CN106254021B - 实现物联网设备间时间同步的系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现物联网设备间时间同步的系统及其方法，通过主时钟设备向各个物联网设备定时发送带有时间戳、信息驻留时间、信息传输时延的时间同步信息，并在传输途径中的每个沿途设备进行驻留时间、传输时延的数据更新，再发送至下一个沿途设备，使位于信息传输终端的物联网设备接收最后更新的时间同步信息时，只要将其中的时间戳加上累加后的驻留时间数据及/或传输时延数据，即可获得与主时钟设备同步的时间，解决了以往物联网整体在完成时间同步部署的成本和功耗过大问题，实现了物联网设备无需复杂的协议栈、时延和时钟偏差计算以及时间收敛算法即可完成与主时钟设备的时间同步校时的技术效果。

Description

实现物联网设备间时间同步的系统及其方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体来说涉及一种实现物联网设备间时间同步的系统及其方法。
背景技术
目前，物联网已在各种传统行业(非传统通信行业)中得到迅猛发展。很多应用中需要物联网设备之间实现时间同步。例如，工业设备出现故障时需要及时上报告警，同时需要知道告警产生的确切时间，这需要物联网设备与主时钟设备保持时间同步。
现有实现物联网设备与主时钟设备保持时间同步的方式，是基于传统通信行业中定义和应用的时间同步技术，来实现不同设备之间的时间同步。更具体地，现有的实现同步方式可以有通过NTP协议及/或1588v2协议，两种协议在实现时间同步的精准度不同。
如图1，显示了物联网设备作为客户端，采用1588v2协议向主时钟进行同步的示意图，其具有主时钟设备10以及与其连接以实现时间同步的时钟从设备，所述时钟从设备包括了第一、第二、第三物联网设备11、12、13，其中第一、第二物联网设备11、12分别通过其连接终端网关111、121连接第一接入网关14，第三物联网设备13则通过其终端网关131连接第二接入网关15，所述两个接入网关14、15再分别与同样连接至主时钟设备10的第一、第二网络平台16、17连接，从而通过1588v2协议实现物联网设备(客户端)与主时钟设备(时钟端)的时间同步。
然而，在以前述方案实现时间同步之前，物联网设备需要先完备软、硬件设施以完成包括：(1)支持和实现1588v2协议；(2)根据时间戳计算路径传输时延，以及与主时钟的时间偏差；(3)实现时间收敛算法，校正本地时钟与主时钟的时间偏差等功能，才能达到让客户端与时钟端时间同步的目的。
NTP协义同样采用主时钟和客户端的方式达到实现时间同步，但与1588v2协议不同的是，NTP协义不要求硬件时间戳，是通过纯软件方式实现；但也因此，以NTP协义实现时间同步的精度要低于1588v2协议。此外，NTP协义仍然要求作为时钟从设备的物联网设备要能够支持和实现NTP协义以及时间收敛算法。
由上可知，现有的物联网设备间时间同步实现方式要求作为时钟从设备的物联网设备实现上述提及的诸多功能，使得物联网设备存在对应的成本和功耗。而物联网设备数量非常庞大，如果这类实现方式要求每个物联网设备均具备此功能，将大幅提高物联网的整体部署成本和功耗，并不符合实际的使用需求，同时也形成实现时间同步的阻碍。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种实现物联网设备间时间同步的系统及其方法，通过主时钟设备向各个物联网设备定时发送带有时间戳、信息驻留时间、信息传输时延的时间同步信息，并在信息传输途径中的每个信息传输设备进行一次驻留时间、传输时延的数据更新，再发送至下一个连接的信息传输设备，使位于信息传输终端的物联网设备在接收到最后更新的时间同步信息时，只要将其中的时间戳加上累加后的驻留时间数据及传输时延数据，解决了以往物联网整体在完成时间同步部署的成本和功耗过大问题，实现了物联网设备无需复杂的协议栈、时延和时钟偏差计算以及时间收敛算法即可完成与主时钟设备的时间同步校时的技术效果。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种实现物联网设备间时间同步的系统，其具有主时钟设备通过至少一沿途设备与至少一物联网设备连接进行时间同步信息的通信；其中，所述主时钟设备，用以输出及插入输出时间戳至所述时间同步信息，所述时间同步信息被输出至所述沿途设备；所述沿途设备，用以记录时间同步信息的驻留时间(ΔTT-R)；所述沿途设备插入其记录的驻留时间至其接收的时间同步信息后输出；所述物联网设备，接收时间同步信息后，将时间同步信息中的时间戳加上累加的驻留时间以得到与主时钟设备同步的时间。
本发明实现物联网设备间时间同步的系统的进一步改进在于，所述沿途设备为网络平台、接入网关及/或其他信息传输设备；所述物联网设备各具有一终端网关与所述沿途设备连接，所述终端网关接收并记录时间同步信息的接收时点，用以运算获得时间同步信息在沿途设备的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及时间同步信息在所述沿途设备至终端网关之间的累加传输时延(ΔTD)；所述累加驻留时间及所述累加传输时延被所述终端网关插入至其接收的时间同步信息，供与主时钟设备进行时间同步校时。
