上述方法的适用性会更加受限。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供的多节点组网时间同步方法利用无线时间同步终端，双向时间比对原理来建立分级式时间同步网络，可以自适应进行各级节点增减，实现级联节点之间的纳秒量级时间同步，且支持动态场景的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)在无线网络中选定一个节点作为时间同步的基准节点，基准节点选择具有原子钟的设备或系统处；

2)对无线网络中的各个节点划分节点层级，节点层级包括主站节点、N级从站节点和自由站节点，N为自然数；主站是一级从站的上级节点，N级从站是N+1级从站的上级节点，自由站的上级节点是主站节点和N级从站节点中的任何一种；主站节点选在基准节点处，以主站时间基准作为参考，其他节点时间信号分别与其上级节点同步；

3)校准各级从站与主站之间的相对时延；

4)设置主站和各级从站终端的ID号和相对时延校准数据；

5)在各级时间同步节点处安装相应的无线时间同步终端；

6)开启各节点的无线时间同步终端设备，依据步骤4)各级节点的ID号和步骤2)的层级划分情况建立时间同步网络，每级无线时间同步终端设备仅接收其上级和下级节点的无线信号；

7)各节点无线时间同步终端解调各个接收通道的无线信号，分别产生各通道的伪距测量值，并把伪距测量值和相应的ID号写入无线通信电文字段，发送给其上、下级节点；

8)各节点无线时间同步终端通过接收其上级节点发送的伪距值和自身产生的伪距值，结合步骤3)的相对时延校准数据，利用双向时间比对原理计算本节点与上级节点之间的钟差，利用该钟差数据控制本地时钟源，使其产生与上级节点的初同步时间信号；

9)各级节点积累本节点与其上级节点之间的钟差数据，对其进行建模，获得本地时钟源与上级时钟源之间的相对频率偏差和老化系数，并对本地时钟源进行精细控制，实现本地时钟源与上级时钟源的同频同相；经过数据收敛，实现全网纳秒量级的时钟同步。