CN101615964A - 用于在网络中同步时钟的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于同步网络中的时钟的电路装置和方法，所述网络具有多个、至少两个节点(Ki、Kn，i＝1、2、...、J，n∈i)，其中，至少两个这样的节点(Ki、Kn)能够彼此通信，并且分别具有本地时钟(LCi、LCn)，其中，在进行接收的这种节点(Kn)中从至少一个进行发送的其他这种节点(Ki，i≠n)接收从该发送节点(Ki，i≠n)发送的、该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)，并且根据该发送节点(Ki，i≠n)的所接收的全局时钟时间(gci，i≠n)以及接收节点(Kn)的自己的本地时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)来确定或者估计该接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)。

Description

用于在网络中同步时钟的电路装置和方法

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：Time Division Multiple Access/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(spread spectrumsignal)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(Network Time Protocol(网络时间协议))、PTP(Precision Time Protocol(精密时间协议))、TPSN(Timing-SyncProtocol for Sensor Networks(传感器网络时间同步协议))或者FTSP(FloodingTime Synchronization Protocol(泛洪时间同步协议))。

NTP(Network Time Protocol)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.：Network Time Protocol(version 3)Specification，Implementation and Analysis.RFC 1305(Draft Standard)，University ofDelaware，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。

PTP(Precision Time Protocol)使用所谓的最佳主时钟协议，以便确定可达的最高值时钟，如这在IEEE 1588：Standard for a Precision Clock SynchronizationProtocol for Networked Measurement and Control Systems中所说明的那样。接着在这里时间也以和在NTP的情况下相似的方式被分配。

TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)在彼此能够通信的节点下运行树结构，并且在那里把时间标度分配给具有最低序号的那些参与的节点，如从Ganeriwal，Saurabh；Kumar，Ram；Srivastava，Mani B.，Timing-sync protocol forsensor networks，SenSys’03：Proceedings of the 1st international conference onEmbedded networked sensor system，New York，ACM press，2003中所知。

FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol)在每一个关联的树中有主机(master)，该主机通过以下方式来确定，即它具有最低的序号，如从Maroti M.，Kusy B.，Simon G.，Ledeczi A.：The Flooding Time Synchronization Protocol，ISIS-04-501，2004年2月12日中所知。

对于上述协议共同的是，必须识别主机的故障或者不可达性，然后尽可能快地确定新的主机，并且必须使其时间标度适应。这一过程是非常时间临界，因为在不同的节点之间力求达到的例如10μs的同步性和40ppm的石英时钟脉冲差的情况下，如果主机不可达，同步在0.25s后已经丢失，并且一部分从机(slave)已经跟随新的主机，而另外的从机继续外插(extrapolieren)老的主机的时间标度。

为使用这样的结构实现高精确同步，必须保持各个参考测量之间的间隔非常短。这导致单独通过同步引起的高的信道负荷程度以及在移动节点中巨大的能量基本消耗。

FTSP虽然通过从从机向主机切换的节点首先外插先前的主机的时间标度并且由此模拟先前的主机，而缓和了该问题。如果主机丢失，通过该措施，网络的站在其时间上仅慢慢漂移分开。但是在发觉主机消失并且确定新的主机前总需要多个测量间隔的时间。

从Olfati-Saber：Distributed Kalman Filter with Embedded Consensus Filters(CDC-ECC’05：12-15 Dec.2005，P.8179-8184)中一般已知在网络中使用分布式卡尔曼滤波器。

在为时间估计使用已知的分布式卡尔曼滤波器的情况下例如外部传感器信息通过一致滤波器(Konsensfilter)，并且在此经历延迟。如果把分布式卡尔曼滤波器的系统反应式表示为

x′＝Ax+Bu

P′＝APA^T+Q′

则需要||A-E||²＜ε成立，以使通过该延迟引起的系统错误保持得小。这可以通过加快计时(Taktung)而实现，直至所谓的传播延迟(英语：Propagation-delay)在系统动力学方面短。在此，x是作为状态空间中的矢量表示的旧的估计的系统状态，P是作为旧的系统估计的散射参数的协方差。A是典型卡尔曼滤波器的系统矩阵。矢量u再现对系统的干预。干预作用矩阵B说明对于系统状态的影响。此外，x′和P′是新的系统状态和新的系统估计的协方差。Q是所预期的干扰的协方差。ε是小的常数，其取决于对于滤波的要求。

但是该分布式卡尔曼滤波器不适合用于同步的目的，因为卡尔曼滤波器仅在具有等待时间的情况下才能够使用其他站的传感器值。

此外，从Roehr，Sven；Gulden，Peter；Vossiek，Martin：Method for HighPrecision Clock Synchronization in Wireless Systems with Application to RadioNavigation，p.551-554，Radio and Wireless Symposium，Jan 2007 IEEE中获知用于同步的方面。

对于TOA和TDOA系统的基本扩展的提示例如存在于M.Vossiek，L.Wiebking，P.Gulden，J.Weighardt，C.Hoffman和P.Heide，“Wireless localpositioning，”IEEE Microwave Magazine，vol.4，pp.77-86，2003或者DE1254206或者DE 1240146、DE 1214754、US 3864681或者US 5216429和对于全球定位系统GPS的文献中。

发明内容

本发明的任务在于，如此改进用于在具有多个、至少两个节点的网络中同步时钟的电路装置或方法，使得该同步能够以结构方面的或者方法技术方面的小的耗费并且无需强制预先规定的参考时间源而特别高精确地实现。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法或者具有权利要求15的特征的电路装置解决。有利的改进是从属权利要求的主题。

因此优选一种在具有多个、至少两个节点的网络、特别是通信网络或者数据网络中用于同步时钟的方法，其中至少两个所述的节点彼此能够通信，并且分别具有本地时钟，其中在所述节点的接收节点中从所述节点的至少一个另外的发送节点接收所述节点的该发送节点的、从该所述节点的该发送节点发送的全局时钟时间，并且根据被接收的发送节点的全局时钟时间以及接收节点的自己的本地时钟的本地时钟时间，确定或者估计该接收节点的全局时钟时间。

特别涉及一种在具有高精确时钟的无线电支持的网络中用于同步时钟脉冲设备和时间测量设备的方法。代替每一节点的本地时钟时间，可以为另外过程的时间支持的处理使用所述每一节点的全局时钟时间。在此充分利用，不同节点的全局时钟时间比它们的本地时钟时间更准确地彼此适应。因此这样优选的节点是具有两个时钟或者两个时钟时间的网络部件。在此，本地时钟特别直接取决于本地振荡器，并且再现(wiedergeben)该节点的本地时钟时间。相反该节点的全局时钟时间在也考虑自己的本地时钟时间下被表决到另外的这种节点的相应的全局时钟时间。

接收节点的全局时钟时间可以被确定或者估计，对此可理解为使用具有尽可能准确的计算的计算方法或者用于估计大致时间值的估计方法。

优选的是，接收节点的被确定的或者被估计的全局时钟时间从该接收节点向另外的这样的节点发送。这是有利的，因为尽可能大数目的这样的节点的全局时钟时间比它们的本地时钟时间如此更简单地并且特别还更准确地彼此同步。在双方通信的情况下产生所有全局时钟时间的相互的更新和改善。这样越多的节点彼此通信，节点的各个全局时钟时间向虚构的公共的全局时钟时间的相互近似越好。

时钟时间或者相应的信号或者数据的发送或者接收优选被理解为通过无线电接口发送或者接收。但是也可以理解为通过电缆支持的网络、特别是通信网络的线路传输。在此，不仅在人之间的通信的意义上而且在交换数据和信号的最广的意义上理解通信网络。该通信网络优选是实时通信网络。通信网络的节点例如理解为部件，像通过线路支持的或者无线电支持的接口进行通信的数据设备或者应答器。但是特别是移动无线电系统或者Ad-hoc网络的移动设备，当它们根据该处理方式或者该设计的设备结构确定其时钟时间时，在更广泛的意义上也可以归于这样的节点。