本发明实现物联网设备间时间同步的系统的进一步改进在于，所述物联网设备各具有一终端网关与所述沿途设备连接；所述沿途设备包括与主时钟设备连接的网络平台，以及连接所述网络平台与所述终端网关的接入网关；所述时间同步信息依其发送设备为主时钟设备、网络平台、接入网关及终端网关，分别封装为主时钟数据包、网络数据包、接入数据包及终端数据包；其中，所述网络平台，用以接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)；所述驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)被网络平台插入至主时钟数据包，以封装形成一网络数据包输出至所述接入网关，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)；所述接入网关，用以接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在接入网关的驻留时间(ΔTT-R)，以及网络数据包在网络平台至接入网关的传输时延(ΔTD)；所述驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)被接入网关插入至网络数据包，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关的传输时延(ΔTD)；所述终端网关，用以接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；所述传输时延(ΔTD)被终端网关插入至接入数据包，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
本发明实现物联网设备间时间同步的系统的更进一步改进在于，所述沿途设备具有至少一个用以传输信息并连接于所述网络平台与所述接入网关之间的信息传输设备；定义所述信息传输设备发送的时间同步信息为沿途数据包；其中，所述信息传输设备，用以接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述信息传输设备依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在信息传输设备的驻留时间(ΔTT-R)，以及网络数据包在网络平台至信息传输设备的传输时延(ΔTD)；所述驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)被信息传输设备插入至网络数据包，以封装形成一沿途数据包输出至下一个连接的信息传输设备或所述接入网关，所述信息传输设备数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及信息传输设备的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备的传输时延(ΔTD)；所述接入网关，用以接收所述沿途数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得沿途数据包在接入网关的驻留时间(ΔTT-R)，以及沿途设备数据包在信息传输设备至接入网关的传输时延(ΔTD)；所述驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)被接入网关插入至沿途数据包，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关的传输时延(ΔTD)；所述终端网关，用以接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；所述传输时延(ΔTD)被终端网关插入至接入数据包，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、沿途设备及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
本发明实现物联网设备间时间同步的系统的进一步改进在于，所述时间同步信息按照用户数据报协议(UDP协义，User Datagram Protocol)封装形成所述数据包。
此外，本发明还提出了一种实现物联网设备间时间同步的方法，所述方法包括一主时钟设备在其输出的时间同步信息中插入输出时间戳后通过网络平台传输，所述时间同步信息通过至少一沿途设备输出到至少一物联网设备，以进行时间同步校时；其中：
当所述时间同步信息通过所述沿途设备传送到所述物联网设备，由所述沿途设备记录时间同步信息的驻留时间，同时更新所述时间同步信息中的驻留时间后输出；
当所述时间同步信息被所述物联网设备接收后，由所述物联网设备将所述更新后的驻留时间加于所述时间同步信息的时间戳，以获得与主时钟设备同步的时间。
于本发明，前述实现物联网设备间时间同步的方法中，所述物联网设备各具有一终端网关；所述沿途设备包括与主时钟设备连接的网络平台，以及连接所述物联网设备的终端网关与所述网络平台的接入网关，且所述沿途设备具有可以在所述网络平台与所述接入网关之间连接设置至少一个用以传输信息的信息传输设备。所述时间同步信息依其发送设备为主时钟设备、网络平台、信息传输设备、接入网关及终端网关，分别封装为主时钟数据包、网络数据包沿途数据包、接入数据包及终端数据包。
较佳地，前述实现物联网设备间时间同步的方法中，所述主时钟设备与物联网设备之间具有网络平台、接入网关及终端网关连接，其中：
所述网络平台接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述主时钟数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一网络数据包输出至所述接入网关，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)；
