CN107222923A - 时钟同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种时钟同步方法及装置，其中，该方法包括：为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步；获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。该方法减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

Description

时钟同步方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种时钟同步方法及装置。

背景技术

Ad-hoc网络也被称为多跳无线网、自组织网络。Ad-hoc网络有三个主要的特征：自组织、对等式、多跳。自组织指Ad-hoc网络不依赖于预设的基础网络设施，对等式指其无中心节点、所有节点地位平等，多跳指节点可以利用中间节点的多跳转发与其覆盖范围之外的节点进行通信。Ad-hoc网络是一种动态的网络，网络中的节点状态在动态变化，它不依赖于基础设施、无需基站，可以自组织地形成网络，并且具有很强的抗毁性，因此在军事运用和恶劣环境等条件下具有较好的表现。

Ad-hoc网络启动时，各节点间的时钟存在一个偏移量；由于制作工艺和时钟老化问题，网络中各节点内部时钟频率不一致，因此，即使一个同步的网络，在工作过程中也不可避免地会产生时钟异步的现象。这些原因都将导致各节点内部参考时钟不一致。

CDMA(Code Division Multiple Acces，码分多址)等多址方式虽然有较高的系统容量，但要求传输节点具有功率控制的能力，在Ad-hoc网络的设备中难以实现。而在Ad-hoc网络的一些运用(如军事运用)中，对实时性的要求较高，因此Ad-hoc网络采用TDMA(TimeDivision Multiple Address，时分多址)的多址方式。TDMA需要较高同步精度的时钟以完成多址工作，同时，Ad-hoc中的数据包接收、节点的休眠与唤醒等工作也需要同步的时钟。

Ad-hoc各节点的时钟同步面临着一些困难。Ad-hoc是对等式网络，各节点处于分布式状态，无中心节点对各节点进行同步；由于成本高、能耗大、高风险，一般不采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)进行时钟同步；Ad-hoc网络形成初期存在较多的冲突，而且网络的拓扑结构在迅速变化，同步算法实现的复杂度较高。

相关技术中，通常采用的时钟同步算法主要分为主从同步算法和互同步算法两种，其中，主从同步算法通过一定的方式选取出代表网络参考时钟的主节点，主节点给其他节点广播自身的时钟信息，以此达到网络的同步。该类算法实现简单，收敛速度快，但在网络规模较大，主节点的多跳邻居节点存在较大的累计延时，同步精度较差。

互同步算法中，网络中的每个节点都向邻居节点广播自身的时钟信息，邻居节点间可根据该时钟信息做出反馈，实现两者间的时钟同步。该方法受累计延时和网络拓扑变化的影响较小，但一般情况下每次同步需要邻居节点间实现一次往来通信，在网络规模较大时，收敛速度较慢。

两类算法各有优劣，但单纯的主从同步算法和互同步算法无法满足Ad-hoc网络对于时钟同步精度及同步算法开销的要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种时钟同步方法，通过对网络中的节点先进行时隙同步再进行时钟同步，并通过定时校正时间周期性地对节点的时钟计数器进行校正，减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

本发明的第二个目的在于提出一种时钟同步装置。

为达上述目的，根据本发明第一方面实施例提出了一种时钟同步方法，包括：S1，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；S2，根据所述时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；S3，根据往返延时校正机制和所述时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步；S4，获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据所述定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

本发明实施例的时钟同步方法，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步，以及获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。由此，通过对网络中的节点先进行时隙同步再进行时钟同步，并通过定时校正时间周期性地对节点的时钟计数器进行校正，减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

本发明第二方面实施例提出了一种时钟同步装置，包括：确定模块，用于为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；第一处理模块，用于根据所述时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；第二处理模块，用于根据往返延时校正机制和所述时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步；校正模块，用于获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据所述定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

本发明实施例的时钟同步装置，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步，以及获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。由此，通过对网络中的节点先进行时隙同步再进行时钟同步，并通过定时校正时间周期性地对节点的时钟计数器进行校正，减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的时钟同步方法的流程图；