如果当在节点中确定或者估计全局时钟时间时也一起使用该节点的先前的自己的全局时钟时间，则是有利的。使用该节点的先前的或者直到确定新的全局时钟时间为止有效的全局时钟时间，提高了对新的全局时钟时间的确定或者估计的准确性。在此可以以加权的方式将先前的全局时钟时间包括到新的全局时钟时间的确定中。

在节点中对于其瞬时全局时钟时间可以确定用于确定或者估计该全局时钟时间的置信值。通过这样的使用可信度或者置信准则的处理方式，具有用于提供中央全局时钟时间用以向所有各个节点转发的上级中央站的结构不是必要的。因此不需要具有中央主时钟和多个取决于此的分散的从时钟的上-下结构。在此，优选可以在节点中在确定或者估计该节点的全局时钟时间时一起使用该节点的迄今的全局时钟时间的置信值。

在节点中可以有利地在连同接收节点的给该所接收的全局时钟时间分配的这种置信值一起接收另一节点的全局时钟时间后，在确定或者估计该接收节点的全局时钟时间时，使用所接收的全局时钟时间和其所分配的置信值。由此这样的节点的其他接收节点特别在确定它自己的全局时钟时间时能够确定：以何种尺度考虑另外的发送节点的所接收的全局时钟时间。该全局时钟时间可以可选地在确定新的自己的全局时钟时间时相应地以加权方式予以考虑。

优选地，在节点中确定或者估计在自己的全局时钟时间和自己的本地时钟时间之间和/或在自己的全局时钟时间和从该节点外部接收的全局时钟时间之间的偏差尺度。

在此，可以在确定或者估计该节点的全局时钟时间时使用自己的节点的偏差尺度和/或另一这样的节点的这样所接收的全局时钟时间的这样的偏差尺度。通过考虑该偏差尺度有利地防止尤其对于所有节点的全局时钟时间相对于其本地时钟的整体的共同移动的稳定性。

特别在所述节点的至少两个节点中分别如此确定或者估计自己的本地时钟时间的预先给定的特征值到全局时钟的特征值的变换，使得在节点中分别确定至少一个这样的偏差尺度作为在相应的自己的本地时钟和自己的全局时钟之间的关系的展开，和所述节点之一的偏差尺度可以在至少另一个这样的节点中用作用于在至少该另一个节点中本地状态估计的输入值。因此该偏差尺度形成状态估计的结果，该结果作为发送信号被传输给另外的节点。简单的但是已经有效的偏差尺度已经独自构成了以下信息：发送节点的全局时钟走得比它的本地时钟是快还是慢，当对所述全局时钟没有进行干预时。

该结果可选地还可以包括发送节点的全局时钟时间和作为偏差尺度包括偏移、特别是为发送时刻预测的、该全局时钟时间与自己的本地时钟时间的偏移和/或该全局时钟时间的可信度(Vertraulichkeit)。

在此优选地，如果可用的偏差尺度的可预先确定的部分超过高速阈值，则可以执行对全局时钟时间的较慢的额定速度的修正，和/或如果可用的偏差尺度的可预先确定的部分未超过低速阈值，则执行对全局时钟时间的较快的额定速度的修正。

在节点中，该节点的本地时钟时间优选地以对该节点的全局时钟时间的时间差值来均衡(angleichen)，并且在此如此使与迄今的本地时钟时间有关的用于估计或者确定该节点的全局时钟时的计算量或者参数匹配，使得不通过经均衡的本地时钟时间影响该节点的全局时钟时间的随后的估计或者确定。如果从本地时钟时间中减去该时间差值，则相应地从用于确定全局时钟时间的算法或者流程的计算量或者参数中相应地减去或者加上该时间差值或者与其相应的量。否则该节点的下一全局时钟时间将显著与迄今的全局时钟时间偏离，并且首先必须再次被调整。在此要被再次调整的全局时钟时间在向其他节点发送时在这些节点中必要时同样会导致短时的增强的修正调整，直到所有全局时钟时间再次被调节得尽可能接近理想的虚构的全局时钟时间。

在节点中优选地在确定或者估计节点的全局时钟时间时另外使用参考时间源的外部时钟时间作为附加的外部全局时钟时间，其中该参考时间源被分配给不依赖于节点的网络的时间系统。参考时间源的外部时钟时间因此提供不依赖于节点的本地和全局时钟时间的外部时钟时间。参考时间源例如可以是DCF时间系统或者GPS系统，其发送DCF信号或者GPS信号，这些信号又提供时间信息作为外部时钟时间。由此如果也能接收这样的外部时钟时间的节点到达这样的参考时间源的发送范围内，则节点的时间系统能够始终被表决到不依赖此的参考时间系统。因此如果各个单元或者节点具有高精确的时间标准，例如GPS时间，并且在确定全局时钟时间时以较强的加权方式接受(eingehen)所述高精确的时间标准。

优选一种方法，其中根据以下方面给外部时钟时间分配置信值，即参考时间源源于哪种类型时间源。由此给按照高精确标准建立的和发送的或者通过节点接收的外部时钟时间分配高值的置信度，而给较低可信的外部时钟时间分配较小的置信度。这使得在接收节点中在重新估计全局时钟时间时能够进行自动最优加权。

节点的所确定的或者所估计的全局时钟时间在将来的时刻向另一个这样的节点发送，其中优选在发送前为该将来的时刻确定那时有效的全局时刻或者连同偏差尺度和/或置信值一起确定那时有效的全局时刻。这使得能够补偿计算时间或者其他的影响，其在发送过程期间或者在发送过程的准备期间会导致所发送的全局时钟时间的时间信息与进行实际发送的全局时钟时间的时间信息不对应。

还独立优选一种用于同步网络、特别是通信网络或者数据网络中的时钟的电路装置，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能够彼此通信，以及分别具有本地时钟，并且其中所述节点中的至少一个接收节点具有接收模块，用于接收这样的节点中的发送节点的所发送的全局时钟时间，和具有控制装置，其被设计和/或可控制，用于根据所接收的发送节点的全局时钟时间以及接收节点的自己的本地时钟的本地时钟时间来确定或者估计该接收节点的全局时钟时间。

这样的控制装置可以由硬件和/或借助软件控制的处理器来设计。在后一情况下给所述控制装置分配存储器，其中至少存储算法或者软件程序，用于控制处理器，使得能够执行相应的功能和方法步骤。

该电路装置优选被构造，具有发送模块，用于从接收节点向另外的这样的节点发送该接收节点的所确定的或者所估计的全局时钟时间。

该电路装置优选具有状态估计器，其被设计和/或可控制，用于在节点中在其瞬时全局时钟时间确定置信值。

在至少两个节点中分别实现本地状态估计器，其分别被设计和/或可控制，用于分别确定偏差尺度作为在相应的自己的本地时钟和自己的全局时钟之间的关系的展开，其中相应的控制装置被设计和/或可控制，用于把节点之一的偏差尺度在至少另一个这样的节点中作为在该至少另一个这样的节点中的本地状态估计用的输入值使用。

优选地，该电路装置具有表决模块，所述表决模块被设计或可控制，用于确定或者估计在自己的全局时钟时间和自己的本地时钟时间之间的偏差尺度。由此使得投票或者表决成为可能。另外或者可替代地，该表决模块被设计或可控制，用于确定在自己的全局时钟时间和从该节点外部接收的全局时钟时间之间的偏差尺度。特别是该后面提到的偏差尺度可以有利地用作用于滤波、特别是卡尔曼滤波的输入值。