所述接入网关接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在接入网关的驻留时间(ΔTT-R)，以及网络数据包在网络平台至接入网关的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述网络数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关的传输时延(ΔTD)；
所述终端网关接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述接入数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
较佳地，前述实现物联网设备间时间同步的方法中，所述主时钟设备与物联网设备之间具有网络平台、信息传输设备、接入网关及终端网关连接，其中：
所述网络平台接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述主时钟数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一网络数据包输出至所述信息传输设备，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台的传输时延(ΔTD)；
所述信息传输设备接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述信息传输设备依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在信息传输设备的驻留时间(ΔTT-R)，以及网络数据包在网络平台至信息传输设备的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述网络数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一沿途数据包输出至下一个连接的信息传输设备或所述接入网关，所述信息传输设备数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及信息传输设备的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备的传输时延(ΔTD)；
所述接入网关接收所述沿途数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得沿途数据包在接入网关的驻留时间(ΔTT-R)，以及沿途数据包在信息传输设备至接入网关的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述沿途数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关的传输时延(ΔTD)；
所述终端网关接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)，并据以更新所述接入数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间(ΔTT-R)，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延(ΔTD)；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
较佳地，前述实现物联网设备间时间同步的方法中，所述网络平台中具有边界设备，且所述边界设备与所述主时钟设备已时间同步时，所述网络平台通过所述边界设备记录和运算时间同步信息的驻留时间(ΔTT-R)。
较佳地，前述实现物联网设备间时间同步的方法中，所述时间同步信息按照用户数据报协议(UDP协义，User Datagram Protocol)封装形成数据包。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)物联网设备无需支持任何协议栈和时间收敛算法，在物联网设备规模应用时，降低了整体方案的成本和功耗。
(2)主控设备得到了简化，无需支持与客户端(物联网设备)交互的协议栈。
附图说明
图1是现有的物联网设备通过1588v2协议与主时钟设备进行时间同步的示意图。
图2是本发明实现物联网设备间时间同步的第一实施例示意图。
图3是本发明实现物联网设备间时间同步的第二实施例示意图。
附图标记与部件的对应关系如下：
主时钟设备10；第一物联网设备11；终端网关111；第二物联网设备12；终端网关121；第三物联网设备13；终端网关131；第一接入网关14；第二接入网关15；第一网络平台16；第二网络平台17；主时钟设备20；第一物联网设备21；终端网关211；第二物联网设备22；终端网关221；第三物联网设备23；终端网关231；第一接入网关24；第二接入网关25；第一网络平台26；第二网络平台27；信息传输设备28；信息传输设备29；接收时点TR-26、TR-27、TR-28、TR-29、TR-24、TR-25、TR-21、TR-22、TR-23；发送时点TT-20、TT-26、TT-27、TT-28、TT-29、TT-24、TT-25、TT-21、TT-22、TT-23；时间同步数据包S20-26、S20-27、S26-28、S27-29、S28-24、S29-25、S24-21、S24-22、S25-23。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
