CN115865256A - 基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法和系统 - Google Patents

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CN115865256A CN202211556728.3A CN202211556728A CN115865256A CN 115865256 A CN115865256 A CN 115865256A CN 202211556728 A CN202211556728 A CN 202211556728A CN 115865256 A CN115865256 A CN 115865256A
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邓舒予
黎小军
沈文琪
涂娅欣
袁世炯
张福州
李显忠
张嘉岷
张君胜
刘丽娜
刘晨
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Abstract

本发明公开了基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法和系统，本发明属于电力载波通讯技术领域。本发明通过在物理层，对收、发书包进行时间戳处理，在载波通讯应用层进行时间误差测量协议包的调度和响应以及时间误差的计算，由于在通讯应用层进行同步时间信息处理，避免了因进程管理、时隙管理、网络管理等引起的时间误差，从而提高了时间戳处理的精准度，提高了测量结果的精度和可靠性。

Description

基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法和系统
技术领域
本发明属于电力载波通讯技术领域，具体涉及一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法和系统。
背景技术
当前，对于电力线载波HPLC通讯的节点间时间误差，一般采用Network TimeProtocol(NTP)或Precision Time Protocol(PTP)方式，其中NTP方式从应用层来实现，PTP方式从链路层来实现。
其中，NTP方式主要处理同步时间信息的区域在应用层，在从物理层传输到应用层的过程或者从应用层传输到物理层的时候，同步信息可能会受到进程的堵塞，导致延迟，并且在发送报文时，报文记录所发送时间并不是准确时间，因此NTP方式实现的时间同步性能在毫秒量级；PTP方式主要处理时间同步信息的区域在链路层，在从物理层传输到链路层的过程或者从链路层传输到物理层的时候，同步信息可能会受到网络时隙管理、路由管理的限制导致延迟，报文记录所发送时间与准确发送时间之间存在误差，因此PTP方式实现的时间同步性能在百微秒量级。
发明内容
为了解决现有节点间时间误差测量技术由于应用系统延时或链路调度延时，导致测量精度较低的问题，本发明提供了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法。本发明采用载波通讯物理层来进行同步时间信息处理，提升电力载波节点间时间误差测量精度。
本发明通过下述技术方案实现：
基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，
该方法基于发送节点实施，包括：
通过物理层在应用层下发的时间误差测量请求数据包中加入所述请求数据包的发送时刻后将其通过电力线发送给目标节点使得目标节点的物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后上传给目标节点的应用层进行响应并返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻并由目标节点的物理层记录所述响应数据包的发送时刻后通过电力线进行发送；
接收目标节点发送的所述响应数据包并在物理层中将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包中后将其上传至应用层进行时间误差测量结果计算。
本发明提出的测量方法通过在物理层完成同步时间信息处理，避免了因进程管理、时隙管理、网络管理等引起的时间误差，从而提高了时间戳处理的精准度，提高了测量结果的精度和可靠性。
作为优选实施方式，本发明的时间误差测量结果计算过程包括：
根据所述响应数据包中的所述发送数据包的发送时刻和接收时刻，以及所述响应数据包的发送时刻和接收时刻，计算得到节点间网络传输时间延迟和节点间时间误差。
作为优选实施方式，本发明的节点间网络传输时间延迟计算方式如下：
Delay＝(T4-T1)-(T3-T2)
式中，Delay表示节点间网络传输时间延迟，T1表示请求数据包的发送时刻，T2表示请求数据包的接收时刻，T3表示响应数据包的发送时刻，T4表示响应数据包的接收时刻。
作为优选实施方式，本发明的节点间时间误差计算方式如下：
Offset＝((T2-T1)+(T3-T4))/2
式中，Offset表示节点间时间误差，T1表示请求数据包的发送时刻，T2表示请求数据包的接收时刻，T3表示响应数据包的发送时刻，T4表示响应数据包的接收时刻。
另一方面，本发明提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，该方法基于接收节点实施，包括：
接收发送节点发送的请求数据包，所述请求数据包包括在发送节点的物理层放入的所述请求数据包的发送时刻；
在物理层中将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后将其上传给应用层；
在应用层记录所述请求数据包的发送时刻和接收时刻，并响应所述请求数据包命令，返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻；
