CN115529101A - 一种基于sfd中断的全网时间同步方法 - Google Patents

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CN115529101A CN202211215396.2A CN202211215396A CN115529101A CN 115529101 A CN115529101 A CN 115529101A CN 202211215396 A CN202211215396 A CN 202211215396A CN 115529101 A CN115529101 A CN 115529101A
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Abstract

本申请公开了一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，该方法包括：网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；网络节点基于由开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及时间头信息元素来执行时间同步。

Description

一种基于SFD中断的全网时间同步方法
技术领域
本公开的实施例总体上涉及无线通信领域，并且更具体地涉及一种基于SFD中断的全网时间同步方法。
背景技术
智能设备中通常使用晶振作为硬件时钟源，例如石英晶体振荡器。但是晶振随着温度、电压、湿度等会产生漂移，使得晶振频率出现偏移误差，从而导致系统时间也会出现累积的偏移误差。为了实现不同的智能设备之间的时间同步，通常采用时间同步协议。其中，最为通用的时间同步协议之一是Network Time Protocol(NTP)网络时间同步协议，其也是目前广泛使用的一种时间同步协议。NTP协议通过周期性的时间同步，来确保系统时间误差保持在一定的范围内，具体的在局域网上的时间同步精度在毫秒级别，在广域网上的时间同步精度在几十毫秒。其他的时间同步协议还有PTP/OCP TAP，基于硬件的以太网高精度时间协议，可以保证同步精度在纳秒级别，主要应用在高精度时间同步网络系统中，例如车载以太网、电信网络、5G通信网络等。
然而，对于一系列基于IEEE 802.15.4为底层协议的标准无线通信网络，例如Thread协议、ZigBee协议、UWB(Ultra Wide Band)超宽带协议等，其通常应用于低功耗、低成本的智能设备。对于这类智能设备，基于NTP的时间同步方案并不适用，主要有以下几个原因：
第一方面，NTP协议需要一个通过IP可访问的NTP服务器(NTP server)来完成时间同步，而基于802.15.4底层协议的智能设备(例如ZigBee设备、Thread设备等)并不支持IP协议栈。
第二方面，NTP时间同步协议需要周期性地发送、接收同步数据帧。为了获得较高精度的时间同步效果，智能设备之间需要频繁的进行数据交互，增加了设备的功耗。
第三方面，基于IEEE 802.15.4底层协议的智能设备通常都成本敏感，使用的低成本晶振产生的偏移也会比较大，因而需要更加频繁的时间同步。
因此，亟需一种IEEE 802.15.4协议的智能设备的全网时间同步方法，以兼顾低功耗设计，同时获得微秒级别的全网时间同步。
发明内容
因此，期望提供一种适用于IEEE 802.15.4协议的智能设备的全网时间同步方法，能够利用IEEE 802.15.4中的硬件SFD(start-of-frame delimiter)中断机制，实现精确的时间同步。该方法可应用于Thread、Zigbee等智能硬件产品中，使能更多时间敏感的智能应用场景。本申请公开的方法，可以获得微秒级别的全网时间同步，同时兼顾智能设备的低功耗设计。
在第一方面，公开了一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，该方法包括：网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；网络节点基于由开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及时间头信息元素来执行时间同步。
优选地，该方法还包括：多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间；多个网络节点中的第二网络节点接收并解析数据帧，并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
进一步优选地，第二网络节点在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
进一步优选地，多个网络节点中的第一网络节点在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间。
优选地，数据帧还包括前导码序列(Preamble)、物理帧头域(PHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。
进一步优选地，多个网络节点中的第一网络节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送数据帧。
进一步优选地，数据帧中的当前网络时间(Time)为64位。
进一步优选地，数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
进一步优选地，数据帧是自定义的专用数据帧。
进一步优选地，无线网状网络为Thread协议网络，第一网络节点为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
进一步优选地，无线网状网络为ZigBee协议网络，第一网络节点为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
进一步优选地，第一网络节点周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
在第二方面，公开了一种无线装置，无线装置被配置成基于IEEE 802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，无线装置包括处理电路，处理电路被配置成：发送数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为无线装置的本地时间或网络时间。
优选地，无线装置通过单播或者广播的方式向无线网状网络中的其他无线装置发送数据帧。
优选地，数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
优选地，数据帧是自定义的专用数据帧。
优选地，无线网状网络为Thread协议网络，无线装置为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
优选地，无线网状网络为ZigBee协议网络，无线装置为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
进一步优选地，无线装置周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
在第三方面，公开了一种无线装置，无线装置被配置成基于IEEE802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，无线装置包括处理电路，处理电路被配置成：从无线网状网络中接收数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则无线装置根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