图2为自组织网络的网络拓扑结构示例图；

图3为时隙结构的示例图；

图4为图2中节点在竞争选择时钟参考节点的时隙占用情况的示例图；

图5为步骤S2的细化流程图；

图6为第一广播包的格式的示例图；

图7为图2中节点的时隙同步过程的示例图；

图8为步骤S3的细化流程图；

图9为第二广播包的格式的示例图；

图10为第三广播包的格式的示例图；

图11为图2中的节点在进行时钟同步时所对应的时隙的示例图；

图12为根据本发明一个实施例的时钟同步装置的结构示意；

图13为根据本发明另一个实施例的时钟同步装置的结构示意。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“多个”指两个或两个以上；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面参考附图描述根据本发明实施例的时钟同步方法及装置。

图1为根据本发明一个实施例的时钟同步方法的流程图。其中，需要说明的是，该实施例应用于自组织A-doc网络中。

如图1所示，根据本发明实施例的时钟同步方法，包括以下步骤。

S1，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点。

在本发明的一个实施例中，针对自组织网络中的每个节点，为网络中的每个节点分配节点号，并为每个节点设置各自包发送的时隙，然后，每个节点在其对应的时隙将自身的节点号广播给其相邻的节点，之后，接收到广播的节点号的节点将自身的节点号与接收到的节点号比较，以确定出最小的节点号，之后，接收到广播的节点号的节点在其对应的时隙将最小的节点号广播给其相邻的节点，直至网络中所有节点广播的节点号均相同。

在网络中所有节点广播的节点号均相同时，针对每个节点，将每个节点接收到的最小的节点号与其自身的节点号比较，如果两者相同，则将对应的节点作为时钟参考节点。

作为一种示例性的实施方式，为每个节点设置各自包发送的时隙的方式可采用随机选择的方式，并在节点发包发生冲突时，可重新随机选择时隙。

作为一种示例性的实施方式，检测冲突的方式可采用间接确认的方式，如果从来自邻居节点的信息中发现邻居节点未收到自己所发的包，说明发包发生冲突。

具体而言，针对每个节点，如果确定节点所接收到的包未发生冲突，则接收到广播的节点号的节点将自身的节点号与接收到的节点号比较，以确定出最小的节点号，之后，接收到广播的节点号的节点在其对应的时隙将最小的节点号广播给其相邻的节点。

如果确定节点接收到的包发生冲突，则对应的节点在其对应的时隙将自身的节点号广播给其相邻的节点。

举例而言，假设自组织网络的网络拓扑结构示例图，如图2所示，图2中所示的自组织网络中有四个节点号分别为1、2、3、4的节点，直线相连表示两个节点互为邻居节点，可以接收到对方发出的包。假设时隙结构的示例图，如图3所示，每个周期中包含N个时隙，周期数的总数为M。假设网络中的节点异步启动，并在N个时隙中随机选择一个时隙发送自身的节点号，如果1号节点随机选择了第3个时隙发送，2号节点随机选择了第2个时隙发送，3号节点随机选择了第6个时隙发送，4号节点随机选择了第5个时隙发送。由于节点异步启动，2号节点的启动比1号节点晚了一个时隙，在3号节点处收到的来自1号、2号节点的包发生了冲突，3号节点未能成功收包，因此3号节点将发送自己的节点号。1号节点和2号节点收到来自3号节点的包后，发现包中的节点号大于自身的节点号，判断自己所发的包发生了冲突，因此重新随机选择时隙发包，假设此后1号节点在2号时隙发包，2号节点在4号时隙发包。未判断发生冲突的3号节点和4号节点维持原发包时隙不变。在下一个周期，2号节点和3号节点收到来自1号节点的包，其节点号小于自身节点号，此后2号节点和3号节点也会发送1号节点的节点号。4号节点此前收到过2号节点的包，但这个周期收到了更小的节点号，将自己收到过的最小的节点号更新为1。在下一个周期，由于每个节点均在各自的时隙均发送最小的节点号，即，每个节点均发送节点号1，因此，每个节点判断自身收到过的最小的节点号是否与自己的节点号相等，相等时认为自己是网络中节点号最小的节点，则成为网络中的时钟参考节点，其余节点等待来自时钟参考节点的同步。其中，图2中节点在竞争选择时钟参考节点的时隙占用情况的示例图，如图4所示，其中，图4中的数字2表示第2个时隙，数字3表示第3个时隙，数字4表示第4个时隙，数字5表示第5个时隙，数字6表示第6个时隙。