在物理层中将所述响应数据包的发送时刻放入所述响应数据包后将其通过电力线发送给接收节点使得接收节点的物理层将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包后上传给接收节点的应用层进行时间误差测量结果计算。
第三方面，本发明提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，该测量装置包括发送节点；所述发送节点采用宽带电力载波通讯模块，所述宽带电力载波通讯模块包括应用层、链路层和物理层；
所述物理层在所述应用层下发的时间误差测量请求数据包中加入所述请求数据包的发送时刻后将其通过电力线发送给目标节点使得目标节点的物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后上传给目标节点的应用层进行响应并返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻并由目标节点的物理层记录所述响应数据包的发送时刻后通过电力线进行发送；
所述物理层接收目标节点发送的所述响应数据包并在物理层中将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包中后将其上传至应用层进行时间误差测量结果计算。
作为优选实施方式，发送节点的应用层设置有节点时间误差测量管理和计算单元，所述物理层设置有时间误差测量包时间戳处理单元；
所述节点时间误差测量管理和计算单元用于本节点时间误差测量的管理和时间误差测量结果的计算；
所述时间误差测量包时间戳处理单元用于对本节点应用层下发的时间误差测量数据包进行发送时刻的准确时间戳处理或时间误差测量数据包接收时刻的准确时间戳处理。
作为优选实施方式，本发明的发送节点为中央协调器或代理协调器。
第四方面，本发明提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，该测量装置包括接收节点，所述接收节点包括宽带电力载波通讯模块，所述宽带电力载波通讯模块包括应用层、链路层和物理层；
所述物理层接收发送节点发送的请求数据包，所述请求数据包包括在发送节点的物理层放入的所述请求数据包的发送时刻；
所述物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后将其上传给应用层；
所述应用层记录所述请求数据包的发送时刻和接收时刻，并响应所述请求数据包命令，返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻；
所述物理层将所述响应数据包的发送时刻放入所述响应数据包后将其通过电力线发送给接收节点使得接收节点的物理层将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包后上传给接收节点的应用层进行时间误差测量结果计算。
作为优选实施方式，接收节点的应用层设置有节点时间误差测量管理和计算单元，所述物理层设置有时间误差测量包时间戳处理单元；
所述节点时间误差测量管理和计算单元用于本节点时间误差测量的管理和时间误差测量结果的计算；
所述时间误差测量包时间戳处理单元用于对本节点应用层下发的时间误差测量数据包进行发送时刻的准确时间戳处理或时间误差测量数据包接收时刻的准确时间戳处理。
作为优选实施方式，本发明的接收节点为代理协调器或站点。
第五方面，本发明提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量系统，该系统包括本发明上述测量装置的发送节点和目标节点；
所述发送节点和目标节点之间采用宽带电力载波通讯。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明通过在载波通讯物理层对收、发数据包进行时间戳处理，在载波通讯应用层进行时间误差测量协议包的调度和响应，并在载波通讯应用层进行时间误差的计算。由于时间信息处理位于物理层，排除了进程管理、时隙管理、网络管理等引起的时间误差，节点间时间误差的测量精度能够达到微秒量级，相较于现有基于NTP或PTP技术实现的时间误差测量技术，测量精度提升了100倍。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例的基于宽带电力载波的节点间通讯过程图。
图2为本发明实施例的节点间网络传输时序关系图。
图3为本发明实施例的基于宽带电力载波的节点间通讯架构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
为了解决现有电力线载波中当前评估节点间时间误差测量精度只有百微秒，即测量精度降低的问题，本实施例提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，本实施例提出的方法采用电力线载波的通讯节点物理层来进行同步时间信息处理，从而避免了因进程管理、时隙管理、网络管理等引起的时间误差，提高了节点间时间误差的测量精度。
当前电力线载波HPLC模块的通讯软件包括三层：应用层、链路层和物理层。本实施例提出的通讯节点间时间误差测量方法宽带电力线载波模块实现，该电力线载波模块包括设置在应用层的节点时间误差测量管理和计算单元和设置在物理层的时间误差测量包时间戳处理单元，节点时间误差测量管理和计算单元用于本节点时间误差测量的管理和时间误差测量结果的计算，时间误差测量包时间戳处理单元用于对本节点应用层下发的时间误差测量数据包进行发送时刻的准确时间戳处理或时间误差测量数据包接收时刻的准确时间戳处理。
具体如图1所示，本实施例提出的测量方法包括如下步骤：
步骤1，发送节点在应用层通过节点时间误差测量管理和计算单元给目标节点发送时间误差测量请求数据包TErr_Mp；其中，发送节点为中央协调器或代理协调器，目标节点为代理协调器或站点。
