CN112566232B - 一种无线物联网多终端间数据同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据采集系统技术领域，尤其涉及一种无线物联网多终端间数据同步方法及系统，本方法以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，本发明解决了现有技术存在多信道广播带来的附加误差问题和长时间连接状态下的再同步的问题，具有实现对采用多信道广播下进行数据传输的数据采集系统内不同采样设备间的采样进行精准的采样同步，确保测试数据的同步性、完整性和可信性的有益技术效果。

Description

一种无线物联网多终端间数据同步方法及系统

技术领域

本发明属于数据采集系统技术领域，尤其涉及一种无线物联网多终端间数据同步方法及系统。

背景技术

对于由多个传感器构成的无线物联网多终端数据采集系统，有些应用对数据采样的时间有严格的同步要求，要求各个传感器的采样时间偏差必须满足一定的时间要求；

要实现采样同步，需要先对时钟进行同步，时钟同步的方法常采用的有基于GPS时钟信号的同步、NTP时钟同步、PTP时钟同步等；基于GPS的时钟同步需要有GPS接收装置，NTP时钟同步需要TCP/IP和UDP网络协议支持，PTP时钟同步需要以太网或UDP的支持；

对于采用无线连接的非以太网络下的多设备采样系统，NTP和PTP的时钟同步方法都不适用，因为它们不支持以太网协议或TCP/IP协议；当前基于非以太网的无线设备比较常用的时钟同步的方法是利用某一个设备定时发送同步时钟广播，需要同步的设备在收到该同步时钟广播后，调整本地时钟与广播时钟“同步”；但这种同步方法对于采用多信道广播比如BLE低功耗蓝牙，由于广播在多信道同时广播的原因，必然会存在一定的误差。另外，这种基于同步的实现方法是在非连接状态下实现的，如果系统长时间处在连接状态下的话，同步时钟有可能失步；

现有技术存在多信道广播带来的附加误差问题和长时间连接状态下的再同步的问题。

发明内容

本发明提供一种无线物联网多终端间数据同步方法及系统，以解决上述背景技术中提出现有技术存在多信道广播带来的附加误差问题和长时间连接状态下的再同步的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种无线物联网多终端间数据同步方法，包括：

基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件。

进一步，所述约定的广播时间间隔包括整数倍等间隔发送周期的或不等间隔发送周期，所述整数倍等间隔发送周期为可设定的广播周期整倍数的发送周期。

进一步，所述相应的同步时间间隔包括等间隔接收周期或不等间隔接收周期，所述等间隔接收周期或不等间隔接收周期均为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的接收周期。

进一步，所述数据同步方法还包括将同步广播事件分别在多个广播信道的每个广播信道轮询广播或随机广播。

进一步，所述基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法包括：

若监听设备监听到同步时钟广播，则根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步。

进一步，所述接收同步广播的终端在非连接状态、连接状态和数据采集状态下均可进行时钟同步。

进一步，所述同步广播事件中包括同步时钟的帧号，所述接收同步广播的终端在周围有相同广播名称的终端在广播时，所述接收同步广播的终端仅对授权终端的同步广播事件响应。

一种无线物联网多终端间数据同步系统，包括同步时钟发送模块；

所述同步时钟发送模块用于通过上述多终端间数据同步方法向接收同步广播的终端发送同步广播信号。

进一步，所述数据同步系统不采样时可以随时进入休眠或待机状态，并在被唤醒后立即进入同步时钟监听状态。

进一步，所述数据同步系统还包括同步主机和接收同步广播的终端；

所述同步主机通过同步时钟发送模块向接收同步广播的终端发送同步广播信号，所述数据同步系统可以指定其内部的任意一台接收同步广播的终端发送同步广播时钟信号。

本发明的有益效果为：

本专利采用基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，本方案的原理是如图2所示，使得每个广播事件只在一个广播信道上发送，这样接收到广播的各个设备就会有完全相同的和确定的参考时间；即使有的设备不是在相同的同步广播周期内接收到同步广播，由于本发明的同步广播有确定的周期性和确定的发送偏移，而且，广播信息里包含有相对帧号，从而可以实现系统内所有设备的完全同步。如果不采用本发明的解决方案，一个广播周期内存在多个广播信道广播，接收到同步广播的设备无法确认到底是在哪个广播信道接收到的同步信号，这样就会造成同一个广播周期内由于接收到不同广播信道上的同步信号而带来的同步时间偏差，因此，实现对采用多信道广播下进行数据传输的数据采集系统内不同采样设备间的采样进行精准的采样同步，确保测试数据的同步性、完整性和可信性，从而确保基于此采样数据进行的分析结果的正确性和可信性。