S2，根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，步骤S2可以包括以下步骤。

S21，控制时钟参考节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点。

其中，需要说明的是，第一广播包中除了包含是时隙号信息外，还可以包括自身节点号、粗同步标志位、包类型等信息。

其中，第一广播包的格式的示例图，如图6所示，图6所示的第一广播包中包括包类型、自身节点号、粗同步标志位和时隙号。

S22，控制接收到第一广播包的节点根据时隙号信息进行时隙号纠正，以完成时隙的同步。

S23，控制接收到第一广播包的节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点。

S24，重复执行步骤S22至S23，直至网络拓扑关系图中所有节点完成时隙的同步。

再以图2所示的自组织网络为例，假设1号节点在2号时隙发包，2号节点在4号时隙发包，3号节点随机选择了第6个时隙发送，4号节点随机选择了第5个时隙发送。在将1号节点作为时钟参考节点时，1号节点广播包含自身的时隙号信息的第一广播包，接收到第一广播包的2号节点和3号节点利用第一广播包中的时隙号信息同步自身的时隙号，把自身内部维护的粗同步标志位置为1，此后，在下一个周期，2号节点和3号节点在各自的时隙也开始发送包含自身的时隙号信息的第一广播包，对应地，4号节点接收到来自2号节点的第一广播包后，4号节点根据第一广播包中的时隙号信息完成粗同步，至此，整个自组织网络完成节点间的时隙的同步，其中，图2中节点的时隙同步过程的示例图，如图7所示。

S3，根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，步骤S3可以包括以下步骤。

S31，控制时钟参考节点将包含自身的时钟计时器信息的第二广播包广播给其相邻的节点。

其中，该实施例中的时钟计数器信息包括往返延时校正时钟值。

在本发明的一个实施例中，控制时钟参考节点起始时发送的第二广播包中的节点号和往返延时校正时钟值均设为空，并将对应的第二广播包广播给其相邻的节点。

S32，控制接收到第二广播包的节点根据时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步。

在本发明的一个实施例中，第二广播包还可以包括目的节点号、包类型、自身节点号、目的节点号，节点序列号等信息。

其中，包含包类型、自身节点号、目的节点号，节点序列号和返延时校正时钟值的第二广播包的格式，如图9所示。

在本发明的一个实施例中，控制接收到第二广播包的节点根据时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步可以包括：接收到第二广播包的节点判断出第二广播包中的目的节点号与其自身的节点号不一致时，将自身的时钟计数器清零，之后，接收到第二广播包的节点在其对应的时隙向时钟参考节点发送第三广播包，其中，第三广播包用于向时钟参考节点发送往返时延请求。

然后，如果判断出时钟参考节点在本周内接收到多个第三广播包，则控制时钟参考节点将本周期内最先接到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第一往返延时校正值，之后，控制时钟参考节点将包含第一往返延时校正值的第二广播包发送给与最先接到的第三广播包对应的第一节点。然后，第一节点根据第一往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步。之后，控制时钟参考节点接收后续的第三广播包，并根据后续接收到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第二往返延时校正值。之后，控制时钟参考节点将包含第二往返延时校正值的第二广播包发送给第二节点，其中，第二节点与后续接收到的第三广播包对应。以及控制第二节点根据第二往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步。

另外，在本发明的一个实施例中，如果接收到第二广播包的节点判断出目的节点号和自身的节点号相同，且包中的节点序列号与自己存储的节点序列号一致，则利用第二广播包中的往返延时校正值校正自身的时钟计数器，并将自身中的节点序列号加一。