优选地，无线装置在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
在第四方面，公开了一种无线网状网络，其包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，其中：多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time HeaderInformation Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；多个网络节点中的第一网络节点在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为无线装置的本地时间或网络时间；多个网络节点中的至少一个第二网络节点从无线网状网络中接收数据帧；并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则至少一个第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
优选地，至少一个第二网络节点在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
在第五方面，公开了一种无线网状网络中的网络节点，其包括微控制器和操作性耦合到微控制器的收发器，网络节点用于执行根据如上所述任一项的方法。
在第六方面，公开了一种计算机可读存储介质，包括计算机指令，当计算机指令在电子设备上运行时，如上所述任一项的方法。
要注意到，在任何适当的情况下，本文公开的实施例中的任何实施例的任何特征可以应用于任何其他实施例。同样地，实施例中的任何实施例的任何优点可以应用于其他实施例，并且反之亦然。从以下描述中，所附实施例的其他目的、特征和优点将是明晰的。
一些实施例的目的在于解决或减轻、缓解或消除以上或其他缺点中的至少一些。
附图说明
图1示出了根据本申请的一种实施例的数据帧的格式的示意图。
图2示出了根据本申请实施例的时间头信息元素(Time Header InformationElement)的格式。
图3示出了根据本申请实施例的时间同步方法的步骤的示意图。
图4示出了Thread无线网状网络的示意图。
图5示出了在Thread无线网状网络中进行时间同步的过程示意图。
具体实施方式
现在将参照若干示例实施例讨论本公开。应当理解，仅出于使本领域技术人员能够更好地理解本公开并因此实现本公开的目的而讨论这些实施例，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。
应该理解的是，尽管术语“第一”和“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用来将元件彼此区分。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。
本文使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，而并非意在限制示例实施例。如在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”、“含有”和/或“并入”表示存在所陈述的特征、元件和/或组件等，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、组件和/或其组合。
在下面的描述和权利要求中，除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。下面将参考附图描述本公开的一些示例性实施例。
实施例一
在本申请的第一方面，提供了一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，该方法包括：网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；网络节点基于由开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及时间头信息元素来执行时间同步。优选地，数据帧还包括前导码序列(Preamble)、物理帧头域(PHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。
具体的，如图1所示，示出了根据本申请的一种实施例的数据帧的格式的示意图。
具体的，图1示出了基于IEEE 802.15.4的数据帧的帧格式，数据帧包括前导码序列(Preamble)、开始帧起初分隔符(SFD)、物理帧头域(PHR)、MAC帧头域(MHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。其中，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header InformationElement)。
作为示例而非限制，其中，前导码序列(Preamble)用于同步。开始帧起初分隔符(SFD)为标志位，其大小为一个字节。物理帧头域(PHR)可以包括数据包长度信息。MAC帧头域(MHR)标志MAC层数据帧的开始。
IEEE 802.15.4协议中设置有SFD机制。具体地，数据帧通过射频(RF)发送上述帧格式的数据帧，其中开始帧起初分隔符(SFD)标识前导同步域(Preamble)结束，并且数据帧中的物理帧头域(PHR)即将开始。基于IEEE 802.15.4的硬件设备在发送或接收SFD之后，会分别触发SFD中断，其中发送方在发送完SFD后会产生SFD中断(send_sfd_done)，接收方在接收完SFD后会产生SFD中断(recv_sfd_done)。
作为示例而非限制，本申请在MAC帧头域中包含时间头信息元素，并利用由开始帧起初分隔符触发的SFD中断，更新数据帧中的MAC帧头域中的时间同步序列号以及当前网络时间，进一步基于时间头信息元素，实现全网的时间同步。
图2示出了根据本申请实施例的时间头信息元素(Time Header InformationElement)的格式。时间头信息元素(Time Header Information Element)包括IE头(IEheader)、Vendor OUI(厂商识别码)、Sub Type(自定义元素的类型)、以及TimeSyncSeq(时间同步序列号)和Time(当前网络时间)。进一步优选地，数据帧中的当前网络时间(Time)为64位。
图3示出了基于上述数据帧格式，特别是时间头信息元素的格式，本申请提出的时间同步方法的步骤，其可以应用于网络中的多个网络节点。具体的实施步骤包括：(1)多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间；(2)多个网络节点中的第二网络节点接收并解析数据帧，并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及(3)当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
其中，作为示例而非限制，步骤(1)中多个网络节点中的第一网络节点在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断(send_sfd_done)，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间。
