CN116865891A - 工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质 - Google Patents

工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质，方法包括将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；终端设备记录第一本地时间；终端设备向RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录第二本地时间；RTU网关根据延迟请求指令向终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；终端设备记录第三本地时间；根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定主时钟和从时钟之间的时间延迟，实现时间同步。解决了传统的高精度时钟同步依赖于光纤时间同步线和专用授时网络，导致成本高昂的问题。

Description

工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质。
背景技术
工业物联网中的各类设备需要依靠无线链路来实时传递感知、控制和自动化信息等，进而优化各环节的管理，实现高效、便捷、低成本的工业生产，实现智能化工业制造。与其他通信网络不同，工业物联网对网络的确定性和实时性要求高，需要网络中各个节点之间确定性的数据传输来完成实时控制和操作。为了满足工业物联网的通信要求，保证数据传输的确定性，终端设备之间的时钟同步就变得极其重要，准确有效的时钟同步是维护系统进程有序、稳定工作，保持全局相互协调合作的关键，若终端设备间缺乏时钟同步会影响数据传输的确定性，导致整个控制系统的故障。
传统的高精度时钟同步依赖于光纤时间同步线和专用授时网络，导致成本高昂。
发明内容
为了克服传统的高精度时钟同步依赖于光纤时间同步线和专用授时网络，导致成本高昂的问题，本发明提供了工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质。
第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了工业物联网同步授时方法，包括：
将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；
RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；其中，主时钟时间为RTU网关发送扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包时RTU网关本地时间；
终端设备记录接收扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间；
终端设备向RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间；
RTU网关根据延迟请求指令向终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；
终端设备记录接收扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间；
根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
第二方面，本发明提供了工业物联网同步授时系统，包括：
扩展字段模块，用于将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；
第一发送模块，用于RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；
第一本地时间存储模块，用于终端设备记录接收扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间；
第二发送模块，用于终端设备向RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间；
第三发送模块，用于RTU网关根据延迟请求指令向终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；
第三本地时间存储模块，用于终端设备记录接收扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间；
同步模块，用于根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
第三方面，本发明还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如上述的工业物联网同步授时方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行工业物联网同步授时方法的步骤。
本发明的有益效果是：本申请取消了光纤时间同步线和专用授时网络，将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段，并利用RTU网关与终端设备之间的UDP数据包传输各类指令(时间同步指令、延迟请求指令和延迟请求响应指令)和本地时间(主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间)，并通过各类指令和本地时间实现主时钟和从时钟的时间同步，其中UDP数据包通信频率高，保证了数据高精度下发至终端设备，取消了光纤时间同步线和专用授时网络，降低了成本，因此，本申请在降低成本的前提下，还提高了数据的精准传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的工业物联网同步授时方法的流程示意图；
图2为UDP数据包常规结构示意图；
图3为UDP数据包添加扩展字段后的结构示意图；
图4为本发明实施例的工业物联网同步授时系统的结构示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
以下结合附图描述本发明实施例的工业物联网同步授时方法、系统、计算设备及介质。
本发明实施例的工业物联网同步授时方法，该方法应用于终端设备，本申请方案中以终端设备为执行主体，对本申请方案进行说明，终端设备可以授时服务器等，用于执行工业物联网同步授时方法的步骤
如图1所示，本发明提供了工业物联网同步授时方法，包括：
S1、将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段。
UDP数据包是指用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol)。
S2、RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；其中，主时钟时间为RTU网关发送扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包时RTU网关本地时间。
RTU网关是指Remote Terminal Unit通信网关。
由于UDP数据包一次只能单独发送本地时间或单独发送指令，因此，优先发送时间同步指令激活从时钟参与同步流程，当从时钟收到时间同步指令并激活参与时间同步流程后，还需要同步记录主时钟时间，但是该主时钟时间并未保存在终端设备的本地服务器中，因此，需要将主时钟时间再次通过UDP数据包的扩展字段传递至终端设备才能存储至终端设备的本地服务器中。
S3、终端设备记录接收扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间。
S4、终端设备向RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间。
S5、RTU网关根据延迟请求指令向终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包。
S6、终端设备记录接收扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间。
第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间均被存储至终端设备的本地服务器中。
S7、根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
本发明实施例中取消了光纤时间同步线和专用授时网络，将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段，并利用RTU网关与终端设备之间的UDP数据包传输各类指令(时间同步指令、延迟请求指令和延迟请求响应指令)和本地时间(主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间)，并通过各类指令和本地时间实现主时钟和从时钟的时间同步，其中UDP数据包通信频率高，保证了数据高精度下发至终端设备，取消了光纤时间同步线和专用授时网络，降低了成本，因此，本申请在降低成本的前提下，还提高了数据的精准传输。
可选地，预设字节为第九字节。
如图2所示，为UDP数据包的常规结构，包含多个字节，每个字节可存储不同的数据，如图3所示，现将UDP数据包中第9个字节扩展为扩展字段，可用于存储各类指令和本地时间。