附图说明

图1是本发明数据同步方法的流程图；

图2是本发明数据同步方法的多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法的同步时钟图；

图3是本发明数据同步方法的同步时钟图；

图4是本发明数据同步系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

图中：

S101-基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法；

S102-以约定的广播时间间隔；

S103-将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送；

S104-接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件；

1-同步主机；2-同步时钟发送模块；3-接收同步广播的终端

实施例：

实施例一：如图1、3所示，一种无线物联网多终端间数据同步方法，包括：基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法S101，以约定的广播时间间隔S102，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送S103，接收同步广播的终端3以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件S104。

同步广播事件的广播仅限同一广播周期内完成；

由于采用基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，本方案的原理是使得每个广播事件只在一个广播信道上发送，这样接收到广播的各个设备就会有完全相同的和确定的参考时间；即使有的设备不是在相同的同步广播周期内接收到同步广播，由于本发明的同步广播有确定的周期性和确定的发送偏移，而且，广播信息里包含有时钟编号，从而可以实现系统内所有设备的完全同步。因此，实现对采用多信道广播下进行数据传输的数据采集系统内不同采样设备间的采样进行精准的采样同步，确保测试数据的同步性、完整性和可信性，从而确保基于此采样数据进行的分析结果的正确性和可信性。

所述约定的广播时间间隔包括整数倍等间隔发送周期的或不等间隔发送周期，所述整数倍等间隔发送周期为可设定的广播周期整倍数的发送周期。

所述相应的同步时间间隔包括等间隔接收周期或不等间隔接收周期，所述等间隔接收周期或不等间隔接收周期均为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的接收周期。

由于采用以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，所述约定的广播时间间隔包括整数倍等间隔发送周期的或不等间隔发送周期，所述整数倍等间隔发送周期为可设定的广播周期整倍数的发送周期，所述相应的同步时间间隔包括等间隔接收周期或不等间隔接收周期，所述等间隔接收周期为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的接收周期，由于当前多信道广播的无线技术比如BLE低功耗蓝牙,比较常用的时钟同步的方法是利用某一个低功耗蓝牙设备“定时”发送同步时钟广播，需要同步的设备在收到该同步时钟广播后，调整本地时钟与广播时钟“同步”，但这种同步方法由于多信道广播和广播事件间隔的随机部分的原因，必然会存在一定的误差，另外，这种同步的实现方法是在非连接状态下实现的，如果系统长时间处在连接状态下的话，同步时钟有可能失步，本方案的实现思路包括基于无线采样系统设备间若想实现采样同步，需要具备条件如下：需要有非常精准的同步时钟广播；监听设备可以监听该同步时钟广播；监听设备可以根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步；时钟同步后，可以对采样时刻进行同步，如图2所示，以BLE低功耗蓝牙系统作为多信道广播的典型应用，其原理对于多信道广播的无线系统都适用。根据低功耗蓝牙BLE 4.2协议要求，蓝牙外设(Peripheral)设备每次广播时，会在3个广播信道(分别是逻辑信道CH37、CH38和CH39)上依次连续发送相同的报文，这些报文被称为一个广播事件。另外，为了防止设备间冲突和干扰，每次广播事件后加入“0-10ms”的随机延时，BLE的广播的实际间隔为“T_advEvent+T_advDelay”,此时间间隔存在0-10ms的随机偏差，实际的广播事件间隔是不固定的；另外，由于广播事件发生在三个不同的逻辑信道上，不同的信道发送相同的报文，协议并没有要求接收端区分是哪一个广播信道，因此接收端收到广播消息后无法获知具体是从哪一个信道收到的，因此，本方案的原理是使得每个广播事件只在一个广播信道上发送，这样接收到广播的各个设备就会有完全相同的和确定的参考时间，因此，实现对采用多信道广播下进行数据传输的数据采集系统内不同采样设备间的采样进行精准的采样同步，确保测试数据的同步性、完整性和可信性，从而确保基于此采样数据进行的分析结果的正确性和可信性。

