CN114845374A - 一种基于wia-pa无线网络的高频率同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于WIA‑PA无线网络的高频率同步方法,主要涉及WIA‑PA无线网络的终端节点和WIA‑PA网关同步的方法,网络拓扑为星形网络拓扑结构,同步方式涉及同步广播同步和应用数据的同步,终端节点入网后,首次同步根据同步广播同步,在终端节点的生命周期内,会根据终端节点与网关交互频率决定节点的同步频率,节点每次上传数据时,都与网关交互后上传数据,同步在交互周期内,网关发送的下行应答数据中携带网关端的时间戳,通过射频的SFD状态中断打印,保证每次时间戳均是最新的时间,节点接收到网关的应答报文,解析数据时间戳,通过Flood Fill算法进行时间同步,同步频率取决于数据的频率,并且每次数据上传前节点均与网关交互,提高网络的同步精度。

Description

一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法
技术领域
本发明涉及无线网关设备高频率同步的方法,具体地说是一种用于石油行业、基于WIA-PA网络中无线网关设备高频率同步的方法
背景技术
在油田及石化等户外复杂环境的无线窄带网络中,网关与节点模块及传感终端组成了现场无线采集网络系统,可有效减少现场人员的人工巡检。随着工业物联网的广泛应用,终端无线设备节点数量巨大,为了适应要求时间精度特别高的场景,因此需要开发一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法尤为重要。现有传感网络中时间同步方法多采用定时周期同步,同步精度无法达到最优,导致带宽利用率低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,以解决终端与网关的时间同步误差大的问题。本发明采用数据同步方法,同步频率完全取决于终端上传数据频率,对高频率数据传输应用中可提高同步精度和带宽使用率,提高数据传输效率。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,应用于WIA-PA网关,包括以下步骤:
通过检索时隙表,查找空闲时隙,以在空闲时隙周期下发带有当前网关时间的同步广播报文;
接收到WIA-PA无线终端发送的问询报文产生的接收中断以及问询报文后,发送问询报文应答,并封装同步广播报文并将同步广播报文放在缓存中;等待WIA-PA无线终端空闲时隙,当等到空闲时隙时,将缓存中的同步广播报文解析后,按照字节顺序发送,并等待SFD中断打印时间戳。
所述同步广播报文包含时隙号、时隙表、时间戳、北京时间。
在广播报文的最后位置打印时间戳,所述时间戳在射频芯片的SFD中断中实现打印。
一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,应用于WIA-PA网关,包括:
时隙表模块,用于通过检索时隙表,查找空闲时隙,以在空闲时隙周期下发带有当前网关时间的同步广播报文;
报文发送模块,用于接收到WIA-PA无线终端发送的问询报文产生的接收中断以及问询报文后,发送问询报文应答,并封装同步广播报文并将同步广播报文放在缓存中;等待WIA-PA无线终端空闲时隙,当等到空闲时隙时,将缓存中的同步广播报文解析后,按照字节顺序发送,并等待SFD中断打印时间戳。
一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,应用于WIA-PA无线终端,包括以下步骤:
接收WIA-PA网关的同步广播报文后,在空闲时隙中向WIA-PA网关发送问询报文;
接收到WIA-PA网关的问询报文应答后,解析问询报文应答并根据报文时间戳进行时间同步。
根据WIA-PA网关分配的时隙属性和时隙资源bit位更新自己的时隙表,即根据数据的每个bit位检索自己的时隙属性。
发送的应用数据报文中,下发的每个资源均表示一个时隙的属性,即0/1,每个字节按照高位顺次排序,表示N个时隙属性,问询报文应答中携带分配的时隙资源。
WIA-PA无线终端在同步时隙中接收到同步广播报文或者接收到问询报文应答时,根据数据中的时间戳进行同步计算。
一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,应用于WIA-PA无线终端,包括:
报文接收模块,用于接收WIA-PA网关的同步广播报文后,在空闲时隙中向WIA-PA网关发送问询报文;
同步模块,用于接收到WIA-PA网关的问询报文应答后,解析问询报文应答并根据报文时间戳进行时间同步。
10.根据权利要求9所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,其特征在于,所述WIA-PA无线终端包括WIA-PA压力表、WIA-PA温度表、WIA-PA温度压力一体表、WIA-PA示功仪、WIA-PA RTU、WIA-PA IO中的一种。
