CN111817810A - 时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质 - Google Patents

时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质。主设备和从设备实现时钟同步分成两步，一步是时钟频率误差的校正，检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差，当从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整时钟频率误差并直至其为零，另一步是基准时间的校正，将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间。本发明能够减少主设备对从设备时间同步的频率。

Description

时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质。
背景技术
近年来，无线通信技术广泛地应用于各行各业及其人们的日常生活中，一个无线网络由多个设备，按照角色通常划分为主设备和从设备。一个无线网络内多个设备的时间需同步，即时钟同步或者称为时间同步。实现时钟同步的传统办法是，主设备每隔一段时间向从设备发送时间基准包，告诉从设备当时的时间。这就像日常生活中，人们每隔一段时间定期对手表校正时间一样。由于主设备和从设备的时钟频率不同，即使在某一个时刻，两个设备的时间取得了同步，但随着时间流逝，从设备与主设备的时间差异也会越来越大，当需要高精度的时钟同步时，主设备则需周期性频繁地向从设备发送时间基准包。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质，以解决现有的时钟同步需要主设备周期性频繁地向从设备发送时间基准包的问题。
本发明提供的一种时钟同步方法，包括：
检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差；
当所述从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整所述从设备和主设备之间的时钟频率误差并直至其为零；
获取主设备发送广播包的时刻；
将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间。
可选地，所述检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差，包括：
获取相邻两个广播包的发送时间间隔及接收时间间隔；
根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差。
可选地，所述根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差，包括：
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔等于接收时间间隔时，判定所述从设备和主设备之间的时钟频率误差为零；
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔小于接收时间间隔时，判定所述从设备的时钟频率慢于所述主设备的时钟频率；
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔大于接收时间间隔时，判定所述从设备的时钟频率快于所述主设备的时钟频率。
可选地，所述根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差，包括：
判断在接收到相邻两个广播包之间所述从设备是否丢包；
若未丢包，则所述相邻两个广播包的发送时间间隔与接收时间间隔的差值作为从设备和主设备之间的时钟频率误差；
若丢包，则计算所述从设备的丢包数量，并根据所述丢包数量得到从设备和主设备之间的时钟频率误差。
可选地，所述计算所述从设备的丢包数量，并根据所述丢包数量得到从设备和主设备之间的时钟频率误差，包括：
计算相邻两个广播包的接收时间间隔与发送时间间隔的比值，并四舍五入得到正整数，将所述正整数作为丢包数量；
获取所述接收时间间隔与所述丢包数量的比值，以及所述比值与所述发送时间间隔的差值，并将所述差值作为时钟频率误差。
可选地，所述时钟频率误差具有上限值，所述将所述正整数作为丢包数量，包括：判断所述正整数加1或减1之后与所述上限值的乘积，是否大于或等于1；若否，则将所述正整数作为丢包数量。
可选地，任意相邻两个广播包的发送时间间隔相等，任意相邻两个广播包的接收时间间隔也相等。
可选地，所述获取主设备发送广播包的时刻，包括：
所述广播包中包含有其发送时刻的信息；
解析所述广播包并从中获取主设备发送广播包的时刻。
本发明提供的一种无线网络设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序用于被所述处理器运行以执行上述任一项所述的时钟同步方法中的一个或多个步骤。
本发明提供的一种可读存储介质，存储有程序，该程序用于被处理器运行以执行上述任一项时钟同步方法中的一个或多个步骤。
本发明提供的时钟同步方法及无线网络设备、可读存储介质，将主设备和从设备实现时钟同步分成两步，一步是时钟频率误差的校正，检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差，当从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整时钟频率误差并直至其为零，另一步是基准时间的校正，将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间，由此，主设备无需向从设备周期性频繁地发送时间基准包，从而能够减少主设备对从设备时间同步的频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的网络环境的示意图；