接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的等间隔或不等间隔接收周期。比如系统的时钟同步要求最大偏差为1ms，本地时钟的精度为20ppm，一旦同步后，在最不利的条件下，经过1ms/(20*10E-6*1000ms)(秒)＝50秒后就会产生1ms的偏差，因此，接收同步广播的终端的最大同步周期不能大于50秒。如果本地时钟的精度为50ppm，一旦同步后，在最不利的条件下，经过1ms/(50*10E-6*1000ms)(秒)＝20秒后就会产生1ms的偏差，因此，接收同步广播的终端的最大同步周期不能大于20秒。

所述数据同步方法还包括将同步广播事件分别在多个广播信道的每个广播信道轮询广播或随机广播。

由于采用所述数据同步方法还包括将同步广播事件分别在多个广播信道的每个广播信道轮询广播或随机广播，由于同步广播信号同一时刻仅在一个广播信道进行广播，从而可以实现时钟同步的更高精度；满足上述高精度时钟同步的基础上，同步广播信号在多个广播信道上轮流或随机广播，从而既实现了高精度的同步，又可以很好的避免了某个信道被干扰后无法收到同步广播信号的问题。

所述基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法S101包括：

若监听设备监听到同步时钟广播，则根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步。

采用基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法包括若监听设备监听到同步时钟广播，则根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步，由于其实现思路是基于无线采样系统设备间若想实现采样同步，需要具备条件如下：(1)需要有非常精准的同步时钟广播；(2)监听设备可以监听该同步时钟广播；(3)监听设备可以根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步；时钟同步后，可以对采样时刻进行同步。

所述接收同步广播的终端3在非连接状态、连接状态和数据采集状态下均可进行时钟同步。

由于采用所述接收同步广播的终端在非连接状态、连接状态和数据采集状态下均可进行时钟同步，由于系统同步可以在非连接状态下进行，也可以在连接状态下进行，还可以在数据采样期间进行；因此，实现了连接状态和数据采集状态下的时钟同步。

所述同步广播事件中包括同步时钟的帧号，所述接收同步广播的终端3在周围有相同广播名称的终端在广播时，所述接收同步广播的终端3仅对授权终端的同步广播事件响应。

由于采用所述同步广播事件中包括同步时钟的帧号，所述接收同步广播的终端在周围有相同广播名称的终端在广播时，所述接收同步广播的终端仅对授权终端的同步广播事件响应，由于该同步广播报文中含有同步时钟的帧号，该同步广播为不可连接广播，同步信号为加密信号，即使有其它非授权设备以相同的广播名称进行广播，该系统仍能不受影响地进行同步，同一个系统内仅对特定的同步广播信号进行响应，即使周围有相同广播名称的设备在广播，从而提高了系统的保密性。

如图4所示，一种无线物联网多终端间数据同步系统，包括同步时钟发送模块2；

所述同步时钟发送模块2用于通过上述多终端间数据同步方法向接收同步广播的终端3发送同步广播信号。

同时，本发明提供一种无线物联网多终端间数据同步系统，包括同步时钟发送模块；所述同步时钟发送模块用于通过上述多终端间数据同步方法向接收同步广播的终端发送同步广播信号，由于系统由支持如BLE等协议的HOST主机、同步时钟发送模块和传感器模块阵列组成，同步时钟广播可以由系统内的同步时钟发送模块发送，采用非标准自定义的方式在单一广播信道发送同步广播信号，其中，同步时钟发送模块基于无线物联网多终端间数据同步方法，即基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件，本系统同步时钟发送模块采用外部晶振，产生精准的本地参考时钟，定期产生广播信道发送同步时钟广播，同步广播采用不可连接属性，同步广播包含时钟时刻的时钟编号，接收广播的终端采样同步采用双缓冲机制实现，采用同步采用时钟同步后，对采用时刻进行同步，监听同步时钟广播，使得本地时钟与广播时钟同步，采用外部晶振产生精准本地参考时钟，因此，本系统实现了多终端间数据同步。