这样的电路装置的控制装置优选为执行优选的方法之一而被设计或可被控制。

特别是相应偏差尺度在节点中用于影响相应的本地时钟和从不同节点的多个偏差尺度导出量，用该量影响全局时钟。

对于本地时钟的影响优选用于，最小化与全局时钟的其时间偏差，以及对于全局时钟的影响用于，最小化全局时钟对多个节点的时钟的平均速度偏差。

节点相应地具有装置或者部件，用以执行测量。特别是给测量或者接收到的数据分配关于节点的本地或者全局时钟的时基的时间戳。

通信网络或者其节点可选地可以包括定位功能。优选与能够通过本地雷达进行位置确定的系统结合，这点例如从WO 2003047137本身是已知的。

因此特别提供一种利用分布式彼此协作的状态估计器的新型同步方法，用该方法能够实现空间上分布式的系统单元的高精确同步。此外，介绍了一种后面也称为协作卡尔曼滤波器的状态估计器。在此，卡尔曼滤波器互相提供其各自当前的状态估计。该状态估计器在上述方面之外还能够在被观察的系统的系统动态过大以致于不能有效地使用已知的分布式卡尔曼滤波器的所有地方被有利地使用。否则在没有这样的处理方法情况下，已知的分布式卡尔曼滤波器由于由通信延迟引起的问题将不能被使用。

附图说明

下面根据附图详细说明实施例。

图1示出通信网络的节点，所述节点彼此交换时间信息并由此相对于另外节点的时钟同步其自己的时钟；

图2示意示出这样的节点中的部件和用于说明方法流程的方法步骤；

图3以抽象的方式示出在通信网络处的三个节点，用于说明基本的方法构思；

图4示出作为状态估计器的协作的卡尔曼滤波器的基本原理；

图5示出第一节点中的状态估计器的时间图；

图6示出第二节点中的状态估计器的相应的时间图；

图7示出从第一节点中的状态估计器的角度看两个节点的公共事件；

图8示出在考虑第一节点的数据后第二节点中的由此更精确的估计的相应的时间图。

具体实施方式

如从图1所见，多个节点K1、K2、K3、K4或者Ki通过网络的一个或者多个信道CH进行通信，其中i作为位置标记(Platzhalter)代表相应的节点号码i＝1、2、...、n、...、I。发送信号sc1、sc2、sc3、sc4或者sci通过信道CH来传输。因此可以看出，每一节点K1、...、K4自己优选发送自己的发送信号sc1、...、sc4，并且每一节点K1、...、K4从优选所有其他的节点Ki接收相应的发送信号sci。该网络可以作为通信网络和/或数据网络构建。

此外节点K1、...、K4另外还可以彼此交换另外的有用数据或者信息数据。然而在该图和说明书中当前仅说明用于同步各个节点Ki的时钟的数据、发送信号和其他信息。还可以把为同步所需要的发送数据在例如其他传输系统的数据帧中作为有用数据或者头段数据传输。

例如图解地为第一节点K1概略描述出对于执行用于在通信网络的节点Ki中同步时钟的优选方法所需要的各种部件和信号。此外，除信号外还概略描述用于执行一种这样的方法的优选电路装置的各个部件。

通过接口，特别是天线，从发送/接收模块IO接收其他节点K2-K4的相应的发送信号sci以及发送该第一节点K1的发送信号sc1。所接收的发送信号sci优选作为分别发出发送数据或者发送信号sci的节点Ki的时间信息包括全局时钟时间gci。

全局时钟时间gci是在各节点Ki中确定的或者估计的时间信息。在此，更精确地观察，相应的全局时钟时间gci是虚构的(fiktive)全局时钟时间gci，各节点Ki从该虚构的全局时钟时间gci出发，涉及物理上真实的实际的瞬时时间，然而该瞬时时间必要时可能既与全局时钟时间gci也与该相应节点Ki的本地时钟时间lci偏离。

附加于全局时钟时间gci，在发送信号sci中优选包含置信值di，该置信值说明，建立并且发送该全局gci的节点Ki本身以什么样的可信度(Vertraulichkeit)认为作为物理上真实的全局时钟时间的全局时钟时间gci的正确性。

作为再另外的信息，在发送信号sci中还优选包含说明偏差尺度vi的数据。使用该偏差尺度vi，发送节点Ki用信号通知其余的接收节点Ki、Kn，它是否认为它自己的全局时钟时间gci相对于它自己的本地时钟时间lci走得太块还是太慢，或者在该发送节点Ki处对本地全局时钟时间的较快的或者较慢的速度是否需要校正。因此在最简单的情况下该偏差尺度由用于过快或者过慢的状态的两个值组成。

可选地，发送信号sci还可以具有关于发送节点Ki或者其全局或者本地时钟的号码或者其他优选唯一标识信息的信息LCi-Nr，以便在接收节点中保持这样的概况，即所接收到的发送信号中的所接收到的信息是否必须改写旧的信息，或者是否来自另一节点，其中对所述另一节点还不存在数据。

所接收的发送信号sci的数据在第一节点K1内在存储器M中被暂存。在此，给该暂存的数据、亦即特别是全局时钟时间gci、置信值di和可选偏差尺度vi在节点K1或者在其发送/接收模块IO中分配相应的本地接收时钟时间lc1。换句话说，特别给每一个接收到的全局时钟时间gci分配本地接收时钟时间lc1，其按照本地时钟LC1与各瞬时接收时刻相对应。例如，为第一本地接收时钟时间01:51:43映射：从第四节点K4接收了值为01:52:56的全局时钟时间gc4。此外对于同一接收时刻从第二节点K2接收了值为01:52:55的全局时钟时间gc2。对于具有值为01:51:44的本地接收时钟时间lc1的随后的接收时刻，从第三节点K3接收了值为01:52:57的全局时钟时间gc3。

另外，可以把从发送器到接收器的传播持续时间的估计分配给所接收到的发送信号和/或以这样的方式存储，使得能够从接收时刻推断出发送时刻。特别在具有位置估计可能性的节点中可以把这样的措施用于进一步改善同步精度。

此外给各全局时钟时间gc2-gc4分别分配置信值d2-d4和偏差尺度v2-v4。例如第四节点K4以值为0:01的其置信值d4表示，它高度相信所传送的全局时钟时间gc4。这例如由如下决定，第四节点K4另外具有模块，通过该模块它可以接收参考时间源XC的时间信息，当前是来自GPS系统的所接收的时间信号的时间信息。此外第四节点K4传送信息：其偏差尺度v4根据值0被设置。

第二节点K2作为附加信息传送具有值0:05的置信值d2，该值表示较小的可信度。此外，从第二节点K2传送值为-2的偏差尺度v2，用以通知过慢的时间行为。在第二节点K2的情况下涉及从本地计算机PC接收时间信息pcs的节点，其中给该时间信息pcs分配相应的置信值，其具有比在参考时间源XC的外部时间值的情况下有效的可信度小的可信度。

第三节点K3是独立的节点，不访问外部时间源，并且像第一节点K1一样仅根据所接收到的发送信号sci执行其时钟的同步。相应地给转交的全局时钟时间gc3另外分配具有例如值0:02的置信值d3和具有例如值1的偏差尺度v3。由此通知同样较小的可信度和它的时钟走得过快。

第一节点的控制装置C从这些信息构建该第一节点的猜测的或者估计的全局时钟时间gc1。第一节点K1根据存储的数据和附加根据它自己的本地时钟时间lc1以该全局时钟时间gc1为出发点：涉及猜测的全局时钟时间，其最可能相应于真实的全局时钟时间。

