CN117938300A - 一种传感器网络高精度授时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，包括主站和若干从站：主站设定授时模式，根据授时模式配置主站ID，根据主站ID选择修正时间；从站配置与所述主站ID匹配的ID、设定LORA通信频率以及LORA通信带宽；基于NTP授时协议计算主站与从站之间的网络往返总延迟以及系统偏移，根据网络往返总延迟d、系统偏移t以及授时模式所对应的修正时间，运用倒计时器对传感器网络时间进行修正；本发明的有益效果是：设计可随意切换授时模式的主站，兼容GNSS授时以及调频广播授时，可面对场景多；基于NTP授时协议选择修正时间；设计LORA通信频率以及对应的通信带宽，确保主站从站交流及时，防止出现串扰状态。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种传感器网络高精度授时方法。
背景技术
传统的传感器同步方法一般依靠全球定位系统(GPS)或网络接口运行精确时间同步协议(IEEE 1588)，通过此两类授时源的精确授时等方式实现同步。
以上两种方法不适用于遮挡条件场景、无网络场景或者网络信号弱的场景，有一定的地域限制，在以上特殊场景内缺少实现多传感器高精度时间同步的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传感器网络高精度授时方法，其可以通过随意切换授时模式，对不同场景下的传感器网络精确授时。
一种传感器网络高精度授时方法，包括主站和若干从站：
所述主站设定授时模式，根据授时模式配置主站ID，根据主站ID选择修正时间；
所述主站用于获取系统时间以及发起授时协议，将带时间戳的报文数据传递给所述从站，并记录时间t1以及t2，所述t1为所述主站第一次接收到所述从端发送过来的带时间戳的报文数据的时间，所述t2为所述主站第二次发送带时间戳的报文数据至所述从站的时间；
所述从站配置与所述主站ID匹配的ID、设定LORA通信频率以及LORA通信带宽；
所述从站用于发送带时间戳的报文数据至所述主站，以及接收所述主站发送过来的带时间戳的报文数据，记录时间t0以及t3，所述t0为所述从站第一次发送带时间戳的报文数据至所述主站的时间，所述t3为所述从站接收所述主站第二次发送过来的带时间戳的报文数据的时间；
基于NTP授时协议计算所述主站与所述从站之间的网络往返总延迟以及系统偏移，所述网络往返总延迟定义为d，所述系统偏移为t；
根据所述网络往返总延迟d、所述系统偏移t以及所述授时模式所对应的修正时间，运用倒计时器对传感器网络时间进行修正。
进一步地：所述授时模式包括：广播模式、非广播模式；
所述广播模式对应的授时方法为调频广播授时方法；
所述非广播模式对用的授时方法为GNSS授时方法。
进一步地：所述修正时间的时间戳的选择规则具体如下：授时模式为广播模式时，修正所述传感器网络时间的时间选择t2；授时模式为非广播模式时，修正所述传感器网络时间的时间选择t3。
进一步地：所述LORA通信频率以及LORA通信带宽的设定规则如下：
所述LORA通信频率根据所述主站中包含的晶体震荡器的工作频率设定，具体为：所述LORA通信频率不等于所述晶体震荡器的工作频率，且不为所述晶体震荡器的工作频率的整数倍；
所述LORA通信带宽设定为所述LORA通信频率减去所述晶体震荡器的工作频率的两倍。
进一步地：所述网络往返总延迟d的计算方法为：
所述主站计算所述t0到所述t1的网络延迟，该网络延迟定义为d1；
所述从站计算所述t2到所述t3的网络延迟，该网络延迟定义为d2；d=d1+d2。
进一步地：所述系统偏移t的计算方法为：。
进一步地：所述主站采用ZYNQ7030芯片，实现授时模式可随时切换，获取系统时间，生成时间戳发送给所述从站，以及接收所述从站发送回来的时间戳。
进一步地：所述倒计时器的倒计时方法为：计算当前主站获取的系统时间减去不同授时模式下选取的修正时间获得差值，将所述差值作为仍需倒计时的时间。