步骤2，该请求数据包TErr_Mp在发送节点的物理层中，由时间误差测量包时间戳处理单元将发送时刻T1放入到该请求数据包TErr_Mp中，物理层随后将数据包TErr_Mp通过电力线进行发送。
步骤3，该请求数据包TErr_Mp被目标节点接收，并在物理层中由时间误差测量包时间戳处理单元记录该请求数据包TErr_Mp的接收时刻T2。
步骤4，该请求数据包TErr_Mp被目标节点应用层节点时间误差测量管理和计算单元处理，存储该请求数据包TErr_Mp的发送时刻T1和接收时刻T2。
步骤5，目标节点应用层时间误差测量管理和计算单元响应该请求数据包TErr_Mp命令，返回时间误差测量响应数据包TErr_Mp_Req，该响应数据包TErr_Mp_Req中包含请求数据包TErr_Mp的发送时刻T1和接收时刻T2信息。
步骤6，该响应数据包TErr_Mp_Req在目标节点的物理层中，由时间误差测量包时间戳处理单元将发送时刻T3放入到该响应数据包TErr_Mp_Req中，物理层随后将该响应数据包TErr_Mp_Req通过电力线进行发送。
步骤7，该响应数据包TErr_Mp_Req被发送节点接收，并在物理层中由时间误差测量包时间戳处理单元记录该响应数据包TErr_Mp_Req的接收时刻T4。
步骤8，该响应数据包TErr_Mp_Req被发送节点应用层接收，并在应用层中由时间误差测量管理和计算单元利用该响应数据包TErr_Mp_Req中的时间T1、T2、T3和T4，计算得到节点间网络传输时间延迟和节点间时间误差。
其计算原理如图2所示：
节点间网络传输时间延迟Delay＝(T4-T1)-(T3-T2)。
节点间时间误差Offset＝((T2-T1)+(T3-T4))/2。
本实施例提出的测量方法从物理层进行同步时间信息处理，完成节点间时间误差的测量，相较于现有的NTP或PTP技术，避免了因进程管理、时隙管理、网络管理等引起的时间误差，从而提高了节点间时间误差的测量精度，其测量精度能够达到微秒量级。
实施例2
本实施例提出了一种基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量系统。具体如图3所示，该系统包括发送节点和接收节点，其中，发送节点为中央协调器或代理协调器，接收节点为代理协调器或站点。发送节点和接收节点之间通过宽带电力载波HPLC通讯。
其中，发送节点和接收节点的宽带电力载波通讯模块均包括应用层、链路层和物理层，其中，通讯应用层设置有节点时间误差测量管理和计算单元，通讯物理层设置有时间误差测量包时间戳处理单元。
发送节点在应用层通过节点时间误差测量管理和计算单元给目标节点发送时间误差测量请求数据包TErr_Mp。
发送节点在物理层通过时间误差测量包时间戳处理单元将发送时刻T1放入到该请求数据包TErr_Mp中后将数据包TErr_Mp通过电力线进行发送。
目标节点接收该请求数据包TErr_Mp并在物理层通过时间误差测量包时间戳处理单元记录该请求数据包TErr_Mp的接收时刻T2。
目标节点在应用层通过节点时间误差测量管理和计算单元处理该请求数据包TErr_Mp，并存储该请求数据包TErr_Mp的发送时刻T1和接收时刻T2。
目标节点在应用层通过时间误差测量管理和计算单元响应该请求数据包TErr_Mp命令，返回时间误差测量响应数据包TErr_Mp_Req，该响应数据包TErr_Mp_Req中包含请求数据包TErr_Mp的发送时刻T1和接收时刻T2信息。
目标节点在物理层通过时间误差测量包时间戳处理单元将发送时刻T3放入到该响应数据包TErr_Mp_Req中后将该响应数据包TErr_Mp_Req通过电力线进行发送。
发送节点接收该响应数据包TErr_Mp_Req，并在物理层中通过时间误差测量包时间戳处理单元记录该响应数据包TErr_Mp_Req的接收时刻T4。
发送节点在应用层通过时间误差测量管理和计算单元接收该响应数据包TErr_Mp_Req，并利用该响应数据包TErr_Mp_Req中的时间T1、T2、T3和T4，计算得到节点间网络传输时间延迟和节点间时间误差。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，本发明所揭露的技术方案，可通过其它的方式实现。例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，模块之间的通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
其中，集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (12)

1.基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，其特征在于，该方法基于发送节点实施，包括：
通过物理层在应用层下发的时间误差测量请求数据包中加入所述请求数据包的发送时刻后将其通过电力线发送给目标节点使得目标节点的物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后上传给目标节点的应用层进行响应并返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻并由目标节点的物理层记录所述响应数据包的发送时刻后通过电力线进行发送；
接收目标节点发送的所述响应数据包并在物理层中将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包中后将其上传至应用层进行时间误差测量结果计算。
2.根据权利要求1所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，其特征在于，所述时间误差测量结果计算过程包括：
根据所述响应数据包中的所述发送数据包的发送时刻和接收时刻，以及所述响应数据包的发送时刻和接收时刻，计算得到节点间网络传输时间延迟和节点间时间误差。
