CN111770521A - 一种具有时钟同步及计算功能的无线基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，每个无线基站包括至少一个通讯模块、至少一个时钟同步模块、一种或多种参量的传感设备、至少一个计算机模块、每个计算机模块内部设置至少一个仿真数学模型；基站之间通过无线或有线网络连接，每两个相邻的无线基站无线网络覆盖范围边界交叉重叠，并实现相邻无线基站与无线基站之间的计算资源协同、传感信息资源协同、仿真数学模型协同；一种或多种参量的传感设备分布于无线基站网络覆盖范围以内，用于实时监测现实世界的状态信息，并以时钟同步模块在线授时为依据，在仿真数学模型内实现多参量时空关系的关联耦合。本发明能够实现实时在线仿真，实现现实世界的状态信息资源化。

Description

一种具有时钟同步及计算功能的无线基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种无线基站，尤其涉及一种集时钟同步及计算功能、仿真功能、传感功能、通讯功能于一体的无线基站。

背景技术

随着5G时代的到来，除了网络速度快，还具有低功耗、低时延、泛在的特征。其大部分新功能，恰好是传感技术深入发展的需要。网络速度快和低功耗的好处很显然。泛在是指无处不在的意思，泛在是为了连通每个角落里的物体。其意义在于，传感让物体可以“说话”，网络让物体“说的话”发布出去。通过安装在物体里面的传感设备，表述自己的状态信息，就是物体“说的话”。物体内部的每个局部都是相互关联的，而物体又与外部的环境关联在一起。通过传感设备获得其中某些参数，并使得这些参数以一种关联关系耦合在一起。建立多参量之间的耦合有一个重要前提：它们发生的顺序有严格的时间逻辑，这就需要时钟同步，而低时延恰好是传感的需要。

5G技术十分适合城市分布式传感网络的构建。传感是数据源，无线通讯基站是数据网，基站分布与城市基础设施融合在一起，包括：道路设施、地下管网、市政设施等。以无线基站为平台，城市设施布设的传感设备为载体，形成一个整体。

测是控的前提，只有知道了现实世界的实际状态信息，才可能实现干预控制。传感信息实现“物语”，随时用传感信息表述其当前状态。如果只是通过基站对外发布原始的传感数据，这些数据只能通过网络传输到异地进行分析处理，导致效率低下，而且会存在网络时延，经过多次转发之后，这种网络时延会被累积。

因为时钟是万物相关的基本逻辑依据，是构建万物相关的基本前提。特别是对于现实世界快速响应事件，时钟同步尤其重要。为满足时钟精度要求，目前在一些无线基站中配置了卫星接收系统，以利用卫星提供的时钟信号进行基站的时钟控制，其结构相对复杂，成本较高，且通讯功能单一。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种具有时钟同步及计算功能的无线基站。通过搭载时钟同步模块实现具有时钟逻辑的多参量分布式传感信息耦合连接；通过搭载计算机、仿真数学模型与传感信息连为一体，实现虚拟信息构建的模型实时在线仿真现实，从而实现现实世界的状态信息资源化，本发明优于目前单一通讯功能的基站，对于“物物相联”的新需求具有重要意义。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，每个无线基站包括至少一个通讯模块、至少一个时钟同步模块、一种或多种参量的传感设备、至少一个计算机模块、每个计算机模块内部设置至少一个仿真数学模型；基站之间通过无线或有线网络连接，每两个相邻的无线基站无线网络覆盖范围边界交叉重叠，并实现相邻无线基站与无线基站之间的计算资源协同、传感信息资源协同、仿真数学模型协同；一种或多种参量的传感设备分布于无线基站网络覆盖范围以内，用于实时监测现实世界的状态信息，并以时钟同步模块在线授时为依据，在所述的仿真数学模型内实现多参量时空关系的关联耦合；无线基站内的计算机模块、仿真数学模型、一种或多种参量的传感设备联为一个整体，实时导入传感信息，实现在线动态仿真。

进一步地，所述的通讯模块为无线或有线通讯模块，通讯模块支持GPRS和短消息双通道传输数据、支持多中心数据通信。

进一步地，所述的时钟同步模块为传感数据提供统一的时间坐标，该时间坐标作为多参量耦合的时间逻辑基础，传感数据为实时在线的多参量传感数据流，多参量耦合的时间逻辑是指多参量之间的关联耦合的因果逻辑构建在统一的时间坐标系以内。