如图2、图3所示，本发明实现物联网设备间时间同步的系统，具有主时钟设备20通过至少一沿途设备与至少一物联网设备21、22、23连接进行时间同步信息的通信；其中，所述沿途设备可以是网络平台26、27、接入网关24、25及/或其他信息传输途经的信息传输设备28、29，所述沿途设备可以视实际需求扩张设置；所述物联网设备21、22、23各别连接一终端网关211、221、231。
所述主时钟设备20，用以输出及插入输出时间戳至所述时间同步信息，所述时间同步信息被所述主时钟设备20封装形成一时间同步数据包输出至所述沿途设备。如图2，所述主时钟设备20具有发送时点(TT)，并输出时间同步数据包(S)。
所述沿途设备，用以记录接收及发送时间同步数据包(S)的时点(接收时点TR、发送时点TT)，并据以运算获得时间同步数据包在沿途设备的驻留时间(ΔTT-R)，以及时间同步数据包在前后连接设备之间的传输时延(ΔTD)；令各所述沿途设备插入其运算获得的驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)至其接收的时间同步数据包，以更新并封装形成一带有时间戳、驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)的时间同步数据包输出至所述物联网设备21、22、23。
所述物联网设备21、22、23，各具有一终端网关211、221、231与所述沿途设备连接，所述终端网关211、221、231接收并记录时间同步数据包的接收时点(TR)，用以运算获得时间同步数据包在沿途设备及终端网关之间的传输时延(ΔTD)；所述传输时延(ΔTD)被所述终端网关插入至其接收的时间同步数据包，以封装形成一带有时间戳与信号在所有沿途设备的累加驻留时间(ΔTT-R)及累加传输时延(ΔTD)的时间同步数据包，所述物联网设备依据其终端网关封装形成的时间同步数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
本发明实现物联网设备间时间同步的方法，是由所述主时钟设备20向各个物联网设备21、22、23定时发送时间同步数据包(S)，所述时间同步数据包带有主时钟设备20输出所述时间同步信息的时间戳、时间同步信息在发送设备的驻留时间(ΔTT-R)以及信息传输路径中发送设备与接收设备之间的传输时延(ΔTD)；所述沿途设备接收并发送所述时间同步数据包，并记录接收时点(TR)及发送时点(TT)，用以运算获得时间同步数据包在沿途设备的驻留时间(ΔTT-R)，以及时间同步数据包在前后连接设备之间的传输时延(ΔTD)；
所述沿途设备将其运算获得的驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)插入至所述时间同步数据包，以更新时间同步数据包的驻留时间(ΔTT-R)数据以及传输时延(ΔTD)数据；
所述物联网设备21、22、23接收所述沿途设备更新后的时间同步数据包，经运算累加各个沿途设备的驻留时间(ΔTT-R)以及传输时延(ΔTD)，再与主时钟设备20输出时间戳相加，获得与主时钟设备同步的时间信息。
于本实施例中，所述时间同步信息、时间戳、驻留时间(ΔTT-R)数据及传输时延(ΔTD)数据是按照用户数据报协议(UDP协义，User Datagram Protocol)封装形成数据包。
以下请参阅图2、图3，说明本发明提供一种实现物联网设备间时间同步的方法的两种实施例。
请先配合参阅图2、图3所示，说明本发明标记，本发明设备在接收及发送时间同步数据包(S)时会产生接收时点(TR)及发送时点(TT)；以第一网络平台26为例说明，其接收时点标记为TR-26，发送时点标记为TT-26。在设备之间传输的时间同步数据包(S)，以主时钟设备20传输至第一网络平台26为例，其间传输的时间同步数据包标记为S20-26。
是以，在图2实施例中，接收时点共有TR-26、TR-27、TR-28、TR-29、TR-24、TR-25、TR-21、TR-22、TR-23；发送时点共有TT-20、TT-26、TT-27、TT-28、TT-29、TT-24、TT-25、TT-21、TT-22、TT-23；时间同步数据包共有S20-26、S20-27、S26-28、S27-29、S28-24、S29-25、S24-21、S24-22、S25-23。
进一步地，所述驻留时间(ΔTT-R)指时间同步数据包驻留在传输途经设备的时间，以第一网络平台26为例说明，时间同步数据包在第一网络平台26的驻留时间标记为ΔT26；其运算方式是由第一网络平台26的发送时点TT-26与接收时点TR-26相减获得，等式注记为：
ΔTT-R＝ΔT26＝TT-26-TR-26
所述传输时延(ΔTD)指信息在两个设备之间的传输时间，以主时钟设备20传输至第一网络平台26为例说明，时间同步数据包从主时钟设备20传输至第一网络平台26的传输时延标记为ΔT20-26；其运算方式是由第一网络平台26的接收时点TR-26与主时钟设备20的发送时点TT-20相减获得，等式注记为：
ΔTD＝ΔT20-26＝TR-26-TT-20
是以，如下表所示，显示本发明中各个时间同步数据包中包括的时间戳、驻留时间(ΔTT-R)及传输时延(ΔTD)具体内容。