其中，第三广播包可以包括但不限于包类型、自身节点号、目的节点号、时钟计数器值。

其中，包含包类型、自身节点号、目的节点号和时钟计数器数值的第三广播包的格式，如图10所示。

S33，控制接收到第二广播包的节点将包含自身的时钟计数器信息的第二广播包广播给其相邻的节点。

S34，重复执行步骤S32至S33，直至网络拓扑关系图中所有节点完成时钟计数器的同步。

举例而言，再以图2所示的自组织网络为例，假设1号节点在2号时隙发包，2号节点在4号时隙发包，3号节点随机选择了第6个时隙发送，4号节点随机选择了第5个时隙发送。在该网络中的所有节点完成时隙的同步后，控制1号节点发送第二广播包，其中，该第二广播包中的目的节点为空，往返延时校正时钟值为空，节点序列号为0，接收到第二广播包的2号节点和3号节点判断第二广播包中的目的节点号与自己节点号不一致，分别将自身的时钟计数器清零，记录收到的节点序列号，2号节点和3号节点分别在第4个时隙和第6个时隙发送一个第三广播包，其中，第三广播包中的目的节点为1号节点。1号节点收到来自2号节点的第三广播包，其目的节点是自身，则利用包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值计算出往返延时校正值。之后1号节点收到来自3号节点的第三广播包，对其不加以处理。1号节点在下一个周期，在1号节点对应的第2时隙发送第二广播包，目的节点为2号节点，2号节点接收到该第二广播包后，判断出该第二广播包中的目的节点号与自身的节点号相同，且该第二广播包中的节点序列号和自身存储的节点序列号相同，此时，2号节点利用该第二广播包中的往返延时校正值对自身的计数器进行校正，完成自身的时钟同步，记录此次同步自身的节点为1号节点，其节点序列号为0，并记录此次同步的时间，同时自身的节点序列号加1。完成时钟同步的2号节点把自身内部维护的细同步标志位置为1，此后，2号节点也开始发送第二广播包，其中，需要说明的是，2号节点第一次发送第二广播包时，第二广播包中的目的节点号和往返延时校正时钟值均为空，其对应的节点序列号为1。对于3号节点，3号节点在其对应的时隙继续发送目的节点为1号节点的第三广播包，1号节点在接收到3号节点发送的第三广播包后，利用包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值计算出往返延时校正值。1号节点在下一个周期，在1号节点对应的第3时隙发送第二广播包，目的节点为3号节点，3号节点接收到该第二广播包后，判断出该第二广播包中的目的节点号与自身的节点号相同，且该第二广播包中的节点序列号和自身存储的节点序列号相同，此时，3号节点利用该第二广播包中的往返延时校正值对自身的计数器进行校正，完成自身的时钟同步，记录此次同步自身的节点为1号节点，其节点序列号为0，并记录此次同步的时间，同时自身的节点序列号加1。完成时钟同步的3号节点把自身内部维护的细同步标志位置为1，此后，3号节点也开始发送第二广播包。对于4号节点，4号节点通过与2号节点的相互交互完成4号节点的时钟同步。其中，实现过程与1号节点对2号节点的时钟同步过程类似，此处不再赘述。其中，图2中的节点在进行时钟同步时所对应的时隙的示例图，如图11所示，通过图11可以看出，时钟参考节点(即1号节点)先对2号节点进行时钟同步，然后，1号节点再继续对3号节点进行时钟同步，对应的，已完成时钟同步的2号节点对4号节点进行时钟同步。

S4，获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

其中，定时校正时间是预先设置的时间，每个节点在达到定时校正时间时，根据时钟参考节点的时钟计数器对自身节点中的时钟计时器进行校正。

举例而言，对于图2中的2号节点，如果确定2号节点的时钟计数器每秒比时钟参考节点1多10个偏移量，假设定时校正时间为1分钟，则在每间隔1分钟对节点2的时钟计数器进行校正，以校正节点2的时钟计数器。