为使通信的另外的节点k2-k4同样能够同步其时钟，控制装置C提供用于构建自己的发送信号sc1的相应信息。在此除自己的瞬时全局时钟时间gc1之外特别涉及置信值d1和偏差尺度v1，其由控制装置C为该节点K1的自己的全局时钟时间gc1确定或者计算。例如，第一节点K1在此已经确定具有值01:52:55的新的当前全局时钟时间gc1作为可能最有根据的全局真实时钟时间。

考虑到第一节点K1中先前的全局时钟时间与现在有效的全局时钟时间gc1的偏差，对于该新的全局时钟时间gc1有效的其置信值d1例如相应地被设置为0:02，以便根据计算结果通知相对高的可靠性。使用偏差尺度v1＝-2，第一节点K1通知：它自己的本地时钟时间gc1比现在有效的新估计的全局时钟时间gc1走得显著过慢，以致在其余的节点中在估计时也可能考虑这点。

相应的要发送的数据然后在后来的时刻从发送/接收模块IO向另外的节点K2-K4发送。然而在发送前由控制装置C负责，被发送的信息不被分配给信息提供的瞬时时刻，而是正确地分配给将来的发送时刻。

可选地，控制装置C还可以促使提供本地时钟LC1或者为该本地时钟LC1和第一节点K1的另外的部件输出时钟脉冲信号的振荡器OS，用于修正本地时钟LC1或者另外的部件。相应地，例如从控制装置C向本地时钟LC1输出本地修正信号l2，以便使本地时钟时间lc1与第一节点K1的现在有效的全局时钟时间gc1匹配。另一本地修正信号l3相应可选地被施加给微调模块(Trimm-Modul)TM，该微调模块TM通过微调信号to较快或较慢地控制振荡器OS。

图2表示作为例子的节点Kn，相对于图1具有关于部件、方法步骤和数据或者信号的更多的细节。只要使用和在图1中或者在另外的图中相同的附图标记，则涉及相同构造的或者相同作用的部件或者方法流程或者信号和数据。

节点Kn再次具有发送/接收模块IO作为第一部件。该发送/接收模块IO优选包括接收模块EM，其被构造用于接收或者获得其他节点的发送信号sci。特别是接收模块EM已进行了对所接收的发送信号sci的第一处理。于是从所接收的发送信号sci向时间戳TS输送全局时钟时间gci和给其所分配的置信值di，在该时间戳TS内至少给这些数据部分、即所接收的全局时钟时间gci和所分配的置信值di分配本地接收时钟时间lc1，其对应于节点Kn的瞬时本地时钟时间。借助时间戳TS已经在发送/接收模块IO的区域内的该分配是有利的，因为由此不损失处理时间，并且能够尽可能及时地(zeitnah)用本地接收时钟时间lc1进行所接收的数据的标记。作为选项可以估计传播持续时间并且在计算时予以考虑。

可选也可以用该时间戳TS给分别所接收的偏差尺度vi配备本地接收时钟时间lc1。然而在所示实施变型方案中优选把所接收的偏差尺度vi直接施加给表决模块VM。

配备有本地接收时钟时间lc1的全局时钟时间gci(lc1)和给它分配的置信值di(lc1)被输送给状态估计器KF。状态估计器KF借助在该状态估计器中保存的数据为所述节点Kn确定全局时钟时间(gcn)。此外，状态估计器KF中的卡尔曼滤波器或者另外的确定或者估计过程在节点Kn的确定的全局时钟时间gcn另外为该确定的全局时钟时间gcn确定置信值dn。它们从状态估计器KF被输出，并且为在节点Kn中继续处理而被提供。优选地，状态估计器KF在该处理中同时确定在该节点Kn的本地时钟LCn和全局时钟GCn之间或者在本地时钟时间lcn和全局时钟时间gcn之间的时间漂移dr。该漂移dr说明，节点Kn的全局时钟GCn和本地时钟LCn以何种速度彼此漂移开。

这样确定的参数、亦即特别是全局时钟时间gcn、其置信值di和漂移dr，从状态估计器KF被施加给可信度估计器VS。可信度估计器VS为本地时钟时间lc的确定的时刻ts(lcn^*)确定该节点Kn的那时有效的全局时钟时间gcn及其置信值的那时有效的偏差尺度vn。该偏差尺度vn优选同样作为对所接收的偏差尺度vi附加的偏差尺度vn被施加给表决模块VM。

此外状态估计器KF的参数、特别是全局时钟时间gcn、置信值dn和偏差尺度vn被输送给发送参数模块，该发送参数模块被设计用于为从该节点Kn发送而提供发送信号scn。发送信号scn的提供如此进行，使得为对于将来本地时间lcn的计划的将来发送时刻ts(lcn^*)，提供那时从该节点Kn看是有效的全局时钟时间gcn连同那时所属的参数、亦即置信值dn和偏差尺度vn。

该如此为将来的时刻确定的和提供的发送信号scn然后被提供给发送/接收模块IO的发送模块S，以便从该发送模块S在正确的、预先规定的将来的发送时刻ts(lcn^*)被发送。

另一有利的部件是全局干预模块(Globaleingriffsmodul)GM，它为状态估计器KF产生全局干预参数ge并且施加给状态估计器KF。全局干预参数ge用于当表决模块(Abstimmungsmodul)VM中的表决提供需要进行全局干预的表决结果erg时相应地改变作为卡尔曼滤波器构造的状态估计器中的参数。此外全局干预模块GM为表决模块VM提供复位信号rst。该复位信号rst促使丢弃存储器中的已为全局干预而被运用的偏差尺度。以这种方式防止这样的偏差尺度进入多次表决。

此外可选地可以借助本地干预模块LM执行本地干预，以便改变本地时钟LCn中的参数。此外可以在状态估计器KF或者在它的卡尔曼滤波器中以及可选在微调器TM中为匹配它们的参数而使用本地干预参数。为此本地干预模块LM从状态估计器KF获得本地干预控制信号。此外从本地干预模块LM再次向本地时钟lcn或者向微调模块TM施加相应的本地修正信号l2、l3。状态估计器修正信号l1从本地干预模块LM向状态估计器KF施加，以便在本地干预的情况下不仅使本地时钟时间lcn匹配，而且在状态估计器中与该本地时钟时间有关的量、特别是与所接收的发送信号参数相逻辑连接的本地接收时钟时间lc1，相应于本地时钟时间lcn的变化而同样改变，确切说以这样一种方式改变，即全局时钟于此尽可能不受影响地继续运行。

对于设置可选的微调模块TM的情况，该微调模块可以被设计，用以根据从本地干预模块LM所施加的控制信号l3为可信度估计器VS提供微调信号以及为振荡器OS和/或本地时钟LCn提供微调信号to。本地振荡器OS再次用于向本地时钟LCn施加适当的时钟脉冲信号。但是可选地该振荡器OS也可以给电路装置的其他部件提供该时钟脉冲信号或者其他时钟脉冲信号。

所示的节点Kn另外还具有发送/接收模块的可选的另一接口，以便从参考时间源XC接收信号。在此，特别可以涉及全球定位系统(GPS)的GPS信号，或者涉及例如按照DCF标准的时间信号dcf标准化了的时间信号。这样接收的信号作为外部全局时钟时间gci^*由发送/接收模块IO作为另外的全局时钟时间提供。但是因为该外部全局时钟时间gci^*既不具有置信值di^*，也不具有偏差尺度，因为这样的参数不由它们的时间源预先规定，所以发送/接收模块IO优选另外具有可信度分配模块XCV，用于分配适当的置信值di^*和/或所分配的偏差尺度vi^*。由此接收到的外部全局时钟时间gci^*能够通过节点Kn的另外的部件和方法流程像从其他节点接收到的发送信号sci或者其数据一样被处理。