其中，作为示例而非限制，步骤(2)中第二网络节点在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断(recv_sfd_done)并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
作为示例而非限制，多个网络节点中的第一网络节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送数据帧。
作为示例而非限制，上述格式的数据帧可以是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。此外，数据帧还可以是自定义的专用数据帧。
作为示例而非限制，无线网状网络为Thread协议网络，第一网络节点为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。例如，Thread协议网络中的主导(Leader)节点周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
作为示例而非限制，无线网状网络为ZigBee协议网络，第一网络节点为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。例如，ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
示例1–相邻节点之间的时间同步
根据本申请的一个示例，无线网状网络中存在有至少两个网络节点。其中第一网络节点和第二网络节点为相邻的节点。
由第一网络节点作为发送方向周围的相邻节点发起时间同步，具体的过程如下：
第一网络节点发送数据帧，该数据帧的帧格式如图1所示。其中，当发送完开始帧起初分隔符(SFD)之后，触发SFD中断(send_sfd_done)；
在该SFD中断服务程序中，第一网络节点将数据帧的时间头信息元素中的当前网络时间(Time)域设置为第一网络节点的本地时间或网络时间。作为示例而非限制，在触发SFD中断后，第一网络节点的硬件仍然在并行地进行发包，但根据计算，由CPU驱动执行的软件在硬件发送数据帧的MAC帧头域(MHR)之前就会更新完上述数据帧的时间头信息元素中的当前网络时间(Time)域。
由第二网络节点作为接收方从第一网络节点接收用于时间同步的数据帧，具体的过程如下：
第二网络节点从第一网络节点接收数据帧，在接收的过程中，当接收到该数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)之后，触发SFD中断(recv_sfd_done)，并且第二网络节点记录当前的时间戳为T1；
第二网络节点继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，同时，记录解析完成时的时间戳为T2；
第二网络节点解析获得数据帧中MAC帧头域中的时间同步序列号，并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；
如果判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号，则第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间第二网络节点更新本地时间为T0+|T2-T1|。
作为示例而非限制，第二网络节点在接收到完整的数据帧后，如果存在其他优先级高的任务，则可能不会在接收完成后立即解析，而是等待其他任务执行完成后再对数据帧进行解析。
示例2–全网时间同步
如图4所示，示出了Thread无线网状网络的示意图。该Thread无线网状网络包括Leader节点、Router节点和Child节点。其中，Leader节点具有同时支持多种协议的功能，例如同时支持IEEE 802.15.4和IEEE 802.11等。
示例性地，Leader节点通过NTP over Wi-Fi协议或者其他方式与外部网络进行连接，以获得网络时间用于全网节点的时间同步。替代地，Leader节点采用自身的时间源用于全网节点的时间同步。
Leader节点可以周期性地发送用于时间同步的数据帧，其中数据帧中的时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增，并且Leader节点将数据帧的时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为本地时间或网络时间。
作为示例而非限制，Leader节点发送用于时间同步的数据帧，可以是Thread协议中的信标帧(Beacon帧)。Leader节点发送用于时间同步的数据帧还可以是Thread协议中的数据帧、响应帧或者命令帧，或者是自定义的专用数据帧。特别地，作为示例，可以使用Thread协议中现有的数据帧，例如Advertisement数据帧。Leader节点以30秒为周期发起一次时间同步。网络中的节点采用的晶振频率稳定性为50ppm，根据本申请的时间同步方法，可以实现全网所有节点的时间同步，各节点之间的时间差小于2ms。
作为示例而非限制，Leader节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送用于时间同步的数据帧。如果通过广播的方式发送，则网络中所有收到该数据帧的节点均会执行时间同步以更新本地时间。
如图5所示，示出了在Thread无线网状网络中进行时间同步的过程示意图。在该示例中，图5(a)示出了网络中各节点初始的本地时间。其中，Global表示用于进行全网时间同步的时间源。在图5(b)中，Leader节点首先获取Global的时间并将其更新为本地时间。随后，Leader节点通过广播的方式发送用于时间同步的数据帧，并且将该数据帧的时间头信息元素中的时间同步序列号(TimeSyncSeq)设置为最新的时间同步序列号，将数据帧的时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为Leader节点的本地时间。在图4中与Leader节点相邻的节点，包括Router1节点、Router2节点以及Child1节点均接收到由Leader节点发送的用于时间同步的数据帧。这三个节点分别执行按照本申请的时间同步方法，将本地时间更新为与Global时间源以及Leader节点同步的时间，如图5(c)所示。其中，Global时间源可以是网络时间。作为示例而非限制，已经实现同步的节点，即Router1节点、Router2节点可以作为发送方，向相邻节点发起时间同步。从而，最终实现全网所有节点的时间同步。
替代地，无线网状网络可以是ZigBee网状网络，其中ZigBee网络中的Coordinator节点负责周期性地发起时间同步。
根据本申请的时间同步方法，可以支持任意基于IEEE 802.15.4协议的节点设备，通过SFD硬件中断机制，实现低功耗、低成本网络中的精确的全网时间同步。此外，本公开的方法利用软件(即中断服务程序)去执行时间同步方案，后期维护、调整、升级更为灵活。特别地，本方法通过为数据帧中的MAC帧头域增加时间头信息元素(Time HeaderInformation Element)，即可实现全网的时间同步，可以应用于信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧等现有的数据帧中，无需产生额外的发包数据。此外，本方法无需提前构造数据帧，通过SFD中断，在发送数据帧的过程中将本地时间放入用于时间同步的数据帧的时间头信息元素中，可以保证应用的灵活性，无需提前构造或者在固定的时间发起时间同步。此外，本申请设计了在MAC帧头域(MHR)中增加时间头信息元素，因此不需要依赖于专用的数据包，或者在数据包中预留一定空间，相反，本申请的方法可以适用于各类现有的数据帧类型中，因此发包效率高，且适用性广泛。