图2是本发明一实施例的时钟同步方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例的广播包发送及接收的示意图；
图4是本发明一实施例的丢失广播包的示意图；
图5是本发明另一实施例的时钟同步方法的流程示意图；
图6是本发明一实施例的无线网络设备的结构示意图。
具体实施方式
为减少主设备对从设备时间同步的频率，本发明实施例提供一种时钟同步方法，其应用的一种网络环境，请参阅图1，无线网络包括一个主设备和若干从设备，从设备的个数N可以是1个、2个或者其他正整数，为便于描述，本发明全文将这些从设备分别标识为从设备1,2,…,N，N为正整数。在主设备的信号传输范围内，主设备与各从设备采用双方支持的通信协议进行数据交互；主设备与从设备可分别通过移动通信网络与远程的服务器进行数据交互。本发明实施例对设备的种类、移动通信网络的协议和组网结构、服务器的具体实现方式不做限定。
在无线通信技术领域，尤其是物联网领域，低功耗蓝牙(Bluetooth low energy,BLE)技术具有功耗低、系统成本低等优点，因此本发明实施例可以基于BLE技术组建所述无线网络。为了便于描述，本发明实施例下文均以BLE无线网络为代表进行阐述。
主设备与从设备1,2,…,N，在实际应用场景中可以为电子设备，其具体表现形式可以为智能手机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理或平板电脑)等移动设备，也可以为可佩戴于肢体或者嵌入于衣物、首饰、配件等中的具有对应功能的可穿戴设备。
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅是本发明的一部分而非全部实施例。基于下述各个实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
图2是本发明一实施例的时钟同步方法的流程示意图。请参阅图2所示，所述时钟同步方法可以包括如下步骤S11～S14。
S11：检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差。
S12：当从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整所述从设备和主设备之间的时钟频率误差并直至其为零。
S13：获取主设备发送广播包的时刻。
S14：将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间。
本发明实施例实现时钟同步分成两步，一步是时钟频率误差的校正，检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差，当从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整时钟频率误差并直至其为零，另一步是基准时间的校正，将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间，由此，主设备无需向从设备周期性频繁地发送时间基准包，从而能够减少主设备对从设备时间同步的频率。
在步骤S11中，本发明实施例可以获取相邻两个广播包的发送时间间隔及接收时间间隔，并根据所述发送时间间隔和接收时间间隔，来确定从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差。
具体而言，请参阅图3所示，主设备定时地发送包括广播包的蓝牙广播信号，比如每隔一秒或500毫秒等，这个时间间隔T0可预先设定或是广播包的内容之一。从设备实时扫描监听，当监听到一广播信号时，记录当前时刻，图3中示出的广播包的数量为5个，仅为示例性说明。图3中t0、t1、t2、t3、t4表示从设备收到各个广播信号时记录的本地时间，相邻本地时间的差值，如(t1–t0)，(t2–t1)，表示从设备检测到的广播间隔，即接收时间间隔。标准低功耗蓝牙两次广播信号之间存在随机时延，在对从设备进行时钟频率校正时，本发明实施例将随机时延去掉，以使任意两次广播信号之间的时间间隔一致，以方便时钟频率校正。
当从设备检测到的时间间隔(即接收时间间隔)与主设备设定的广播间隔(即发送时间间隔)一致时，表示两者的时钟频率误差为零，不一致时，表示两者之间存在时钟频率误差。
具体地，在相邻两个广播包的发送时间间隔等于接收时间间隔时，判定从设备和主设备之间的时钟频率误差为零，可视为，从设备和主设备之间不存在时钟频率误差。而在相邻两个广播包的发送时间间隔小于接收时间间隔时，则可以判定从设备的时钟频率慢于主设备的时钟频率；在相邻两个广播包的发送时间间隔大于接收时间间隔时，则可以判定从设备的时钟频率快于主设备的时钟频率。
举例而言，假设主设备周期性的每1秒发送一广播包，发送时间间隔T0为1秒，从设备的时钟频率是32MHz。若从设备检测到接收时间间隔是32000000个本地时钟个数，则表示从设备与主设备的时钟频率是基本一致的。而若从设备检测到接收时间间隔小于32000000个本地时钟个数，则表示从设备的时钟频率要比主设备的时钟频率慢，且差值为(32000000-x)/32PPM，x为从设备检测到两个广播包之间的本地时钟个数，PPM(parts permillion，百万分之)。而若从设备检测到接收时间间隔大于32000000个本地时钟个数，则表示从设备的时钟频率要比主设备的时钟频率快，且差值为(x-32000000)/32PPM。