各种不同的模块还可以是必要时甚至仅具有唯一的处理器和相应的端子的组合式装置，其借助纯软件算法执行相应的数据处理。但是原理上各个模块也可以通过硬件部件或者组合式硬件和软件部件构成。在存储器M或者另外的存储装置中可以存储相应的程序，以便适当地控制不同的方法流程。

为说明优选的处理方式和电路装置的基本思想，图3示出3个节点K1、K2、K3，它们通过一个或者多个信道CH通信。每个节点K1-K3在调节装置2中执行对全局时间的相应的调节。在此在理想的情况下理论上所有节点K1-K3都得到同一全局时钟时间。然而实际上全局时钟时间将总是彼此至少少许偏离，因为在不同的节点K1-K3中的各个部件不等同，因此在内部时钟的时间运行方面总具有波动。不同节点K1-K3的如此确定的全局时间于是像从虚拟主机1向其余的节点K1-K3分配，这在各个节点K1-K3内被看作为测量或者接收参考时间。换句话说，该系统可与树结构比较，在该树结构中虚拟主机1为不同的下级节点K1-K3进行时间预定。该虚拟主机通过节点K1-K3的加权的共同作用自己形成。因此相对于实际主机的不同在于，不是为各个节点K1-K3预先规定唯一的参考时间，而是给各个节点K1-K3发送大量不同的全局时间，之后各个节点K1-K3通过它们的状态估计器试图从接收到的全局时钟时间中确定自己的全局时钟时间。利用所述自己的全局时钟时间，节点K1-K3于是分别自身得以控制，此外通过向另外的节点K1-K3传输，也能够实现这些另外的节点K1-K3的同步。

图4表示用于说明基本思想的另一装置。各个节点K1-K3通过一个或者多个信道CH通信。在此通过它们的发送/接收模块IO发生传感器联合(Sensorvereinigung)，其中全局时钟时间或者发送信号sc1-sc3由分别另外的传感器或者节点接收。已接收的并且用时间戳标记的数据然后被输送给相应的状态估计器KF，所述状态估计器作为优选本地卡尔曼滤波器构造并且进行全局时钟时间的重新确定。相应的全局时钟时间、系统状态x1-x3或者相应的发送信号sc1-sc3然后为在节点K1-K3内的另外的处理被提供，或者再次通过一个或者多个信道CH被传输。

换句话说，用于时间同步节点中的时钟的方法或者电路装置的基本方面在于，在多个这样的节点上实现状态估计器。使用状态估计器KF的概念，在本说明书的框架内可以理解数学模型或者通过硬件和/或软件的其技术转换：在包括其他节点Ki的测量数据或者接收到的数据的情况下使该模型的状态尽可能好地近似真实的被建模的系统的状态。此外所述状态估计器KF可以基于卡尔曼滤波器、粒子滤波器、自适应滤波器、蒙特卡罗方法和/或以贝叶斯(Bayes)统计为基础的模型。

状态估计器如此被构造，使得所述状态估计器分别利用本地时间脉冲源或者本地时钟时间lcn、lci估计带有所属的置信dn、di的全局时钟时间gcn、gci。概念时钟LCi、LCn、GCi、GCn当前可被理解为时间脉冲装置和/或时间测量装置。这样的时钟的特征值是其运行速度，亦即其时钟脉冲速率，以及绝对时钟时间，亦即计数器读数或者与各节点Kn、Ki内的可协商的时间基准点有关的数。节点Kn、Ki可以如此被构造，使得所述节点能够把在第一节点Ki、Kn上的本地状态估计的结果通知给在至少一个另外的第二节点Kn、Ki上的另一状态估计器KF。当前在该第二节点Kn、Ki上的状态估计器KF现在使用第一节点Ki、Kn的状态估计作为用于其自己的状态估计的输入值。该协作过程优选在所有节点Ki、Kn之间相互执行。

在所建议的装置中由原理决定地不产生主节点，而是各个节点上的状态估计器彼此如此连接，使得它们收敛到一致的公共的时间表示或者公共的虚构的全局时钟时间。从外部观察，不同节点的全局时钟在理想情况下提供相同的或者几乎相同的全局时钟时间值。

在所述的方法和装置中示出新型的协作状态估计器的一般原理。相对于具有嵌入式一致滤波器(Konsensfilter)的已知的常见分布式卡尔曼滤波器的特别的优点是这样的事实：新型的协作状态估计器在缓慢计时时也收敛。在已知的分布式卡尔曼滤波器中这点不起作用，因为变化过快，以致于不能用缓慢的计时来检测和修正。该收敛通过考虑由于状态估计而引起的延迟的以下流程而可能。

特别优选的流程如下：

第一节点Kn计划它发送状态估计的发送时钟时间或者发送时刻ts(lcn^*)。然后该第一节点Kn为正好该将来的发送时钟时间而估计其状态，亦即其全局时钟时间gcn。如果达到该发送时刻ts(lcn^*)，则第一节点Kn发出该状态估计，然后该状态估计可以由第二节点Ki接收。第二节点Ki确定接收信号的到达时刻和/或借助传播持续时间估计确定接收到的信号的发送时刻，并且从其旧的已有的估计和接收到的估计结合到达时刻或发送时刻，确定该第二节点Ki的全局时钟时间gci的新的改善的自己的估计。该估计然后优选再次被提供给其他节点使用，就像在图1或者图4中所概略表示的那样。

优选使用所述协作卡尔曼滤波器作为状态估计器KF用于同步，其方式是，如此设计协作卡尔曼滤波器，使得该协作卡尔曼滤波器估计全局时钟GCi、GCn的状态。如果各个站或者节点Ki、Kn通过特别是外部参考时间源XC具有按照DCF、GPS、...的信号，则所述各个站或者节点被视为给出关于全局时钟GCi、GCn的状态的消息的传感器。因为通常的时间源XC不提供置信尺度，所以可以确定适宜的正确测定的置信值di^*并且分配它的值。这点可以通过估计、物理考虑、测量、或者仪启迪学方式实现。

不同节点Kn、ki的状态估计器KF中的协作卡尔曼滤波器收敛到相应全局时钟GCn的最大一致的状态估计并且以这种方式提供虚构的公共时间标度供使用。

在此有利的是，如果不存在例如按照GPS标准或者DCF标准的外部参考时间源XC，则协作卡尔曼滤波器也收敛到一致的状态估计。

如果不存在特别是实时源形式的传感器输入，则需要根据本发明的附加机制，以便在其速度方面把全局时钟保持接近真实时间。否则可能是，虽然协作卡尔曼滤波器收敛为一致的表示，但是它们运行明显过快或者过慢。为避免这点，优选所有参与的站在其真实本地时钟LCn、LCi和其全局时钟GCn、GCi之间定期执行比较。通过一致机制或者多个、优选所有节点Kn、Ki执行的表决，一方面决定是否应该对全局时钟时间gcn、gci调节干预，另一方面决定是否应该减慢或者加速全局时钟时间gcn、gci。以这种方式实现：全局时钟时间gcn、gci通常能够自由运行，并且因此非常均匀地划分时间，但是它不能以其运行速度从参与的节点Kn、Ki的真实时钟的运行速度的确定的分位点(Quantil)脱离。取决于应用和使用的一致机制可以适当选择该分位点。一种适当的选择例如是，全局时钟时间gcn、gci不能从参与的节点Ki、Kn的33％-66％分位点脱离(ausbrechen)。另外的表述是，采用调节干预，其中当全局时钟的时钟脉冲速率落入到在作为低速度阈值的33％之下的分位点中，则所述调节干预提高全局时钟的时钟脉冲速率，而如果全局时钟的时钟脉冲速率达到在作为高速度阈值的66％之上的分位点，则所述调节干预降低全局时钟的时钟脉冲速率。调节干预的大小可如此被测定，一方面不过大，因为那时能够导致不稳定，另一方面，至少必须这样大，使得全局时钟不继续向下分位点或者上分位点推进，亦即不继续在错误的方向上移动，