如图2所示，显示本发明的第一实施例，其包括了第一物联网设备21、第二物联网设备22、第三物联网设备23，其中第一物联网设备21、第二物联网设备22连接至第一接入网关24，并通过第一接入网关24依序连接信息传输设备28、第一网络平台26，最后连接至主时钟设备20；第三物联网设备23则与第二接入网关25连接，并通过第二接入网关25依序连接信息传输设备29、第二网络平台27，最后连接至主时钟设备20。所述第一物联网设备21、第二物联网设备22、第三物联网设备23分别连接一终端网关211、221、223。
由于本发明物联网设备与主时钟设备进行时间同步的方法不因信息传输途径产生变化，因此以下仅以主时钟设备20→第一网络平台26→信息传输设备28→第一接入网关24→第一物联网设备21的传输途径，配合图2进行具体说明。
所述主时钟设备20，用以输出及插入输出时间戳至所述时间同步信息，所述时间戳即主时钟设备20输出时间同步数据包的发送时点TT-20，所述时间戳(发送时点TT-20)及主时钟设备20的驻留时间ΔT20被所述主时钟设备20封装形成一时间同步数据包S20-26输出至第一网络平台26。
所述第一网络平台26，用以接收所述时间同步数据包S20-26，并记录时间同步数据包的接收时点TR-26及发送时点TT-26，所述第一网络平台26依据所述接收及发送时点TR-26、TT-26运算获得时间同步数据包S20-26在第一网络平台26的驻留时间ΔT26，以及时间同步数据包S20-26在主时钟设备20至第一网络平台26的传输时延ΔT20-26；所述驻留时间ΔT26及传输时延ΔT20-26被第一网络平台26插入至时间同步数据包S20-26，以封装形成一新的时间同步数据包S26-28输出至所述信息传输设备28，所述时间同步数据包S26-28带有主时钟设备20输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20及第一网络平台26的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26)，以及主时钟设备20至第一网络平台26的传输时延(ΔT20-26)。
所述信息传输设备28，用以接收所述时间同步数据包S26-28，并记录时间同步数据包的接收时点TR-28及发送时点TT-28，所述信息传输设备28依据所述接收及发送时点TR-28、TT-28运算获得时间同步数据包S26-28在信息传输设备28的驻留时间ΔT28，以及时间同步数据包S26-28在第一网络平台26至信息传输设备28的传输时延ΔT26-28；所述驻留时间ΔT28及传输时延ΔT26-28被信息传输设备28插入至时间同步数据包S26-28，以封装形成一新的时间同步数据包S28-24输出至所述第一接入网关24，所述时间同步数据包S28-24带有主时钟设备20输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20、第一网络平台26及信息传输设备备28的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26+ΔT28)，以及主时钟设备20至第一网络平台26、第一网络平台26至信息传输设备28的传输时延(ΔT20-26+ΔT26-28)。
所述第一接入网关24，用以接收所述时间同步数据包S28-24，并记录时间同步数据包的接收时点TR-24及发送时点TT-24，所述第一接入网关24依据所述接收及发送时点TR-24、TT-24运算获得时间同步数据包S28-24在第一接入网关24的驻留时间ΔT24，以及时间同步数据包S28-24在信息传输设备28至第一接入网关24的传输时延ΔT28-24；所述驻留时间ΔT24及传输时延ΔT28-24被第一接入网关24插入至时间同步数据包S28-24，以封装形成一新的时间同步数据包S24-21输出所述第一物联网设备21的终端网关211，所述时间同步数据包S24-21带有主时钟设备输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20、第一网络平台26、信息传输设备28及第一接入网关24的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26+ΔT28+ΔT24)，以及主时钟设备20至第一网络平台26、第一网络平台26至信息传输设备28、信息传输设备28至第一接入网关24的传输时延(ΔT20-26+ΔT26-28+ΔT28-24)。
所述终端网关211，用以接收所述时间同步数据包S24-21，并记录时间同步数据包的接收时点TR-21，所述终端网关211依据所述接收时点TR-21运算获得时间同步数据包S24-21在第一接入网关24至终端网关211的传输时延ΔT24-21；所述传输时延ΔT24-21被终端网关211插入至时间同步数据包S24-21，以封装形成一最终时间同步数据包，所述最终时间同步数据包带有主时钟设备20输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20、第一网络平台26、信息传输设备28及第一接入网关24的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26+ΔT28+ΔT24)，以及主时钟设备20至第一网络平台26、第一网络平台26至信息传输设备28、信息传输设备28至第一接入网关24、第一接入网关24至终端网关211、终端网关211至第一物联网设备21的传输时延(ΔT20-26+ΔT26-28+ΔT28-24+ΔT24-21)；令所述物联网设备21依据其终端网关211封装形成的最终时间同步数据包与主时钟设备20进行时间同步校时。