请参阅图4所示，由于广播信号是以无线电磁信号的形式进行收发，空中干扰不可避免，因此会存在从设备收不到主设备发出的广播信号(即丢包)的情况。如图4中的(a)所示，在t1与t2之间存在一个广播包未收到，丢包数量为1个；如图4中的(b)所示，在t1与t2之间存在二个广播包未收到，丢包数量为2个。这种丢包现象会影响时钟频率误差的检测，并进一步影响从设备的时钟校正。于此，本发明实施例在确定时钟频率误差时需要考虑是否丢包及丢包数量。
图5是本发明另一实施例的时钟同步方法的流程示意图。请一并参阅图2和图5所示，可见，前述根据发送时间间隔和接收时间间隔得到从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差，这一步骤的具体实现方式可以参阅下述，具体地，本步骤可以包括：
判断在接收到相邻两个广播包之间所述从设备是否丢包；以及
若未丢包，则相邻两个广播包的发送时间间隔与接收时间间隔的差值作为从设备和主设备之间的时钟频率误差。
若丢包，则计算从设备的丢包数量，并根据丢包数量得到从设备和主设备之间的时钟频率误差。具体地，计算相邻两个广播包的接收时间间隔与发送时间间隔的比值，并四舍五入得到正整数，将该正整数作为丢包数量，然后，获取接收时间间隔与所述丢包数量的比值，以及该比值与发送时间间隔的差值，并将该差值作为时钟频率误差。
一般情况下，时钟频率误差具有上限值，因此在将正整数作为丢包数量的过程中需要将其考虑在内。举例而言，从设备与主设备的时钟频率误差有一个上限p，例如1％。每当从设备连续收到两个广播包，记录接收到这两个广播包的时刻分别为ti与ti+1，则根据关系式(ti+1-ti)/T0得到比值，并四舍五入得到的正整数M，然后，判断该正整数M加1或减1之后与所述上限值的乘积是否大于或等于1，如果(M-1)*p或(M+1)*p大于等于1，则丢弃本次时钟频率误差的计算，而重新执行步骤S13以进行下一次时钟频率误差的计算；如果(M-1)*p和(M+1)*p均小于1，则将所述正整数M作为丢包数量，认为这两个广播包之间丢了M个广播包，时钟频率误差则为(ti+1-ti)/M–T0。
在步骤S14中，从设备去实时调整自身的时钟频率，具体地，若从设备的时钟频率比主设备的时钟频率慢(32000000-x)/32PPM，则调快从设备的时钟频率，且调快的参数值为(32000000-x)/32PPM；若从设备的时钟频率比主设备的时钟频率快(32000000-x)/32PPM，则调慢从设备的时钟频率，且调慢的参数值为(32000000-x)/32PPM。
在本发明实施例中，所述时钟频率误差的校正可通过硬件校正电路的反馈来实现。例如其为时钟误差校正器，在得到时钟频率误差后，可以将其反馈给一个时钟误差校正器，通过其来实时更改从设备上的时钟，同时，从设备不断地根据接收到的广播信号更新时钟频率误差，直至最后从设备的时钟进程与主设备的时钟进程一致。
当无线网络系统未设置硬件校正电路时，本发明实施例可以通过软件或者说预设程序来直接校正检测到的时钟频率误差。所述预设程序可以预存于从设备中或者其他第三方设备中。
在步骤S13中，主设备发送的广播包中包含有该广播包发送时刻的信息，从设备可以解析该广播包并从中获取主设备发送该广播包的时刻。例如，主设备需要在2020年5月1号下午2点发送一个广播包，它就将这个时间信号作为广播信号的一部分发出去，当从设备收到该广播包时，通过解析即可获知对应的发送时间是2020年5月1号下午2点，并以此作为基准时间，两个设备进程的基准时间相同。
在本发明实施例中，首先对主设备和从设备之间的时钟频率误差进行校正，再对主设备和从设备的基准时间进行校正，能够避免时钟频率误差对基准时间的校正产生影响，具体而言，若先校正基准时间，则因为两设备的时间频率不同，会使已经校正的基准时间产生漂移(即误差)，例如从设备的时钟频率会使其基准时间漂移(快或慢)1秒。
图6是本发明一实施例的无线网络设备的结构示意图。请参阅图6所示，无线网络设备50既可以作为主设备，也可以作为从设备，还可以为与主设备和从设备均可以进行数据交互的其他第三方设备。所述无线网络设备50包括处理器51和存储器52，处理器51和存储器52可通过通信总线53实现数据或信号传输连接。
处理器51是无线网络设备50的控制中心，利用各种接口和线路连接整个无线网络设备50的各个部分，通过运行或加载存储在存储器52内的程序，以及调用存储在存储器52内的数据，执行无线网络设备50的各种功能和处理数据，从而对无线网络设备50进行整体监控。
其中，所述处理器51会按照如下的步骤，将一个或一个以上的程序的进程对应的指令加载到存储器52中，并由处理器51来运行存储在存储器52中的程序，从而实现如下一个或多个功能：
检测从设备和主设备之间存在的时钟频率误差；
当从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整所述从设备和主设备之间的时钟频率误差并直至其为零；
获取主设备发送广播包的时刻；
将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间。
对于各个步骤的具体执行方式，即处理器51调用程序所执行步骤的具体内容可参阅前述实施例，此处不再予以一一赘述。
应该理解到，在实际应用场景中具体实施时，根据无线网络设备50所属的设备类型，以上各个步骤的执行主体可以并非处理器51和存储器52，而是由其他模块和单元分别实现。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。为此，本发明实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种时钟同步方法中的一个或多个步骤。