于是总流程如下：通信网络中的时钟被同步，其方式是，在多个节点上实现本地状态估计器KF，所述本地状态估计器借助本地时钟时间lcn、lci估计全局时钟时间gcn、gci，并且借助网络中的通信给其他的节点Ki、Kn提供该估计的全局时钟时间gcn、gci，这在其侧能够由此改善它们的全局时钟时间gcn、gci的本地估计。这点例如在图5到图8中说明。图5和图6为相应的状态估计器表示两个节点A和B的全局和本地时间标度t_lokal，A和t_lokal，B相对于其各自的全局时钟时间t_global，A和t_global，B的特性曲线。在此特征线与二分象限的直线的偏差基于本地和全局时钟时间的不同的变化。虚线举例说明本地和全局时钟时间的另外可能的特性曲线。

图7根据节点A的状态估计器示出事件(例如发送无线电报)的时刻，所述无线电报包含另一节点Ki的发送信号sci。给该事件分配相应的本地或者全局时刻或者本地接收时钟时间lc1(图1、2)。因为事件仅以确定的准确度知晓，所以为事件的物理全局时钟时间产生概率分布，而本地接收时钟时间lc1可以通过接收器确定。

图8相对于图6通过由优选的算法进行的修正示出全局时钟时间对本地时钟时间的由此产生的特性曲线。表示出在考虑节点A的数据后节点B中更精确的估计。明显看出，特性曲线中时钟时间彼此较小的偏差。

转换该基本方面的一种可能性例如是在状态估计器KF中使用本地卡尔曼滤波器。

卡尔曼滤波器在要被观察的系统的状态空间表示上运行。在该种情况下应用的模型是这样一种本地时钟lcn，该本地时钟lcn与自己的全局时钟gcn通过偏移δ和本地时钟LCn的不同的运行速度

相对于全局时钟GCn偏离。

作为在第n个节点Kn中在离散时刻k的系统状态x_n，k包含这些参数，并且构成在离散时刻k在节点n的本地和全局时钟LCn、GCn之间或者在它们的时钟时间lcn、gcn之间的所估计的变换

此外要记录，在本地时间的哪个时刻存在本地时钟LCn的该状态的lastupdate _n，k并且lastupdate _n，k作为最新系统状态x_n，k的本地时间在节点Kn中保存。

由此节点Kn的系统状态x_n，k的变换的当前估计的全局时刻t_n，global如下：

这意味着，如果要给节点Kn的事件分配本地时间值t_n，lokal，则该事件根据节点Kn的估计在全局时刻t_n，global发生。

这样的事件特别是将来的发送时刻ts(lcn^*)，在该将来的发送时刻，节点Kn把它的由它计算的全局时间gcn向其他节点发送。为该将来的发送时刻ts(lcn^*)预测的偏移do为

附加于表示所估计的系统状态的、可映射为状态矢量的系统状态x_n，k，运用误差协方差矩阵

其中σ作为用于协方差的统计符号，该误差协方差矩阵描述系统估计的准确性Pn，k。

准确性Pn，k或者从其导出的量作为节点Kn或者其他的节点Ki(i≠n)的置信值dn或者di被提供。优选地，该置信值dn作为给全局时钟时间gcn分配的量在该节点Kn中用于确定它的全局时钟时间gcn。与全局时钟时间gcn一起的发送也使其他的节点Ki能够考虑所接收的全局时钟时间gcn的预测的准确性或者置信度。置信值dn或者di特别可以包括该误差协方差矩阵或者考虑其他干扰量的协方差矩阵，或者在考虑所述误差协方差矩阵或考虑其他干扰量的协方差矩阵的情况下被确定。

只要没有测量结果、特别是接收到的全局时钟时间gci和/或GPS时间信号等可供使用，则该系统的发展能够通过从该系统中产生的系统方程利用系统矩阵

$A_{n,k}=\left(\begin{array}{cc}1& ({\mathrm{now}}_n-{\mathrm{lastupdate}}_n)\\ 0& 1\end{array}\right)$

来估计。

利作为lastupdate_n的将来值的now_n，节点Kn中的新的系统状态为

${\hat{x}}_{n,k+1}=A_{n,k}\·x_{n,k}.$

新的误差协方差矩阵为

${\hat{P}}_{n,k+1}=A_{n,k+1}{P}_{n,k}{A}_{n,k+1}^T+Q_{n,k+1}.$

为考虑模型误差，在此把误差协方差矩阵放大了模型误差矩阵Q_n，k。在此考虑在现实中出现、但不通过系统矩阵再现的影响。

属于这样的影响的特别是由于振荡器的误差通过本地时钟LCn的相位噪声引起的全局和本地时钟GCn、LCn的偏移变化、通过振荡器电压的电压波动引起的频率变化、通过振荡器的温度改变引起的频率变化和通过振荡器和必要时构成并且围绕该时钟的电路装置的不希望的寄生电容引起的频率变化。

此外，优选地注意，在系统方程的数字计算时发生常见的取整(Rundung)。这也可以视为模型误差。

只要相位噪声在应用中未达到相关的大小，则模型误差矩阵可以置为

$Q_{k+1}=\left(\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& \mathrm{dDrijft}\·\mathrm{\Δt}\end{array}\right).$

在此，dDrift是用于估计振荡器的和从而本地时钟关于物理时间的漂移的常数。在使用未加热的石英振荡器作为本地时钟脉冲源时的实用值在初试范围内处于0.0125ppm²/s。

如果进行测量、也就是说接收GPS时间等或者还有其他节点Ki的全局时钟时间gci，那么除各个测量值M外应该适当地知道该测量的准确性。这通过协方差矩阵R来说明。在一方面为在节点Kn中发生的或者被接收到的事件E对节点Kn的全局时刻t_global，n的自己的估计和另一方面该事件的由另一发送节点Ki(i≠n)通知的全局时刻t_i，global之间的当前偏移y_k+1被测量。由此在时刻k+1适用于当前偏移：

y_k+1＝所测量的当前偏移。

漂移通常不能测量，而大多必须通过卡尔曼滤波器来估计。因为所测量的偏移y_k+1作为可处理的量是一维矢量，所以协方差矩阵R具有大小1x1并且仅包含测量值M的散射(Streuung)R_k+1。下式成立

$R_{k+1}=\left({\mathrm{\σ}}_{y_{k+1}}^2\right).$

该偏移测量的测量值M的散射R_k+1由通过发送站的可信度确定的部分、无线电报的运行时间的确定的不准确性、和在确定接收时刻时的不准确性组成。

为现在借助测量值改善系统的状态描述，在状态矢量x_n，k的展开的先验估计和所接收的不同测量值等的测量结果之间进行加权。优选地，单独直接处理每一个测量值。在此，这样选择加权，使得系统的产生的方差矩阵具有最小的矩阵范数。

K＝P_k+1C^T(CPC^T+R)^-1

是卡尔曼增益，

$x_{n,k+1}={\hat{x}}_{n,k+1}+K_{n,k+1}{y}_{n,k+1}$

是表示改善了的变换的矢量。

因此状态估计器KF中的本地卡尔曼滤波器估计在节点Kn的本地时钟时间lcn和该节点Kn的全局时钟时间gcn之间的变换。该估计被提供给时隙管理，所述时隙管理由此能够在确定的全局时钟时间gcn触发动作，例如发送过程、给予开关边沿或者运行HF接收部件。