作为一种示例性的实施方式，在网络中的所有节点均完成时钟同步后，在较长的周期内不用进行时钟同步。在一定的周期后，网络中除时钟参考节点外的节点将自身内部维护的细同步标志位置为0，重新开始细同步阶段。2号节点再次被1号节点时钟同步后，来自1号节点的第二广播包中的节点序列号与自身存储的上一次1号节点的节点序列号都为0，2号节点在两次被1号节点同步的过程中，1号节点和2号节点均未被其他节点所同步，此时2号节点根据两次同步记录的时间，计算出定时校正时间，使用定时校正时间对自身的时钟进行周期性校正。

也就是说，对于网络中的任意一个节点，节点被同一个节点两次同步进行时钟校正后，如果在此期间这两个节点未被其他节点同步，节点序列号未发生改变，则可以利用时钟校正值计算出定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

本发明实施例的时钟同步方法，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步，以及获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。由此，通过对网络中的节点先进行时隙同步再进行时钟同步，并通过定时校正时间周期性地对节点的时钟计数器进行校正，减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种时钟同步装置。

图12为根据本发明一个实施例的时钟同步装置的结构示意图。

如图12所示，根据本发明实施例的时钟同步装置包括确定模块110、第一处理模块120、第二处理模块130和校正模块140，其中：

确定模块110用于为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点。

第一处理模块120用于根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步。

第二处理模块130用于根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步。

校正模块140用于获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

在本发明的一个实施例中，第一处理模块通过步骤S21至S24完成网络中节点的时隙的同步，其中：

S21，控制时钟参考节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点。

S22，控制接收到第一广播包的节点根据时隙号信息进行时隙号纠正，以完成时隙的同步。

S23，控制接收到第一广播包的节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点。

S24，重复执行步骤S22至S23，直至网络拓扑关系图中所有节点完成时隙的同步。

其中，需要说明的是，具体过程可参见前述对图5，前述对图5的解释说明也适用于该实施例，此处不再赘述。

在本发明的一个实施例中，第二处理模块通过步骤S31至S34完成网络中节点的时钟的同步，其中：

S31，控制时钟参考节点将包含自身的时钟计时器信息的第二广播包广播给其相邻的节点。

S32，控制接收到第二广播包的节点根据时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步。

S33，控制接收到第二广播包的节点将包含自身的时钟计数器信息的第二广播包广播给其相邻的节点。

S34，重复执行步骤S32至S33，直至网络拓扑关系图中所有节点完成时钟计数器的同步。

其中，第二处理模块130完成网络中节点的时钟的同步的具体过程，可参见图8，前述对图8的解释说明也使用该实施例，此处不再赘述。

在本发明的一个实施例中，在图12所示的实施例的基础上，如图13所示，确定模块110可以包括设置单元111、广播单元112、确定单元113、第一处理单元114和第二处理单元115，其中：

设置单元111用于为每个节点设置各自包发送的时隙。

广播单元112用于每个节点在其对应的时隙将自身的节点号广播给其相邻的节点。

确定单元113用于接收到广播的节点号的节点将自身的节点号与接收到的节点号比较，以确定出最小的节点号。

第一处理单元114用于接收到广播的节点号的节点在其对应的时隙将最小的节点号广播给其相邻的节点，直至网络中所有节点广播的节点号均相同。

第二处理单元115用于针对每个节点，将每个节点接收到的最小的节点号与其自身的节点号比较，如果两者相同，则将对应的节点作为时钟参考节点。

在本发明的一个实施例中，第二广播包还包括目的节点号和节点序列号，时钟计时器信息包括往返延时校正时钟值，起始时第二广播包中的节点号和往返延时校正时钟值均为空，第二处理模块130具体用于：接收到第二广播包的节点判断出第二广播包中的目的节点号与其自身的节点号不一致时，将自身的时钟计数器清零，并保存接收到的节点序列号，并在其对应的时隙向时钟参考节点发送第三广播包，其中，第三广播包包含时钟计数器值，第三广播包用于向时钟参考节点发送往返时延请求；如果判断出时钟参考节点在本周内接收到多个第三广播包，则控制时钟参考节点将本周期内最先接到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第一往返延时校正值；控制时钟参考节点将包含第一往返延时校正值的第二广播包发送给与最先接到的第三广播包对应的第一节点；第一节点根据第一往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步；控制时钟参考节点接收后续的第三广播包，并根据后续接收到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第二往返延时校正值；控制时钟参考节点将包含第二往返延时校正值的第二广播包发送给第二节点，其中，第二节点与后续接收到的第三广播包对应；控制第二节点根据第二往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步。