该可读存储介质可以包括只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
由于该可读存储介质中所存储的指令，可以执行本发明实施例所提供的任一种时钟同步方法中的步骤，因此，可以实现任一种时钟同步方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本发明，但本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本发明包括所有此修改和变型，并且由前述实施例的技术方案进行支撑。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
即，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，例如各实施例之间技术特征的结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
另外，在前述实施例的描述中，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一个或者多个特征。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。
进一步地，虽然上述实施例的流程图中的各个步骤按照箭头指示依次显示，但这些步骤并非必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文明确说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然在同一时刻执行完成，而可以在不同时刻执行，执行顺序也不必然是依次进行，而可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替执行。

Claims (10)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，所述时钟同步方法包括：
检测所述从设备和主设备之间存在的时钟频率误差；
当所述从设备和主设备之间存在时钟频率误差时，调整所述从设备和主设备之间时钟频率误差并直至其为零；
获取主设备发送广播包的时刻；
将主设备发送广播包的时刻作为从设备的基准时间。
2.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述检测所述从设备和主设备之间存在的时钟频率误差，包括：
获取相邻两个广播包的发送时间间隔及接收时间间隔；
根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差。
3.根据权利要求2所述的时钟同步方法，其特征在于，
所述根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差，包括：
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔等于接收时间间隔时，判定所述从设备和主设备之间的时钟频率误差为零；
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔小于接收时间间隔时，判定所述从设备的时钟频率慢于所述主设备的时钟频率；
在所述相邻两个广播包的发送时间间隔大于接收时间间隔时，判定所述从设备的时钟频率快于所述主设备的时钟频率。
4.根据权利要求3所述的时钟同步方法，其特征在于，
所述根据所述发送时间间隔和接收时间间隔得到所述从设备和主设备之间是否存在时钟频率误差，包括：
判断在接收到相邻两个广播包之间所述从设备是否丢包；
若未丢包，则所述相邻两个广播包的发送时间间隔与接收时间间隔的差值作为从设备和主设备之间的时钟频率误差；
若丢包，则计算所述从设备的丢包数量，并根据所述丢包数量得到从设备和主设备之间的时钟频率误差。
5.根据权利要求4所述的时钟同步方法，其特征在于，
所述计算所述从设备的丢包数量，并根据所述丢包数量得到从设备和主设备之间的时钟频率误差，包括：
计算相邻两个广播包的接收时间间隔与发送时间间隔的比值，并四舍五入得到正整数，将所述正整数作为丢包数量；
获取所述接收时间间隔与所述丢包数量的比值，以及所述比值与所述发送时间间隔的差值，并将所述差值作为时钟频率误差。
6.根据权利要求5所述的时钟同步方法，其特征在于，所述时钟频率误差具有上限值，所述将所述正整数作为丢包数量，包括：
判断所述正整数加1或减1之后与所述上限值的乘积，是否大于或等于1；若否，则将所述正整数作为丢包数量。
7.根据权利要求2所述的时钟同步方法，其特征在于，任意相邻两个广播包的发送时间间隔相等，接收时间间隔也相等。
8.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述获取主设备发送广播包的时刻，包括：
所述广播包中包含有其发送时刻的信息；
解析所述广播包并从中获取主设备发送广播包的时刻。
9.一种无线网络设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序用于被所述处理器运行以执行权利要求1～8任一项所述的数据传输方法中的一个或多个步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，存储有程序，所述程序用于被处理器运行以执行如权利要求1～8任一项所述的数据传输方法。
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