如图3所示，显示本发明的第二实施例，其与第一实施例的差别在于网络平台与接入网关之间不具有任何信息传输设备连接，即所述网络平台直接与接入网关连接进行信息通信。在图3实施例中具体包括了，第一物联网设备21、第二物联网设备22、第三物联网设备23，其中第一物联网设备21、第二物联网设备22连接至第一接入网关24，并通过第一接入网关24直接连接第一网络平台26，最后连接至主时钟设备20；第三物联网设备23则与第二接入网关25连接，并通过第二接入网关25直接连接第二网络平台27，最后连接至主时钟设备20。所述第一物联网设备21、第二物联网设备22、第三物联网设备23分别连接一终端网关211、221、223。
由于本发明物联网设备与主时钟设备进行时间同步的方法不因信息传输途径产生变化，因此以下仅以主时钟设备20→第一网络平台26→第一接入网关24→第一物联网设备21的传输途径，配合图3进行具体说明。
所述主时钟设备20，用以输出及插入输出时间戳至所述时间同步信息，所述时间戳即主时钟设备20输出时间同步数据包的发送时点TT-20，所述时间戳(发送时点TT-20)及主时钟设备20的驻留时间ΔT20被所述主时钟设备20封装形成一时间同步数据包S20-26输出至第一网络平台26。
所述第一网络平台26，用以接收所述时间同步数据包S20-26，并记录时间同步数据包的接收时点TR-26及发送时点TT-26，所述第一网络平台26依据所述接收及发送时点TR-26、TT-26运算获得时间同步数据包S20-26在第一网络平台26的驻留时间ΔT26，以及时间同步数据包S20-26在主时钟设备20至第一网络平台26的传输时延ΔT20-26；所述驻留时间ΔT26及传输时延ΔT20-26被第一网络平台26插入至时间同步数据包S20-26，以封装形成一新的时间同步数据包S26-24输出至所述第一接入网关24，所述时间同步数据包S26-24带有主时钟设备20输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20及第一网络平台26的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26)，以及主时钟设备20至第一网络平台26的传输时延(ΔT20-26)。
所述第一接入网关24，用以接收所述时间同步数据包S26-24，并记录时间同步数据包的接收时点TR-24及发送时点TT-24，所述第一接入网关24依据所述接收及发送时点TR-24、TT-24运算获得时间同步数据包S26-24在第一接入网关24的驻留时间ΔT24，以及时间同步数据包S26-24在第一网络平台26至第一接入网关24的传输时延ΔT26-24；所述驻留时间ΔT24及传输时延ΔT26-24被第一接入网关24插入至时间同步数据包S26-24，以封装形成一新的时间同步数据包S24-21输出所述第一物联网设备21的终端网关211，所述时间同步数据包S24-21带有主时钟设备输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20、第一网络平台26及第一接入网关24的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26+ΔT24)，以及主时钟设备20至第一网络平台26、第一网络平台26至第一接入网关24的传输时延(ΔT20-26+ΔT26-24)。
所述终端网关211，用以接收所述时间同步数据包S24-21，并记录时间同步数据包的接收时点TR-21，所述终端网关211依据所述接收时点TR-21运算获得时间同步数据包S24-21在第一接入网关24至终端网关211的传输时延ΔT24-21；所述传输时延ΔT24-21被终端网关211插入至时间同步数据包S24-21，以封装形成一最终时间同步数据包，所述最终时间同步数据包带有主时钟设备20输出时间戳TT-20、信息在主时钟设备20、第一网络平台26及第一接入网关24的累加驻留时间(ΔT20+ΔT26+ΔT24)，以及主时钟设备20至第一网络平台26、第一网络平台26至第一接入网关24、第一接入网关24至终端网关211、终端网关211至第一物联网设备21的传输时延(ΔT20-26+ΔT26-24+ΔT24-21)；令所述物联网设备21依据其终端网关211封装形成的最终时间同步数据包与主时钟设备20进行时间同步校时。
综上所述，本发明通过通过主时钟设备向各个物联网设备定时发送带有时间戳、信息驻留时间、信息传输时延的时间同步信息，并在传输途径中的每个沿途设备进行驻留时间、传输时延的数据更新，再封装成更新后的时间同步数据包发送至下一个沿途设备，使位于信息传输终端的物联网设备接收最后的时间同步数据包时，只要将其中的时间戳加上累加后的驻留时间数据及传输时延数据，即可获得与主时钟设备同步的时间，解决了以往物联网整体在完成时间同步部署的成本和功耗过大问题，实现了物联网设备无需复杂的协议栈、时延和时钟偏差计算以及时间收敛算法即可完成与主时钟设备的时间同步校时的技术效果。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现物联网设备间时间同步的系统，其具有主时钟设备通过至少一沿途设备与至少一物联网设备连接进行时间同步信息的通信；其特征在于：
所述主时钟设备，用以输出及插入输出时间戳至所述时间同步信息，所述时间同步信息被输出至所述沿途设备；