其中，需要说明的是，前述对时钟同步方法的解释说明也适用于该实施例的时钟同步装置，此处不再赘述。

本发明实施例的时钟同步装置，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；根据时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；根据往返延时校正机制和时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步，以及获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。由此，通过对网络中的节点先进行时隙同步再进行时钟同步，并通过定时校正时间周期性地对节点的时钟计数器进行校正，减少了传播延时和处理延时带来的同步误差，纠正节点内部时钟频率的差异，减少了网络时钟同步的开销，使得网络能够快速达到同步状态，提高了的时钟同步精度并维持较为稳定的同步状态。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；

S2，根据所述时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；

S3，根据往返延时校正机制和所述时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步；

S4，获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据所述定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

2.如权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21，控制所述时钟参考节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点；

S22，控制接收到所述第一广播包的节点根据所述时隙号信息进行时隙号纠正，以完成时隙的同步；

S23，控制接收到所述第一广播包的节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点；

S24，重复执行步骤S22至S23，直至所述网络拓扑关系图中所有节点完成时隙的同步。

3.如权利要求2所述的时钟同步方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31，控制所述时钟参考节点将包含自身的时钟计时器信息的第二广播包广播给其相邻的节点；

S32，控制接收到所述第二广播包的节点根据所述时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步；

S33，控制接收到所述第二广播包的节点将包含自身的时钟计数器信息的第二广播包广播给其相邻的节点；

S34，重复执行步骤S32至S33，直至所述网络拓扑关系图中所有节点完成时钟计数器的同步。

4.如权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点，包括：

为每个节点设置各自包发送的时隙；

每个节点在其对应的时隙将自身的节点号广播给其相邻的节点；

接收到广播的节点号的节点将自身的节点号与接收到的节点号比较，以确定出最小的节点号；

接收到广播的节点号的节点在其对应的时隙将所述最小的节点号广播给其相邻的节点，直至网络中所有节点广播的节点号均相同；

针对每个节点，将每个节点接收到的最小的节点号与其自身的节点号比较，如果两者相同，则将对应的节点作为所述时钟参考节点。

5.如权利要求1-4任一项所述的时钟同步方法，其特征在于，所述第二广播包还包括目的节点号和节点序列号，所述时钟计时器信息包括往返延时校正时钟值，起始时所述第二广播包中的所述节点号和所述往返延时校正时钟值均为空，所述控制接收到所述第二广播包的节点根据所述时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步，包括：

接收到所述第二广播包的节点判断出所述第二广播包中的目的节点号与其自身的节点号不一致时，将自身的时钟计数器清零，并保存接收到的节点序列号，并在其对应的时隙向所述时钟参考节点发送第三广播包，其中，所述第三广播包包含时钟计数器值，所述第三广播包用于向所述时钟参考节点发送往返时延请求；

如果判断出所述时钟参考节点在本周内接收到多个第三广播包，则控制所述时钟参考节点将本周期内最先接到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第一往返延时校正值；

控制所述时钟参考节点将包含所述第一往返延时校正值的第二广播包发送给与最先接到的第三广播包对应的第一节点；

所述第一节点根据所述第一往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步；

控制所述时钟参考节点接收后续的第三广播包，并根据后续接收到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第二往返延时校正值；

控制所述时钟参考节点将包含所述第二往返延时校正值的第二广播包发送给第二节点，其中，所述第二节点与后续接收到的第三广播包对应；

控制所述第二节点根据所述第二往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步。

6.一种时钟同步装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于为网络中的每个节点分配节点号，并根据每个节点的节点号确定网络中的时钟参考节点；