可选地，根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步，包括：根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差和路径延迟，时钟偏差为主时钟和从时钟的绝对时间偏差，路径延迟为RTU网关和终端设备之间链路的传输时延；根据时钟偏差和路径延迟RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间均存储在终端设备的本地服务器中，因此，可以直接调用主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间计算时钟偏差和路径延迟，进而通过时钟偏差和路径延迟实现主时钟和从时钟的时间同步。
可选地，根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差，计算公式如下：
Offset＝[(T2-T1)-(T4-T3)]/2；
其中，Offset表示时钟偏差，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
可选地，根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定路径延迟，计算公式如下：
Delay＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2；
其中，Delay表示路径延迟，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
如图4所示，本发明实施例还提供了工业物联网同步授时系统，包括：
扩展字段模块101，用于将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；
第一发送模块102，用于RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；其中，主时钟时间为RTU网关发送扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包时RTU网关本地时间；
第一本地时间存储模块103，用于终端设备记录接收扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间；
第二发送模块104，用于终端设备向RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间；
第三发送模块105，用于RTU网关根据延迟请求指令向终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；
第三本地时间存储模块106，用于终端设备记录接收扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间；
同步模块107，用于根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
可选地，同步模块107具体用于：
根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差和路径延迟，时钟偏差为主时钟和从时钟的绝对时间偏差，路径延迟为RTU网关和终端设备之间链路的传输时延；
根据时钟偏差和路径延迟确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
可选地，同步模块107具体用于：
根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差，计算公式如下：
Offset＝[(T2-T1)-(T4-T3)]/2；
其中，Offset表示时钟偏差，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
可选地，时钟同步模块107具体用于：
根据主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定路径延迟，计算公式如下：
Delay＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2；
其中，Delay表示路径延迟，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
本发明实施例的一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述工业物联网同步授时方法的部分或全部步骤。
其中，计算设备可以选用电脑，相对应地，其程序为电脑软件，且上述关于本发明的一种计算设备中的各参数和步骤，可参考上文中工业物联网同步授时方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。计算机可读存储介质例如可以是但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.工业物联网同步授时方法，其特征在于，包括：
将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；
RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；其中，所述主时钟时间为所述RTU网关发送所述扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包时RTU网关本地时间；
所述终端设备记录接收所述扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间；
所述终端设备向所述RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间；
所述RTU网关根据所述延迟请求指令向所述终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；
所述终端设备记录接收所述扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间；
根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设字节为第九字节。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步，包括：
根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差和路径延迟，所述时钟偏差为主时钟和从时钟的绝对时间偏差，路径延迟为所述RTU网关和所述终端设备之间链路的传输时延；
根据所述时钟偏差和路径延迟确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差，计算公式如下：
Offset＝[(T2-T1)-(T4-T3)]/2；
其中，Offset表示时钟偏差，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定路径延迟，计算公式如下：
Delay＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2；
其中，Delay表示路径延迟，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
6.工业物联网同步授时系统，其特征在于，包括：
扩展字段模块，用于将UDP数据包的预设字节拓展为扩展字段；
第一发送模块，用于RTU网关通过扩展字段中存储有时间同步指令的UDP数据包激活终端设备的从时钟参与时间同步流程后，向终端设备发送扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包；
第一本地时间存储模块，用于所述终端设备记录接收所述扩展字段中存储有主时钟时间的UDP数据包时从时钟的第一本地时间；
第二发送模块，用于所述终端设备向所述RTU网关发送扩展字段中存储有延迟请求指令的UDP数据包，并记录对应的从时钟的第二本地时间；
第三发送模块，用于所述RTU网关根据所述延迟请求指令向所述终端设备发送扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包；
第三本地时间存储模块，用于所述终端设备记录接收所述扩展字段中存储有延迟请求响应指令的UDP数据包时从时钟的第三本地时间；
同步模块，用于根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，同步模块具体用于：
根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差和路径延迟，所述时钟偏差为主时钟和从时钟的绝对时间偏差，路径延迟为所述RTU网关和所述终端设备之间链路的传输时延；
根据所述时钟偏差和路径延迟确定RTU网关的主时钟和终端设备的从时钟之间的时间延迟，实现主时钟和从时钟的时间同步。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述同步模块具体用于：
根据所述主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间确定时钟偏差，计算公式如下：
Offset＝[(T2-T1)-(T4-T3)]/2；
其中，Offset表示时钟偏差，T1、T2、T3、T4分别表示主时钟时间、第一本地时间、第二本地时间和第三本地时间。
9.一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的工业物联网同步授时方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1至7任一项所述的工业物联网同步授时方法的步骤。
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