所述数据同步系统不采样时可以随时进入休眠或待机状态，并在被唤醒后立即进入同步时钟监听状态。

由于采用所述数据同步系统不采样时可以随时进入休眠或待机状态，并在被唤醒后立即进入同步时钟监听状态，由于系统从休眠或待机状态唤醒后，可立即进入同步时钟监听状态，因此，不但具有节能的特点，而且提高了系统的实时性。

所述数据同步系统还包括同步主机1和接收同步广播的终端3；

所述同步主机1通过同步时钟发送模块2向接收同步广播的终端3发送同步广播信号，所述数据同步系统可以指定其内部的任意一台接收同步广播的终端3发送同步广播时钟信号。

由于采用所述数据同步系统可以指定其内部的任意一台接收同步广播的终端发送同步广播时钟信号，由于系统内的任何一台无线设备都可以用来发送同步广播时钟信号；HOST主机可以指定某一台支持无线的设备来发送同步广播时钟信号；因此，不但提高了系统的灵活性，而且提高了系统的稳定性。

工作原理：

本专利通过基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件；所述约定的广播时间间隔包括整数倍等间隔发送周期的或不等间隔发送周期，所述整数倍等间隔发送周期为可设定的广播周期整倍数的发送周期；所述相应的同步时间间隔包括等间隔接收周期或不等间隔接收周期，所述等间隔接收周期为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的接收周期，本方案的原理是使得每个广播事件在同一个广播周期只在一个广播信道上发送，这样接收到广播的各个设备就会有完全相同的和确定的参考时间；即使有的设备不是在相同的同步广播周期内接收到同步广播，由于本发明的同步广播有确定的周期性和确定的发送偏移，而且，广播信息里包含有时钟编号，从而可以实现系统内所有设备的完全同步，本发明解决了现有技术存在多信道广播带来的附加误差问题和长时间连接状态下的再同步的问题，具有实现对采用多信道广播下进行数据传输的数据采集系统内不同采样设备间的采样进行精准的采样同步，确保测试数据的同步性、完整性和可信性的有益技术效果。

利用本发明的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线物联网多终端间数据同步方法，其特征在于，包括：

基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法，以约定的广播时间间隔，将同步广播事件同一时刻仅在一个广播信道发送，接收同步广播的终端以相应的同步时间间隔接收相应的同步广播事件；

接收同步广播的终端根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步，并在时钟同步后，对采样时刻进行同步；

所述相应的同步时间间隔包括等间隔接收周期或不等间隔接收周期，所述等间隔接收周期或不等间隔接收周期均为根据本地时钟的精度和数据同步精度要求设定的接收周期；

所述接收同步广播的终端在非连接状态、连接状态和数据采集状态下均可进行时钟同步；

所述同步广播事件中包括同步时钟的帧号，所述接收同步广播的终端在周围有相同广播名称的终端在广播时，所述接收同步广播的终端仅对授权终端的同步广播事件响应。

2.根据权利要求1所述数据同步方法，其特征在于，所述约定的广播时间间隔包括整数倍等间隔发送周期的或不等间隔发送周期，所述整数倍等间隔发送周期为可设定的广播周期整倍数的发送周期。

3.根据权利要求1所述数据同步方法，其特征在于，所述数据同步方法还包括将同步广播事件分别在多个广播信道的每个广播信道轮询广播或随机广播。

4.根据权利要求1所述数据同步方法，其特征在于，所述基于多信道广播技术的无线采样系统设备间的同步采样方法包括：

若监听设备监听到同步时钟广播，则根据同步时钟的接收时刻调整自己本地的时钟同广播时钟同步。

5.一种无线物联网多终端间数据同步系统，其特征在于，包括同步时钟发送模块；

所述同步时钟发送模块用于通过如权利要求1～权利要求4所述的多终端间数据同步方法向接收同步广播的终端发送同步广播信号。

6.根据权利要求5所述数据同步系统，其特征在于，所述数据同步系统不采样时可以随时进入休眠或待机状态，并在被唤醒后立即进入同步时钟监听状态。

7.根据权利要求5所述数据同步系统，其特征在于，所述数据同步系统还包括同步主机和接收同步广播的终端；

所述同步主机通过同步时钟发送模块向接收同步广播的终端发送同步广播信号，所述数据同步系统可以指定其内部的任意一台接收同步广播的终端发送同步广播时钟信号。

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