第一处理模块，用于根据所述时钟参考节点的时隙号信息对网络中其余节点进行时隙号纠正，以完成网络中节点的时隙的同步；

第二处理模块，用于根据往返延时校正机制和所述时钟参考节点的时钟计数器信息对网络中其余节点进行时钟同步，以完成网络中节点的时钟的同步；

校正模块，用于获取预先为节点设置的定时校正时间，并根据所述定时校正时间周期性对节点的时钟计数器进行校正。

7.如权利要求6所述的时钟同步装置，其特征在于，所述第一处理模块通过步骤S21至S24完成网络中节点的时隙的同步，其中：

S21，控制所述时钟参考节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点；

S22，控制接收到所述第一广播包的节点根据所述时隙号信息进行时隙号纠正，以完成时隙的同步；

S23，控制接收到所述第一广播包的节点将包含自身的时隙号信息的第一广播包广播给其相邻的节点；

S24，重复执行步骤S22至S23，直至所述网络拓扑关系图中所有节点完成时隙的同步。

8.如权利要求7所述的时钟同步装置，其特征在于，所述第二处理模块通过步骤S31至S34完成网络中节点的时钟的同步，其中：

S31，控制所述时钟参考节点将包含自身的时钟计时器信息的第二广播包广播给其相邻的节点；

S32，控制接收到所述第二广播包的节点根据所述时钟计数器信息和往返延时校正机制完成时钟计数器的同步；

S33，控制接收到所述第二广播包的节点将包含自身的时钟计数器信息的第二广播包广播给其相邻的节点；

S34，重复执行步骤S32至S33，直至所述网络拓扑关系图中所有节点完成时钟计数器的同步。

9.如权利要求6所述的时钟同步装置，其特征在于，所述确定模块，包括：

设置单元，用于为每个节点设置各自包发送的时隙；

广播单元，用于每个节点在其对应的时隙将自身的节点号广播给其相邻的节点；

确定单元，用于接收到广播的节点号的节点将自身的节点号与接收到的节点号比较，以确定出最小的节点号；

第一处理单元，用于接收到广播的节点号的节点在其对应的时隙将所述最小的节点号广播给其相邻的节点，直至网络中所有节点广播的节点号均相同；

第二处理单元，用于针对每个节点，将每个节点接收到的最小的节点号与其自身的节点号比较，如果两者相同，则将对应的节点作为所述时钟参考节点。

10.如权利要求6-9任一项所述的时钟同步装置，其特征在于，所述第二广播包还包括目的节点号和节点序列号，所述时钟计时器信息包括往返延时校正时钟值，起始时所述第二广播包中的所述节点号和所述往返延时校正时钟值均为空，所述第二处理模块，具体用于：

接收到所述第二广播包的节点判断出所述第二广播包中的目的节点号与其自身的节点号不一致时，将自身的时钟计数器清零，并保存接收到的节点序列号，并在其对应的时隙向所述时钟参考节点发送第三广播包，其中，所述第三广播包包含时钟计数器值，所述第三广播包用于向所述时钟参考节点发送往返时延请求；

如果判断出所述时钟参考节点在本周内接收到多个第三广播包，则控制所述时钟参考节点将本周期内最先接到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第一往返延时校正值；

控制所述时钟参考节点将包含所述第一往返延时校正值的第二广播包发送给与最先接到的第三广播包对应的第一节点；

所述第一节点根据所述第一往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步；

控制所述时钟参考节点接收后续的第三广播包，并根据后续接收到的第三广播包中的时钟计数器值与自身的时钟计数器值进行计算，以获取第二往返延时校正值；

控制所述时钟参考节点将包含所述第二往返延时校正值的第二广播包发送给第二节点，其中，所述第二节点与后续接收到的第三广播包对应；

控制所述第二节点根据所述第二往返延时校正值对其自身的时钟计数器进行校正，以完成时钟的同步。