进一步地，所述的传感设备包括基站覆盖范围内分布式布设的各种参量的传感布点、调制解调设备、数据采集设备，所述的传感设备为基站提供实时的传感数据。

进一步地，所述的计算机模块为所述仿真数学模型的动态运算提供计算资源，所述仿真数学模型是数学方程式对现实的近似，仿真数学模型在实时传感数据的支持下实现虚拟仿真数学模型信息实时动态跟踪现实世界状态变化。

进一步地，所述的仿真数学模型与所述的一种或多种参量的传感设备联为一体，在线传感数据实时导入仿真数学模型，传感信息与仿真数学模型融为一个整体，不可分割的组合成为具有实时在线仿真的动态模型。

进一步地，所述的计算机模块为无线基站内设置的具有运算能力的计算机软件和硬件设备，所述虚拟仿真数学模型信息是指仿真数学模型以资源的形式呈现现实世界的整体状态信息。

进一步地，所述的动态模型是指仿真数学模型通过实时的传感数据不间断地进行在线仿真计算，仿真数学模型的变化与现实世界被仿真实物变化保持一致。

进一步地，所述计算资源协同是指基站之间的计算机运算资源的就近协同；所述传感信息资源协同是指传感信息分布在现实实物，现实实物交错在一起，同时又互为边界，这些传感信息通过基站之间的通讯模块相互连接共享；所述仿真数学模型协同是指仿真数学模型是对现实的信息虚拟，所述仿真数学模型与现实交错在一起，同时又互为边界，仿真数学模型通过基站之间的通讯模块相互连接在一起，实现边界与边界之间的关联耦合。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、在本发明中，由于“传感数据流”数据量很大，利用动态仿真数学模型，它是基于静态模型沿时间轴动态发展变化，对于这种与现实保持一致的模型发展变化的数据而言，要比传感数据“通俗”得多，也要比传感数据更具有“可阅读性”，并且数据量小很多。

2、在本发明中，由于5G基站是密集分布的，因此计算机也是分布式的，采用分布式计算资源可以满足分布式传感网络的运算需要，除了可以实现本地运算，也可以实现“就近协同运算”，这些拥有授时模块的分布式传感设备、计算设备，结合具有低时延特征5G网络，对分布式本地计算资源的“就近协同”十分重要，使得基站之间的高精度时钟同步能够简单高效的实现。

3、在本发明中，仿真数学模型为本地就近动态仿真数学模型，它是一种具有时间坐标的信息构建随时间动态发展变化的仿真数学模型，通过传感使得虚拟世界与现实世界的实时关联统一，实现由信息构成的仿真数学模型动态跟踪现实世界的状态发展，实现虚拟信息实时反应现实世界的状态变化。

4、精确且统一的时间坐标是多参量关联耦合的前提，在本发明中，为了使传感设备获得精确的时间坐标，设置本地授时模块，通过授时模块为本地的多种 “传感数据流”同时提供时钟坐标，也为仿真数学模型的构建提供必不可少的坐标依据。