3.根据权利要求2所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，其特征在于，节点间网络传输时间延迟计算方式如下：
Delay＝(T4-T1)-(T3-T2)
式中，Delay表示节点间网络传输时间延迟，T1表示请求数据包的发送时刻，T2表示请求数据包的接收时刻，T3表示响应数据包的发送时刻，T4表示响应数据包的接收时刻。
4.根据权利要求2所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，其特征在于，节点间时间误差计算方式如下：
Offset＝((T2-T1)+(T3-T4))/2
式中，Offset表示节点间时间误差，T1表示请求数据包的发送时刻，T2表示请求数据包的接收时刻，T3表示响应数据包的发送时刻，T4表示响应数据包的接收时刻。
5.基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量方法，其特征在于，该方法基于接收节点实施，包括：
接收发送节点发送的请求数据包，所述请求数据包包括在发送节点的物理层放入的所述请求数据包的发送时刻；
在物理层中将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后将其上传给应用层；
在应用层记录所述请求数据包的发送时刻和接收时刻，并响应所述请求数据包命令，返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻；
在物理层中将所述响应数据包的发送时刻放入所述响应数据包后将其通过电力线发送给接收节点使得接收节点的物理层将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包后上传给接收节点的应用层进行时间误差测量结果计算。
6.基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，该测量装置包括发送节点；所述发送节点采用宽带电力载波通讯模块，所述宽带电力载波通讯模块包括应用层、链路层和物理层；
所述物理层在所述应用层下发的时间误差测量请求数据包中加入所述请求数据包的发送时刻后将其通过电力线发送给目标节点使得目标节点的物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后上传给目标节点的应用层进行响应并返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻并由目标节点的物理层记录所述响应数据包的发送时刻后通过电力线进行发送；
所述物理层接收目标节点发送的所述响应数据包并在物理层中将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包中后将其上传至应用层进行时间误差测量结果计算。
7.根据权利要求6所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，所述应用层设置有节点时间误差测量管理和计算单元，所述物理层设置有时间误差测量包时间戳处理单元；
所述节点时间误差测量管理和计算单元用于本节点时间误差测量的管理和时间误差测量结果的计算；
所述时间误差测量包时间戳处理单元用于对本节点应用层下发的时间误差测量数据包进行发送时刻的准确时间戳处理或时间误差测量数据包接收时刻的准确时间戳处理。
8.根据权利要求6所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，所述发送节点为中央协调器或代理协调器。
9.基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，该测量装置包括接收节点，所述接收节点包括宽带电力载波通讯模块，所述宽带电力载波通讯模块包括应用层、链路层和物理层；
所述物理层接收发送节点发送的请求数据包，所述请求数据包包括在发送节点的物理层放入的所述请求数据包的发送时刻；
所述物理层将所述请求数据包的接收时刻放入所述请求数据包后将其上传给应用层；
所述应用层记录所述请求数据包的发送时刻和接收时刻，并响应所述请求数据包命令，返回时间误差测量响应数据包，所述响应数据包包括所述请求数据包的发送时刻和接收时刻；
所述物理层将所述响应数据包的发送时刻放入所述响应数据包后将其通过电力线发送给接收节点使得接收节点的物理层将所述响应数据包的接收时刻放入所述响应数据包后上传给接收节点的应用层进行时间误差测量结果计算。
10.根据权利要求9所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，所述应用层设置有节点时间误差测量管理和计算单元，所述物理层设置有时间误差测量包时间戳处理单元；
所述节点时间误差测量管理和计算单元用于本节点时间误差测量的管理和时间误差测量结果的计算；
所述时间误差测量包时间戳处理单元用于对本节点应用层下发的时间误差测量数据包进行发送时刻的准确时间戳处理或时间误差测量数据包接收时刻的准确时间戳处理。
11.根据权利要求9所述的基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量装置，其特征在于，所述接收节点为代理协调器或站点。
12.基于宽带电力载波的通讯节点间时间误差测量系统，其特征在于，该系统包括权利要求6-8所述的测量装置的发送节点和权利要求9-11所述的测量装置的目标节点；所述发送节点和目标节点之间采用宽带电力载波通讯。
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Application publication date: 20230328

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