实施例二
根据本公开的第二方面，提供了一种无线装置，该无线装置被配置成基于IEEE802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，无线装置包括处理电路，处理电路被配置成：
发送数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为无线装置的本地时间或网络时间。
优选地，无线装置通过单播或者广播的方式向无线网状网络中的其他无线装置发送数据帧。
优选地，数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
优选地，数据帧是自定义的专用数据帧。
优选地，无线网状网络为Thread协议网络，无线装置为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
优选地，无线网状网络为ZigBee协议网络，无线装置为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
进一步优选地，无线装置周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
实施例三
根据本公开的第三方面，提供了一种无线装置，无线装置被配置成基于IEEE802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，无线装置包括处理电路，处理电路被配置成：
从无线网状网络中接收数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header InformationElement)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则无线装置根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
优选地，无线装置在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
实施例四
根据本公开的第四方面，提供了一种无线网状网络，其包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，其中：
多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time HeaderInformation Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
多个网络节点中的第一网络节点在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为无线装置的本地时间或网络时间；
多个网络节点中的至少一个第二网络节点从无线网状网络中接收数据帧；并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则至少一个第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
优选地，至少一个第二网络节点在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2-T1|。
实施例五
根据本公开的第五方面，提供了一种无线网状网络中的网络节点，其包括微控制器和操作性耦合到微控制器的收发器，网络节点用于执行根据如上所述任一项的方法。
实施例六
根据本公开的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机指令，当计算机指令在电子设备上运行时，如上所述任一项的方法。
根据本公开的内容，通过SFD硬件中断机制，可以实现低功耗、低成本网络中的精确的全网时间同步。特别地，本方法通过为数据帧中的MAC帧头域增加时间头信息元素(Time Header Information Element)，因此不需要依赖于专用的数据包，或者在专用数据包中预留一定空间，可以广泛利用信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧等现有的数据帧中实现时间同步，无需产生额外的发包数据。此外，本方法无需提前构造数据帧，通过SFD中断，在发送数据帧的过程中将本地时间放入用于时间同步的数据帧的时间头信息元素中，可以保证应用的灵活性，无需提前构造或者在固定的时间发起时间同步。
要理解，本公开内的模块的命名以及交互模块的选择仅用于例示目的，并且适合于执行上面描述的方法中的任何方法的节点可以以多种备选方式来配置以便能够执行所建议的过程动作。
还应该注意到，本公开中描述的单元要被视为逻辑实体，并且没有必要被视为分离的物理实体。
上面已经参照几个实施例主要描述了本发明概念的某些方面。然而，如由本领域技术人员容易意识到的，不同于上面公开的实施例的实施例同样是可能的并且在本发明概念的范围内。类似地，虽然已经讨论了许多不同的组合，但是并未公开所有可能的组合。本领域技术人员将会意识到，其他组合存在并且在本发明概念的范围内。此外，如由技术人员所理解的，本文公开的实施例同样也可适用于其他标准和通信系统，并且结合其他特征公开的来自特定附图的任何特征可适用于任何其他附图和/或与不同特征组合。

Claims (25)

1.一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，所述无线网状网络包括基于IEEE802.15.4协议通信的多个网络节点，其特征在于，所述方法包括：
所述网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
所述网络节点基于由所述开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及所述时间头信息元素来执行时间同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述多个网络节点中的第一网络节点发送所述数据帧，所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述第一网络节点的本地时间或网络时间；
所述多个网络节点中的第二网络节点接收并解析所述数据帧，并判断所述数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；
以及
当判定所述数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则所述第二网络节点根据所述数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述第二网络节点在接收到所述数据帧中的所述开始帧起初分隔符(SFD)时，触发所述SFD中断并记录时间戳为T1；
继续接收直至接收到完整的所述数据帧，并解析所述数据帧以获得所述MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；