所述沿途设备，用以接收所述主时钟设备或前一沿途设备输出的时间同步信息，并记录接收及发送时间同步信息的时点以运算获得时间同步信息在沿途设备的驻留时间，所述驻留时间由沿途设备的发送时点与接收时点相减获得；所述沿途设备插入其记录的驻留时间至其接收的时间同步信息后输出；
所述物联网设备，接收时间同步信息后，将时间同步信息中的时间戳加上累加的驻留时间以得到与主时钟设备同步的时间。
2.根据权利要求1所述的实现物联网设备间时间同步的系统，其特征在于：
所述物联网设备各具有一终端网关与所述沿途设备连接，所述终端网关接收并记录时间同步信息的接收时点，用以运算获得时间同步信息在沿途设备的累加驻留时间，以及时间同步信息在所述沿途设备至终端网关之间的累加传输时延；所述累加驻留时间及所述累加传输时延被所述终端网关插入至其接收的时间同步信息，供与主时钟设备进行时间同步校时。
3.根据权利要求1所述的实现物联网设备间时间同步的系统，其特征在于：
所述物联网设备各具有一终端网关与所述沿途设备连接；
所述沿途设备包括与主时钟设备连接的网络平台，以及连接所述网络平台与所述终端网关的接入网关；
所述时间同步信息依其发送设备为主时钟设备、网络平台、接入网关及终端网关，分别封装为主时钟数据包、网络数据包、接入数据包及终端数据包；其中，
所述网络平台，用以接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延；所述驻留时间及传输时延被网络平台插入至主时钟数据包，以封装形成一网络数据包输出至所述接入网关，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台的传输时延；
所述接入网关，用以接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在接入网关的驻留时间，以及网络数据包在网络平台至接入网关的传输时延；所述驻留时间及传输时延被接入网关插入至网络数据包，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关的传输时延；
所述终端网关，用以接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延；所述传输时延被终端网关插入至接入数据包，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
4.根据权利要求3所述的实现物联网设备间时间同步的系统，其特征在于：
所述沿途设备具有至少一个用以传输信息并连接于所述网络平台与所述接入网关之间的信息传输设备；定义所述信息传输设备发送的时间同步信息为沿途数据包；其中，
所述信息传输设备，用以接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述信息传输设备依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在信息传输设备的驻留时间，以及网络数据包在网络平台至信息传输设备的传输时延；所述驻留时间及传输时延被信息传输设备插入至网络数据包，以封装形成一沿途数据包输出至下一个连接的信息传输设备或所述接入网关，所述沿途数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及信息传输设备的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备的传输时延；
所述接入网关，用以接收所述沿途数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得沿途数据包在接入网关的驻留时间，以及沿途数据包在信息传输设备至接入网关的传输时延；所述驻留时间及传输时延被接入网关插入至沿途数据包，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关的传输时延；
所述终端网关，用以接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延；所述传输时延被终端网关插入至接入数据包，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的实现物联网设备间时间同步的系统，其特征在于：
所述沿途设备为网络平台、接入网关及/或其他信息传输设备；
所述时间同步信息按照用户数据报协议封装形成数据包。
6.一种实现物联网设备间时间同步的方法，其特征在于，所述方法包括一主时钟设备在其输出的时间同步信息中插入输出时间戳后通过网络平台传输，所述时间同步信息通过至少一沿途设备输出到至少一物联网设备，以进行时间同步校时；其中：
当所述时间同步信息通过所述沿途设备传送到所述物联网设备，由所述沿途设备接收所述主时钟设备或前一沿途设备输出的时间同步信息，并记录接收及发送时间同步信息的时点以运算获得时间同步信息在沿途设备的驻留时间，所述驻留时间由沿途设备的发送时点与接收时点相减获得，同时更新所述时间同步信息中的驻留时间后输出；
当所述时间同步信息被所述物联网设备接收后，由所述物联网设备将所述更新后的驻留时间加于所述时间同步信息的时间戳，以获得与主时钟设备同步的时间。
7.根据权利要求6所述的实现物联网设备间时间同步的方法，其特征在于：
所述物联网设备各具有一终端网关；所述沿途设备包括与主时钟设备连接的网络平台，以及连接所述物联网设备的终端网关与所述网络平台的接入网关；