5、在基站本地设置计算机解决了网络时延被累积的问题，可以对“传感数据流”进行“流处理”让数据变得更具有“可阅读性”。“传感数据流”的数据具有即时性、数据量大的特点，任何传感测量的数据均为局部取样，并且是片面的取样。这些数据分别表达各自局部的状态，没有相互关联耦合。本地汇聚的“传感数据流”通过数学模型动态仿真，通过数学模型相互关联耦合，建立因果律勾稽关系。在多种不同参量的传感数据之间，建立关联耦合的关系，可以获得更加丰富的数据。其耦合勾稽关系，是一种新参量，既可以用于验证虚拟模型对现实的仿真度，也可以对其进行修正。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，基站即公用移动通信基站，是移动设备接入互联网的接口设备，也是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台，基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。多个基站之间通过无线或有线网络连接，并实现基站与基站的计算资源协同、传感信息资源协同、仿真数学模型协同。其中，多个基站是指多个所述的一种有时钟同步及计算功能的无线基站；其中，计算资源协同是指基站之间的计算机运算资源的就近协同；其中，传感信息资源协同是指传感信息分布在现实实物，现实实物交错在一起，同时又互为边界，这些传感信息通过基站之间的通讯模块相互连接共享；其中，仿真数学模型协同是指仿真数学模型是对现实的信息虚拟，这些仿真数学模型与现实一样交错在一起，同时又互为边界，这些仿真数学模型可以通过基站之间的通讯相互连接在一起，实现边界与边界之间的关联耦合。每个无线基站包括至少一个通讯模块、至少一个时钟同步模块、一种或多种参量的传感设备、至少一个计算机模块、每个计算机模块内部设置至少一个仿真数学模型；基站之间通过无线或有线网络连接，每两个相邻的无线基站无线网络覆盖范围边界交叉重叠，并实现相邻无线基站与无线基站之间的计算资源协同、传感信息资源协同、仿真数学模型协同；一种或多种参量的传感设备分布于无线基站网络覆盖范围以内，用于实时监测现实世界的状态信息，并以时钟同步模块在线授时为依据，在所述的仿真数学模型内实现多参量时空关系的关联耦合；无线基站内的计算机模块、仿真数学模型、一种或多种参量的传感设备联为一个整体，实时导入传感信息，实现在线动态仿真。相邻的局部世界互为边界条件，相互依存、相互影响、协同发展。通过分布式无线通讯基站，设置分布式授时模块、分布式本地计算机、分布式数学模型仿真，实现信息系统局部与局部之间的关联耦合。通过基站之间的信息系统局部与局部协同，在云计算资源支持下，实现“广域”的动态仿真与资源协同。

为了支持增强型移动宽带、超高可靠与低延迟、大规模机器类通信等多种业务应用，5G网络将引入NR新空口和新的网络架构，以提升峰值速率、时延、容量等网络性能指标，并具备更大的组网灵活性和可扩展性，以满足多样化的业务需求。人们总想用有限的传感测量获得现实世界的“全息”数学模型，以实现对未来进行精确的掌控。虽然，数学模型永远不可能实现“全息”；但是，通过数学模型与传感设备的联合可以得到以下好处：1、传感数据通过数学模型实现多参量关联耦合，实现更加精准全面的仿真数学模型；2、仿真数学模型通过传感设备实现虚拟世界连通现实世界，实时动态仿真数学模型随时间发展变化，使得虚拟模型信息增加了时间维度，时间维度是对未来进行干预的关键要素。

所述的通讯模块为无线或有线通讯模块，支持GPRS和短消息双通道传输数据，支持多中心数据通信，且通讯模块支持远程参数设置、程序升级。在本实施例中，优先选择为无线通讯模块，具有成本低廉、适应性好、扩展性强。

所述的时钟同步模块为传感数据提供统一的时间坐标，该时间坐标作为多参量耦合的时间逻辑基础，传感数据为实时在线的多参量传感数据流，多参量耦合的时间逻辑是指多参量之间的关联耦合的因果逻辑构建在统一的时间坐标系以内。时钟同步模块采用了低相噪锁相环技术和大规模集成电路设计，内置高稳定度恒温晶振OCXO和高品质、高精度授时型GPS接收机，采用先进的GPS频率测控技术，对晶体振荡器的输出频率进行精密测量与调节，使其输出频率精确同步在GPS系统上，提供高精度的时间频率基准信号，能够输出满足要求1级基准时钟源。

所述的传感设备包括基站覆盖范围内分布式布设的各种参量的传感布点、调制解调设备、数据采集设备，所述的传感设备为基站提供实时的传感数据。为了使传感设备获得精确的时间坐标，设置本地授时模块，通过授时模块为本地的多种 “传感数据流”同时提供时钟坐标，也为仿真数学模型的构建提供必不可少的坐标依据。通过基站所辖区域内的分布式传感设备，感测多参量状态数据；通过构建仿真数学模型，在边缘计算与云计算协同下进行仿真运算；通过利用实时分布式传感数据与仿真数学模型结合，传感数据实时导入仿真数学模型，实现柔性仿真；通过模型修正与模式识别，具备基本自我学习与自我决策能力；通过虚拟跟踪现实，实现传感数据资源化。