更新本地时间为T0+|T2-T1|。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述多个网络节点中的第一网络节点在发送所述数据帧的过程中，在发送所述开始帧起初分隔符(SFD)后触发所述SFD中断，以将所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述第一网络节点的本地时间或网络时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述数据帧还包括前导码序列(Preamble)、物理帧头域(PHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述多个网络节点中的第一网络节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送所述数据帧。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述数据帧中的当前网络时间(Time)为64位。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述数据帧是自定义的专用数据帧。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述无线网状网络为Thread协议网络，所述第一网络节点为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述无线网状网络为ZigBee协议网络，所述第一网络节点为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：
所述第一网络节点周期性地发送所述数据帧，其中所述时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
13.一种无线装置，所述无线装置被配置成基于IEEE 802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，所述无线装置包括处理电路，其特征在于，所述处理电路被配置成：
发送数据帧，其中，所述数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
在发送所述数据帧的过程中，在发送所述开始帧起初分隔符(SFD)后触发所述SFD中断，以将所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述无线装置的本地时间或网络时间。
14.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：
所述无线装置通过单播或者广播的方式向无线网状网络中的其他无线装置发送所述数据帧。
15.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：
所述数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
16.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：
所述数据帧是自定义的专用数据帧。
17.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：
所述无线网状网络为Thread协议网络，所述无线装置为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
18.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：
所述无线网状网络为ZigBee协议网络，所述无线装置为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
19.根据权利要求17或18所述的无线装置，其特征在于：
所述无线装置周期性地发送所述数据帧，其中所述时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
20.一种无线装置，所述无线装置被配置成基于IEEE 802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，所述无线装置包括处理电路，其特征在于，所述处理电路被配置成：
从所述无线网状网络中接收数据帧，其中，所述数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header InformationElement)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
判断所述数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；
以及
当判定所述数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则所述无线装置根据所述数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
21.根据权利要求20所述的无线装置，其特征在于，还包括：
所述无线装置在接收到所述数据帧中的所述开始帧起初分隔符(SFD)时，触发所述SFD中断并记录时间戳为T1；
继续接收直至接收到完整的所述数据帧，并解析所述数据帧以获得所述MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；
更新本地时间为T0+|T2-T1|。
22.一种无线网状网络，其包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，其特征在于，其中：
所述多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，其中，所述数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time HeaderInformation Element)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；
所述多个网络节点中的第一网络节点在发送所述数据帧的过程中，在发送所述开始帧起初分隔符(SFD)后触发所述SFD中断，以将所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述无线装置的本地时间或网络时间；
所述多个网络节点中的至少一个第二网络节点从所述无线网状网络中接收所述数据帧；并判断所述数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；
以及
当判定所述数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则所述至少一个第二网络节点根据所述数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
23.根据权利要求22所述的无线网状网络，其特征在于，还包括：
所述至少一个第二网络节点在接收到所述数据帧中的所述开始帧起初分隔符(SFD)时，触发所述SFD中断并记录时间戳为T1；
继续接收直至接收到完整的所述数据帧，并解析所述数据帧以获得所述MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；
更新本地时间为T0+|T2-T1|。
24.一种无线网状网络中的网络节点，其包括微控制器和操作性耦合到所述微控制器的收发器，其特征在于，所述网络节点用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
25.一种计算机可读存储介质，其特征在于，
包括计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行如权利要求1至12中任一项所述的方法。
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