所述时间同步信息依其发送设备为主时钟设备、网络平台、接入网关及终端网关，分别封装为主时钟数据包、网络数据包、接入数据包及终端数据包；其中，
所述网络平台接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延，并据以更新所述主时钟数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一网络数据包输出至所述接入网关，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台的传输时延；
所述接入网关接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在接入网关的驻留时间，以及网络数据包在网络平台至接入网关的传输时延，并据以更新所述网络数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关的传输时延；
所述终端网关接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延，并据以更新所述接入数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
8.根据权利要求6所述的实现物联网设备间时间同步的方法，其特征在于：
所述物联网设备各具有一终端网关；所述沿途设备包括与主时钟设备连接的网络平台，以及与物联网设备的终端网关连接的接入网关，且所述网络平台与所述接入网关之间连接有至少一个用以传输信息的信息传输设备；
所述时间同步信息依其发送设备为主时钟设备、网络平台、信息传输设备、接入网关及终端网关，分别封装为主时钟数据包、网络数据包、沿途数据包、接入数据包及终端数据包；其中，
所述网络平台接收所述主时钟数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述网络平台依据所述接收及发送时点运算获得主时钟数据包在网络平台的驻留时间，以及主时钟数据包在主时钟设备至网络平台的传输时延，并据以更新所述主时钟数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一网络数据包输出至所述信息传输设备，所述网络数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备及网络平台的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台的传输时延；
所述信息传输设备接收所述网络数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述信息传输设备依据所述接收及发送时点运算获得网络数据包在沿途设备的驻留时间，以及网络数据包在网络平台至信息传输设备的传输时延，并据以更新所述网络数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一沿途数据包输出至下一个连接的信息传输设备或所述接入网关，所述沿途数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台及信息传输设备的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备的传输时延；
所述接入网关接收所述沿途数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述接入网关依据所述接收及发送时点运算获得沿途数据包在接入网关的驻留时间，以及沿途数据包在信息传输设备至接入网关的传输时延，并据以更新所述沿途数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一接入数据包输出所述终端网关，所述接入数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关的传输时延；
所述终端网关接收所述接入数据包，并记录接收及发送时间同步信息的时点，所述终端网关依据所述接收及发送时点运算获得接入数据包在接入网关至终端网关的传输时延，并据以更新所述接入数据包的驻留时间数据以及传输时延数据，以封装形成一终端数据包，所述终端数据包带有主时钟设备输出时间戳、信息在主时钟设备、网络平台、信息传输设备及接入网关的累加驻留时间，以及主时钟设备至网络平台、网络平台至信息传输设备、信息传输设备至接入网关、接入网关至终端网关的传输时延；令所述物联网设备依据其终端网关封装形成的终端数据包与主时钟设备进行时间同步校时。
9.根据权利要求7或8所述的实现物联网设备间时间同步的方法，其特征在于：
所述网络平台中具有边界设备，且所述边界设备与所述主时钟设备已时间同步时，所述网络平台通过所述边界设备记录和运算时间同步信息的驻留时间。
10.根据权利要求6所述的实现物联网设备间时间同步的方法，其特征在于：
所述时间同步信息按照用户数据报协议封装形成数据包。
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WO2011131006A1 (zh) * 2010-04-20 2011-10-27 中兴通讯股份有限公司 一种精密时间同步协议的时间处理装置及方法
CN103607267A (zh) * 2013-07-23 2014-02-26 王健 数据网络报文端到端传输时延随带测量方法

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