本发明具有以下有益效果及优点:
1.本发明在同步上灵活多变,可根据应用数据的速率来决定同步精度大小,网络中每个终端可根据自身需要来决定同步精度。
2.本发明可以显著提升网络中带宽的使用率。
3.本发明可以显著提升网络中同步精度。
附图说明
图1为WIA-PA基础网络系统;
图2为数据同步流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明涉及一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,主要涉及WIA-PA无线网络的终端节点和WIA-PA网关同步的方法,网络拓扑为星形网络拓扑结构,同步方式涉及同步广播同步和应用数据的同步,终端节点入网后,首次同步根据同步广播同步,在终端节点的生命周期内,会根据终端节点与网关交互频率决定节点的同步频率,节点每次上传数据时,都与网关交互后上传数据,同步在交互周期内,网关发送的下行应答数据中携带网关端的时间戳,通过射频的SFD状态中断打印,保证每次时间戳均是最新的时间,节点接收到网关的应答报文,解析数据时间戳,通过Flood Fill算法进行时间同步,同步频率取决于数据的频率,并且每次数据上传前节点均与网关交互,提高网络的同步精度。
一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,WIA-PA网络包括:
WIA-PA网关:负责组建和维护WIA-PA网络,是整个无线网络中的核心设备,负责管理WIA-PA网络,可以将无线数据收集并记录与有线传输网络连接;
WIA-PA无线终端设备:仪表类型包括WIA-PA压力表、WIA-PA温度表、WIA-PA温度压力一体表、WIA-PA示功仪、WIA-PA RTU、WIA-PA IO等终端设备,属于无线终端传感采集设备,通过WIA-PA无线网络将数据传输至网关,其后简称终端设备(终端);
WIA-PA无线终端设备包括:
WIA-PA模块:加入WIA-PA网络,收发应用数据和网络数据;
由WIA-PA网关自行判断设备加入的合法性,即:WIA-PA网关根据加入报文中的仪表类型参数,MAC地址判断终端设备的合法性。
WIA-PA网关管理网络资源,提供时间同步时钟源。
WIA-PA网关提供同步广播,广播中携带时间戳,同时时间戳也存在于下行数据中,即:网关发送的所有下行数据中均携带时间戳。
WIA-PA终端设备,在同步时隙中接收到同步广播或者接收到下行数据时,根据数据中的时间戳进行同步计算。
WIA-PA网关,下发数据时打印的时间戳均为时间戳当前位置的最新时间,采用射频SFD中断特性实现,即:网关根据射频SFD中断打印时间戳。
WIA-PA网关,发送的数据报文中,下发的每个资源均表示一个时隙的属性,即:0/1,每个字节按照高位顺次排序,即可表示600个时隙属性,即:应答报文中携带分配的时隙资源。
网关将分配给终端设备的资源通过加入请求应答下发,节点根据时隙属性和时隙资源bit位更新自己的时隙表,即:节点根据数据的每个bit位检索自己的时隙属性。
本发明提供一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,包括:WIA-PA网关,WIA-PA终端设备。
其网络系统中,网关是正常运行并且网络信号覆盖终端设备,入网终端设备供电正常且运行正常。
如图2所示,本发明提供一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,如下:
S1、WIA-PA网关根据检索时隙表,查找空闲时隙情况周期下发同步广播。
S2、WIA-PA无线终端在网且稳定运行。
S3、WIA-PA网关自行管理时钟源,时钟源采用32768hz晶振。
S4、WIA-PA网关发送广播时,在广播报文的最后位置打印当前网关端时间。
S5、WIA-PA网关打印时间戳均在射频芯片的SFD中断中实现打印。
S6、WIA-PA无线终端传输数据前均向网关发送问询报文。
S7、WIA-PA无线终端等待问询报文应答后才可发送应用数据(包括采集的传感器数据)。
S8、WIA-PA网关接收到中断发来的问询报文后,立即封装广播报文并将广播报文放在任务缓存中。
S9、WIA-PA网关等待终端空闲时隙,如果到终端时隙任务时,将缓存中广播报文解析后,按照字节顺序发送,并等待SFD中断。
S10、WIA-PA终端接收到网关的应答报文后,立即解析报文并根据报文时间戳和同步算法立即实现同步。
S11、根据S1所述WIA-PA网关,其特征在于,作为网络的管理者,管理着网络中所有资源,即:空闲时隙和分配过的时隙,同步广播在空闲时隙中下发同步广播。
S12、根据S1所述空闲时隙,存在于网关和终端中,网络中未被分配的网络时隙资源。
S13、根据S1所述同步广播,其特征在于,包含时隙号、时隙表、时间戳、北京时间。