所述的仿真数学模型与所述的一种或多种参量的传感设备联为一体，组合成为具有实时在线仿真的动态模型，传感数据实时导入仿真数学模型，所述的动态模型是指仿真数学模型通过实时的传感数据不间断地进行在线仿真计算，仿真数学模型的变化与现实世界被仿真实物变化保持一致。仿真数学模型为本地就近动态仿真数学模型，它是一种具有时间坐标的信息构建随时间动态发展变化的仿真数学模型，通过传感使得虚拟世界与现实世界的实时关联统一，实现由信息构成的仿真数学模型动态跟踪现实世界的状态发展，实现虚拟信息实时反应现实世界的状态变化。单个无线基站的仿真现实只能是关于基站范围之内的局部现实世界仿真，授时功能提供的时钟坐标既是传感数据源的坐标系，也是动态仿真数学模型的坐标系，获得统一的时钟坐标不仅是局部仿真内部的坐标依据，也是构建局部与局部之间关联耦合的前提。

所述的计算机模块为所述仿真数学模型的动态运算提供计算资源，所述仿真数学模型是数学方程式对现实的近似，仿真数学模型在实时传感数据的支持下实现虚拟仿真数学模型信息实时动态跟踪现实世界状态变化。所述的计算机模块为无线基站内设置的具有运算能力的计算机软件和硬件设备，所述虚拟仿真数学模型信息是指仿真数学模型以资源地形式呈现现实世界的整体状态信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：每个无线基站包括至少一个通讯模块、至少一个时钟同步模块、一种或多种参量的传感设备、至少一个计算机模块、每个计算机模块内部设置至少一个仿真数学模型；基站之间通过无线或有线网络连接，每两个相邻的无线基站无线网络覆盖范围边界交叉重叠，并实现相邻无线基站与无线基站之间的计算资源协同、传感信息资源协同、仿真数学模型协同；一种或多种参量的传感设备分布于无线基站网络覆盖范围以内，用于实时监测现实世界的状态信息，并以时钟同步模块在线授时为依据，在所述的仿真数学模型内实现多参量时空关系的关联耦合；无线基站内的计算机模块、仿真数学模型、一种或多种参量的传感设备联为一个整体，实时导入传感信息，实现在线动态仿真。

2.根据权利要求1所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的通讯模块为无线或有线通讯模块，通讯模块支持GPRS和短消息双通道传输数据、支持多中心数据通信。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的时钟同步模块为传感数据提供统一的时间坐标，该时间坐标作为多参量耦合的时间逻辑基础，传感数据为实时在线的多参量传感数据流，多参量耦合的时间逻辑是指多参量之间的关联耦合的因果逻辑构建在统一的时间坐标系以内。

4.根据权利要求3所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的传感设备包括基站覆盖范围内分布式布设的各种参量的传感布点、调制解调设备、数据采集设备，所述的传感设备为基站提供实时的传感数据。

5.根据权利要求4所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的计算机模块为所述仿真数学模型的动态运算提供计算资源，所述仿真数学模型是数学方程式对现实的近似，仿真数学模型在实时传感数据的支持下实现虚拟仿真数学模型信息实时动态跟踪现实世界状态变化。

6.根据权利要求5所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的仿真数学模型与所述的一种或多种参量的传感设备联为一体，在线传感数据实时导入仿真数学模型，传感信息与仿真数学模型融为一个整体，不可分割的组合成为具有实时在线仿真的动态模型。

7.根据权利要求1或5所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的计算机模块为无线基站内设置的具有运算能力的计算机软件和硬件设备，所述虚拟仿真数学模型信息是指仿真数学模型以资源的形式呈现现实世界的整体状态信息。

8.根据权利要求6所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述的动态模型是指仿真数学模型通过实时的传感数据不间断地进行在线仿真计算，仿真数学模型的变化与现实世界被仿真实物变化保持一致。

9.根据权利要求1所述的一种具有时钟同步及计算功能的无线基站，其特征在于：所述计算资源协同是指基站之间的计算机运算资源的就近协同；所述传感信息资源协同是指传感信息分布在现实实物，现实实物交错在一起，同时又互为边界，这些传感信息通过基站之间的通讯模块相互连接共享；所述仿真数学模型协同是指仿真数学模型是对现实的信息虚拟，所述仿真数学模型与现实交错在一起，同时又互为边界，仿真数学模型通过基站之间的通讯模块相互连接在一起，实现边界与边界之间的关联耦合。