通过本地调节干预，优选地全局时钟GCn的本地时钟脉冲源或者振荡器OS也被跟踪，由此避免在相应要执行的软件程序中浮点变量的过分增长，否则这会导致丧失表示准确性。

表决例如通过相加或者加权相加来计数用于加速或制动多个全局时钟时间gci、gcn的从其他站接收到的投票(Stimme)或者偏差尺度vi，并且在干预情况下促使干预不同节点Ki、Kn的相应全局时钟。

发送和/或接收装置IO或者相应的例行程序负责在已给的硬件上发送和接收特别是无线电报形式的数据，在此在确定发送和接收时刻时能够实现尽可能好的准确性。

在接收分组时的流程特别存在于下面的步骤，这些步骤特别可根据图2来理解。

发送和/或接收装置IO在第一步骤进行对其他节点Ki的分组或者所接收的发送信号sci的接收，并且根据节点Kn的本地时钟LCn的瞬时本地接收时钟时间(lcn)确定该接收时刻lc1为时间戳。

该分组或者所接收的发送信号sci以及带有本地接收时钟时间lc1的所分配的时间戳在第二步骤中提供给带有卡尔曼滤波器的状态估计器KF。

卡尔曼滤波器在第三步骤中对本地接收时钟时间lcn进行预测步骤，其中以前面的公式设置变量lastupdate，使得该新设置的变量lastupdate对应于新的本地接收时钟时间lc1。

借助在该分组或者在所接收的发送信号sci中说明的所接收的全局时钟时间gci，卡尔曼滤波器在第四步骤进行修正步骤。与第二步骤的不同在于，在第三和第四步骤中描述了卡尔曼滤波器中的流程。

第五步骤也可在第二到第四步骤之前或者与之并行地进行，在所述第五步骤中，发送/接收模块IO把分组或者所接收的发送信号sci交给表决模块VM。在此，发送/接收模块IO优选地如此被构造，使得在向其余的硬件转交事件时产生尽可能小的抖动。

最后在第六步骤中，表决模块VM计数得到的各个投票，所述投票以偏差尺度vi、vn的形式被施加给该表决模块。

此外，定期执行全局干预，以便使节点Kn的全局时钟时间gcn分别与接收到的时钟时间匹配。

为此，表决模块确定关于所施加的偏差尺度vi、vn的表决的结果。之后结束对全局时钟GCn或者全局时钟时间gcn的干预，其中优选考虑阈值sh、st。最后状态估计器KF或者其卡尔曼滤波器使它的变换估计与新的全局时钟时间gcn匹配。

此外优选还定期地执行本地干预，以便使节点Kn的本地时钟时间lcn分别与全局时钟时间gcn匹配。

为此观察本地时钟LCn和估计的全局时钟GCn之间的变换，并且根据需要计划对本地时钟LCn或者本地时钟时间lcn的操纵，以便使其与全局时钟时间gcn相适应。然后控制装置C在需要时执行适当的干预，以便例如通过适当的寄生电容制动或者加速本地时钟或者振荡器OS。

此外状态估计器KF如此使估计匹配于卡尔曼滤波器中的变换，使得所估计的全局时钟时间gcn不依赖于本地时钟时间lcn的匹配而均匀地继续运行。

此外，为使其他节点Ki同样能够匹配其全局时钟时间gci，优选执行定期的发送过程。

在此，在第一步骤中例如借助时隙管理针对本地时钟时间lcn的确定的将来时刻ts(lcn^*)计划发送。在第二步骤中，状态估计器KF和/或控制装置C为该将来时刻ts(lcn^*)估计那时适用于该节点n的全局时钟时间gcn。在第三步骤中，所有对其他节点Ki的时间同步重要的信息和/或必要时有用数据被插入到要发送的分组或者发送信号，并且必要时被编码。最后，发送信号scn随后在第四步骤中在节点N的物理时间上将来计划的本地时刻ts(lcn^*)或者相应的全局时刻gcn从其发送/接收模块IO被发送。

在这种情况下特殊性在于，不存在真实传感器、亦即不存在精确的外部时钟或者时间服务。不同节点Kn的状态估计器KF的卡尔曼滤波器通过交换相应的自己的全局时钟gcn、gci的状态估计而得到公共的时间标度或者全局时钟gcn、gci的彼此互相接近的时间值。

完全放弃例如为上级主时钟或者外部参考时间源XC形式的真实传感器的副作用是整个系统对于所谓的自满足的预言的缺乏抵抗性。这例如在明显比真实时钟走得快的虚构全局时钟中表现出来。为防止这点，要么给各个节点Kn(图2)、K2、K4(图1)提供测量外部时间源的可能性，要么网络借助偏差尺度vn、vi执行对全局时钟的监视，并且通过对全局时钟的被表决的调节干预以可接受的运行速度负责均匀的运行。

优选可以如下执行对虚构的全局时钟的相应监视：只要多于三分之二的站或者节点Kn、Ki确定运行速度的同样的偏差，则对全局时钟进行抵抗该偏差的调节干预。运行速度的同样的偏差可通过与全局时钟时间一同接收的偏差尺度vn、vi来检测。以这种方式实现，全局时钟通常能够自由运行，并且因此非常均匀地分配时间。但是它们不能从参与的节点Kn、Ki的例如33％-66％分位点脱离(ausbrechen)。分位点的测定也可以不同地来进行，例如用较高的或者较低的阈值。

本发明的另外的实施形式包括具有例如对应于GPS时间标准的较高绝对时间准确性的节点。这些节点的分组或者数据于是在表决方法中以对应于相对其他节点较高的准确性增益的加权被考虑。

本方法或者这样的电路装置可以有利地在实时网络中、在基于TDMA的网络中以及特别还在定位系统中被使用。

如果一种这样的方法与在WO 2003/047137中所描述的方法结合，则产生特别有利的扩展方案。在WO 2003/047137中所描述的方法通过交换频率调制的信号能够实现两个时钟的极准确的比较。

因此该方法非常出色地适合用于确定优选按照WO 2003/047137构造的、由第二节点Ki接收的接收信号的到达时刻。也即，第一节点Kn必须生成发送信号/电报，该发送信号/电报既包含其状态估计的数据，也产生用于按照WO2003/047137精确地测量时间的信号。这种组合例如能够使无线电节点比1 ns更好地准确同步，以及时钟脉冲速率在ppb范围内准确同步。使用这样准确同步的节点Ki、Kn，于是能够非常简单地构建所谓的TOA(time of arrival/到达时间)或者TDOA(time difference of arrival/到达时间的时间差)定位系统。

附图标记列表

     da、da°          置信值，置信反比于da、da的大小

     dcf               外部时间信号，特别是DCF信号

     dn、di            gcn或者gci的置信值

     di^*               gci^*的置信值

     do                在ts(lcn^*)预测的偏移

(t_lokal-lastupdate_n)

     dr                在LCn和GCn之间的时间漂移

     gci               节点Ki的全局时钟时间

     gci^*              XC的外部全局时钟时间

     gcn               节点n中的全局时钟时间

     gps               外部时钟时间，特别是GPS信号

     gst

     i                 节点循环变量，i＝1、2、3、...、n、...、I

     lc1               节点n中的本地接收时钟时间

     lcn               节点n中的本地时钟时间

     l2                用于LC1的本地修正信号

     l3                用于TM的本地修正信号

     lcn^*              将来的本地时钟时间

     lastupdate_n，k    本地时钟LCn的状态的本地时间

     n                 当前观察的节点的循环变量(Laufindex)

     pcs               本地计算机时间

     rst               复位信号

sci、scn               Ki或者Kn的作为状态估计的结果(gci、di、vi；gcn、dn、vn)的

                       发送信号

     sh                高速阈值

     st                低速阈值

     t_n，local         Kn中的当前估计的本地时刻

     t_n，global        Kn中的当前估计的全局时刻

     to                用于LCn或者OS的微调信号

     tr                用于VS的微调信号

ts(lcn^*)  相对将来本地时钟时间lcn^*的发送时刻

vi、vn    用于gci、gcn的偏差尺度

δ_n，k    节点n中在时刻k的偏移

       在lcn和gcn之间的运行时间差

     从LCn到GCn的特征值的变换

σ        统计学协方差符号

1         虚拟主机

2         用于gci的调节装置

C         控制装置

CH        信道

EM        接收模块

GCn       节点n中的全局时钟

GM        全局干预模块

IO        发送/接收模块

KF        状态估计器，特别是卡尔曼滤波器

Ki、Kn    节点i、当前观察的节点n

LCn       节点n中的本地时钟

LM        本地干预模块

M         存储器

OS        振荡器

PC        本地计算机

S         发送模块

SM        发送参数模块，为lcn^*确定scn(gcn、、dn、vn)