S14、根据S3所述时钟源,其特征在于,32768hz晶振计数值,采用4字节记录,到时重装载。
S15、根据S6所述问询报文,其特征在于,针对数据量大的终端,采用问询方式,即:与网关交互后等待应答,终端接收到应答报文后才可传输后续的数据。
S16、根据S10所述同步算法,其特征在于,可将终端时间校准,最终与网关时间一致,其中会带入晶振偏移误差和温度。
本实施例提供一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法(见图1)。包括:服务器端,WIA-PA网关,WIA-PA终端设备(无线温度表、无线压力表、RTU、无线示功仪)。
其WIA-PA终端设备包含:WIA-PA模块:加入WIA-PA网络,收发应用数据和网络数据;
采集模块:采集传感器数据,并传输给WIA-PA模块;
其WIA-PA网关,不定时主动向服务器刷新网络情况。
其网络系统中,服务器与网关是有线连接,网关与终端设备通过WIA-PA协议无线组网,并实现新加入的终端自行加入网络中。

Claims (10)

1.一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,应用于WIA-PA网关,包括以下步骤:
通过检索时隙表,查找空闲时隙,以在空闲时隙周期下发带有当前网关时间的同步广播报文;
接收到WIA-PA无线终端发送的问询报文产生的接收中断以及问询报文后,发送问询报文应答,并封装同步广播报文并将同步广播报文放在缓存中;等待WIA-PA无线终端空闲时隙,当等到空闲时隙时,将缓存中的同步广播报文解析后,按照字节顺序发送,并等待SFD中断打印时间戳。
2.根据权利要求1所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,所述同步广播报文包含时隙号、时隙表、时间戳、北京时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,在广播报文的最后位置打印时间戳,所述时间戳在射频芯片的SFD中断中实现打印。
4.一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,其特征在于,应用于WIA-PA网关,包括:
时隙表模块,用于通过检索时隙表,查找空闲时隙,以在空闲时隙周期下发带有当前网关时间的同步广播报文;
报文发送模块,用于接收到WIA-PA无线终端发送的问询报文产生的接收中断以及问询报文后,发送问询报文应答,并封装同步广播报文并将同步广播报文放在缓存中;等待WIA-PA无线终端空闲时隙,当等到空闲时隙时,将缓存中的同步广播报文解析后,按照字节顺序发送,并等待SFD中断打印时间戳。
5.一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,应用于WIA-PA无线终端,包括以下步骤:
接收WIA-PA网关的同步广播报文后,在空闲时隙中向WIA-PA网关发送问询报文;
接收到WIA-PA网关的问询报文应答后,解析问询报文应答并根据报文时间戳进行时间同步。
6.根据权利要求5所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,根据WIA-PA网关分配的时隙属性和时隙资源bit位更新自己的时隙表,即根据数据的每个bit位检索自己的时隙属性。
7.根据权利要求5所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步方法,其特征在于,发送的应用数据报文中,下发的每个资源均表示一个时隙的属性,即0/1,每个字节按照高位顺次排序,表示N个时隙属性,问询报文应答中携带分配的时隙资源。
8.根据权利要求7所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,其特征在于,WIA-PA无线终端在同步时隙中接收到同步广播报文或者接收到问询报文应答时,根据数据中的时间戳进行同步计算。
9.一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,其特征在于,应用于WIA-PA无线终端,包括:
报文接收模块,用于接收WIA-PA网关的同步广播报文后,在空闲时隙中向WIA-PA网关发送问询报文;
同步模块,用于接收到WIA-PA网关的问询报文应答后,解析问询报文应答并根据报文时间戳进行时间同步。
10.根据权利要求9所述的一种基于WIA-PA无线网络的高频率同步系统,其特征在于,所述WIA-PA无线终端包括WIA-PA压力表、WIA-PA温度表、WIA-PA温度压力一体表、WIA-PA示功仪、WIA-PARTU、WIA-PAIO中的一种。
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