[发明专利]一种无线分布式网络的时钟同步装置及方法

权利要求书

1.一种无线分布式网络的时钟同步装置，该装置包括网络中的一个主节点和从节点，所述从节点包括一级从节点、二级从节点、……、N级从节点；所述一级从节点直接连接主节点，二级从节点连接一级从节点，……，N级从节点连接N-1级从节点；

所述主节点包括：

外部参考时钟信号模块，用于从外部精确授时源获得精准的参考时钟信号；

第一频率偏差计算模块，用于根据所述参考时钟信号，计算所述主节点的本地时钟与所述参考时钟信号的相对频率偏差；

时钟修正模块，用于根据所述相对频率偏差，对节点晶振频率进行修正，修正后的晶振作为所述主节点的本地时钟信号源；

无线射频模块，用于所述主节点发送和接收含有组网、同步信息的无线数据帧；

所述从节点包括：

第二频率偏差计算模块，用于从所述从节点接收的无线数据帧提取同步信息，计算从节点本地时钟与其关联的高一级节点本地时钟的相对相位偏差和相对频率偏差；

时钟修正模块，用于根据所述相对频率偏差，对晶振频率进行修正，修正后的晶振作为所述从节点的本地时钟信号源，而后软件补偿节点的相对相位偏差；

无线射频模块，用于所述从节点发送和接收含有组网、同步信息的无线数据帧；

所述主节点中第一频率偏差计算模块包括：

查询单元，用于查询外部参考时钟信号的计时上升沿是否到来；

闸门信号单元，用于在所述外部参考时钟信号的两个上升沿对应时间范围内，生成高电平有效信号；

计数比较单元，用于在所述闸门信号的上升沿和下降沿，读取主节点定时器的计数值，计算所述闸门信号高电平有效期内的定时器累加值，与理论值进行比较，从而得到主节点时钟相对于参考时钟的频率偏差。

2.如权利要求1所述的一种无线分布式网络的时钟同步装置，其特征在于，所述主节点和从节点中的无线射频模块收发的含有组网、同步信息的无线数据帧包括：

同步询问帧，用于高一级节点向与其关联的从节点询问是否开启同步；

同步握手帧，用于从节点向与其关联的高一级节点回应所述同步询问帧，表示一级网络的建立，开启从节点与其关联的高一级节点的同步；

同步启动帧，用于高一级节点与其关联的从节点开始周期性同步，定时发送；

同步请求帧，用于从节点向与其关联的高一级节点回应所述同步启动帧，从节点记录同步请求帧的发送时刻为同步请求发送时刻，高一级节点记录同步请求帧的接收时刻为同步请求接收时刻；

同步响应帧，用于高一级节点向与其关联的从节点回应所述同步请求帧，高一级节点记录同步响应帧的发送时刻为同步响应发送时刻，从节点记录同步响应帧的接收时刻为同步响应接收时刻，同步请求帧携带有高一级节点的同步信息，包括同步请求接收时刻和同步响应发送时刻；

同步结束帧，从节点校正本地时钟的频率偏差和相位偏差后，结束与其关联的高一级节点的同步，而后以从节点为高一级节点，建立新的次级网络。

3.如权利要求2所述的一种无线分布式网络的时钟同步装置，其特征在于，所述同步信息包括：同步请求发送时刻、同步请求接收时刻、同步响应发送时刻、同步响应接收时刻，发送时刻和接收时刻都是在节点MAC层处理数据帧时记录的，通过设置MAC层中断，读取定时器计数值，降低了时间信息的不确定性；所述无线数据帧含有的组网信息包括：节点地址、信号强度、传输信道、父节点地址、数据帧传输有效跳数。