TM        微调模块

TS        时间戳

VM        用于vi、vn的erg的表决模块

VS        用于vn的可信度估计器

XC        外部参考时间源

XCV       可信度分配模块

Claims (20)

1.用于在网络中同步时钟的方法，所述网络具有多个、至少两个节点(Ki、Kn，i＝1、2、...、J，n∈i)，其中，所述节点中的至少两个节点(Ki、Kn)能够彼此通信，并且分别具有本地时钟(LCi、LCn)，其特征在于，

-在所述节点中的接收节点(Kn)中从至少一个进行发送的其他这样的节点(Ki，i≠n)接收由所述节点中的该发送节点(Ki，i≠n)发送的、所述节点中的该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)，和

-根据所接收的该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)以及接收节点(Kn)的自己的本地时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)，确定或者估计该接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收节点(Kn)的确定的或者估计的全局时钟时间(gcn)从该接收节点(Kn)向另外的这样的节点(Ki，i≠n)发送。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当在节点(Kn)中确定或者估计全局时钟时间(gcn)时也一起使用节点(Kn)的自己先前的全局时钟时间(gcn)。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中确定或者估计在自己的全局时钟时间(gcn)和自己的本地时钟时间(lcn)之间和/或在自己的全局时钟时间(gcn)和从该节点(Kn)外部接收的全局时钟时间(gci)之间的偏差尺度(vn)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在确定或者估计节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时，使用自己的节点(Kn)的偏差尺度(vn)和/或另外的这样的节点(Ki)的这样的被接收的全局时钟时间(gci)的这样的偏差尺度(vi)。

6.根据上述权利要求之一、特别是根据权利要求4或5所述的方法，其中，

-在所述节点的至少两个节点(Ki(i≠n)、Kn)中分别确定或者估计自己的本地时钟时间(lcn)的预先给定的特征值到全局时钟(GCn)的特征值的变换，使得在节点(Ki；Kn)中分别确定至少一个这样的偏差尺度(vn；vi)作为在相应的自己的本地时钟(LCn)和自己的全局时钟(GCn)之间的关系的展开，和

-节点(Kn；Ki)之一的偏差尺度(vn；vi)在至少另一个这样的节点(Ki；Kn)中作为用于在至少该另一个节点(Ki；Kn)中进行本地状态估计的输入值来使用。

7.根据权利要求4到6之一所述的方法，其中，

-如果可用的偏差尺度(vn，vi)的可预先确定的部分超过高速阈值(sh)，则执行对全局时钟时间(gcn)的较慢额定速度的修正，和/或

-如果可用的偏差尺度(vn，vi)的可预先确定的部分未超过低速阈值(st)，则执行对全局时钟时间(gcn)的较快额定速度的修正。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中对于其瞬时全局时钟时间(gcn)确定用于确定或者估计该全局时钟时间(gcn)的置信值(dn)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在节点(Kn)中在确定或者估计该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时一起使用节点(Kn)的迄今的全局时钟时间的置信值(dn)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在节点(Kn)中在接收到另一个节点(Ki)的全局时钟时间(gci)连同接收节点(Kn)的给该所接收的全局时钟时间(gci)所分配的这种置信值(di)后，在确定或者估计接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时使用所接收的全局时钟时间(gci)和其所分配的置信值(di)。

11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，

-在节点(Kn)中以对该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)的时间差值均衡该节点(Kn)的本地时钟时间(lcn)，和

-在此使与迄今的本地时钟时间(lcn)有关的用于估计或者确定该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)的计算量或者参数匹配，使得不通过经均衡的本地时钟时间(lcn)影响该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)的随后的估计或者确定。

12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中在确定或者估计节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时另外使用参考时间源(XC)的外部时钟时间(gps)作为附加的外部全局时钟时间(gci^*)，其中该参考时间源(XC)被分配给不依赖于节点(Kn，Ki)的网络的时间系统。

13.根据权利要求12和权利要求8到10之一所述的方法，其中，根据以下方面给外部时钟时间(gci^*)分配置信值(dn^*)，即参考时间源(XC)源于何种类型的时间源。

14.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，节点(Kn)的所确定的或者所估计的全局时钟时间(gcn)在将来的时刻ts(lcn^*)向另一个这样的节点(Ki，i≠n)发送，并且在发送前为该将来的时刻ts(lcn^*)确定那时有效的全局时刻(gcn)或者连同偏差尺度(vn)和/或置信值(dn)一起确定那时有效的全局时刻(gcn)。

15.用于在网络中同步时钟的电路装置，所述网络具有多个、至少两个节点(Ki、Kn，i＝1、2、...、J，n∈i)，其中，所述节点中的至少两个节点(Ki、Kn)能够彼此通信，并且分别具有本地时钟(LCi、LCn)和用于产生本地时钟(LCi、LCn)的时钟脉冲的本地振荡器(OS)，其特征在于，

-所述节点中的至少一个接收节点(Kn)具有接收模块(EM；IO)，用于接收这样的节点中的发送节点(Ki，i≠n)的所发送的全局时钟时间(gci，i≠n)，和

-具有控制装置(C)，其被设计和/或可控制，用于根据该发送节点(Ki，i≠n)的所接收的全局时钟时间(gci，i≠n)以及接收节点(Kn)的自己的本地时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)来确定或者估计该接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)。

16.根据权利要求15所述的电路装置，具有发送模块(S；IO)，用于从接收节点(Kn)向另外的这样的节点(Ki，i≠n)发送该接收节点(Kn)的所确定的或者所估计的全局时钟时间(gcn)。

17.根据权利要求15或者16所述的电路装置，具有状态估计器(KF)，其被设计和/或可控制，用于在节点(Kn)中对其瞬时全局时钟时间(gcn)确定置信值(dn)。

18.根据权利要求17所述的电路装置，具有在至少两个节点(Ki(i≠n)、Kn)中分别实现的本地状态估计器(KF)，所述本地状态估计器被设计和/或可控制，用于分别确定偏差尺度(vn；vi)作为在相应的自己的本地时钟(LCn)和自己的全局时钟(GCn)之间的关系的展开，其中相应的控制装置(C)被设计和/或可控制，用于把节点(Kn；Ki)之一的偏差尺度(vn；vi)在至少另一个这样的节点(Ki；Kn)中作为用于在该至少另一个这样的节点(Ki；Kn)中进行本地状态估计的输入值(di；dn)来使用。

19.根据权利要求15到18之一所述的电路装置，具有表决模块(VM)，其被设计或可控制，用于确定或者估计在自己的全局时钟时间(gcn)和自己的本地时钟时间(lcn)之间和/或在自己的全局时钟时间(gcn)和从该节点(Kn)外部接收的全局时钟时间(gci)之间的偏差尺度(vn)。

20.根据权利要求15到19之一所述的电路装置，其中，控制装置(C)被设计和/或可控制，用于执行根据权利要求1到14之一所述的方法。

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