本发明的有益效果是：设计可随意切换授时模式的主站，兼容GNSS授时以及调频广播授时，可对不同场景下的传感器组网进行授时；基于NTP授时协议，根据不同授时模式下频段的差异，选择不同的时间节点作为修正时间为修正系数，修正结果精确；通过设计LORA通信频率以及对应的通信带宽，确保主站从站交流及时，也防止出现串扰状态。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的步骤流程图；
图2为本发明基于NTP授时协议授时的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的具体实施方式，所述具体实施方式的流程在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同参数。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式为一种传感器网络高精度授时方法；
如图1所示，本发明包括如下步骤：
S1：设定主站的授时模式，配置对应主站ID，发起授时；
S2：从站配置与S1所述主站匹配的ID，且设定LORA通信频率以及LORA通信带宽；
S3：采集基于NTP授时协议的网络往返总延迟d、系统偏移t；
S4：倒计时器根据授时模式选择修正时间，再添加S3所述的网络往返总延迟d、系统偏移t对传感器网络授时。
如图2所示，本发明的授时协议授时示意图：取主站第一次接收到从端发送过来的带时间戳的报文数据的时间t1，主站第二次发送带时间戳的报文数据至从站的时间t2；从站第一次发送带时间戳的报文数据至主站的时间t0，主站第二次发送过来的带时间戳的报文数据的时间t3。
具体地：
主站授时模式分为广播模式与非广播模式，广播模式对应的授时方法为调频广播授时方法，非广播模式对用的授时方法为GNSS授时方法。
从站设定LORA通信频率以及LORA通信带宽的规则为：LORA通信频率根据所述主站中包含的晶体震荡器的工作频率设定，LORA通信频率不等于主站晶体震荡器的工作频率，且不为主站晶体震荡器的工作频率的整数倍；LORA通信带宽设定为所述LORA通信频率减去所述晶体震荡器的工作频率的两倍。
网络往返总延迟d、系统偏移t以及修正时间通过如下步骤获取：
主站发起授时协议，将带时间戳的报文数据传递给所述从站，并记录时间t1以及t2，t1为主站第一次接收到从端发送过来的带时间戳的报文数据的时间，t2为主站第二次发送带时间戳的报文数据至从站的时间；从站用于发送带时间戳的报文数据至主站，以及接收主站发送过来的带时间戳的报文数据，记录时间t0以及t3，t0为从站第一次发送带时间戳的报文数据至主站的时间，t3为主站第二次发送过来的带时间戳的报文数据的时间；通过t0、t1、t2、t3、算出网络往返总延迟d以及系统偏移；
网络往返总延迟d的计算方法为：d=d1+d2；
d1为t0到t1的网络延迟；
d2为t2到t3的网络延迟；
系统偏移t的计算方法为：；
修正时间的选取规则为：广播模式时，修正传感器网络时间的时间选择t2；授时模式为非广播模式时，修正传感器网络时间的时间选择t3。
本发明的设计原理为：设计可随意切换授时模式的主站，兼容GNSS授时以及调频广播授时，定义主站ID；同时从站配置与主站相同的ID，用于相互识别、触发授时并且确保通信不出现偏差。
进一步地，由于传感器网络为一对多模式，所以通信模式选择LORA通信，该通信方式的优点在于：相比于通常的射频技术比如2.4G或915M，拥有更强的越障性以及更远的通信距离；LORA通信方式运用到从站上，在设置LORA通信方式时，需充分考虑主站的晶体震荡器工作频率，从而对从站LORA通信频率以及通信带宽进行调制，防止数据传输过程出现串扰。
进一步地，主站发起授时过程后，传感器网络基于NTP授时协议，获取网络往返总延迟与系统偏移，并且根据不同授时模式下频段的差异，选择不同的时间节点作为修正时间；最终倒计时器将网络往返总延迟、系统偏移以及修正时间结合对传感器网络授时。
以上对本发明的一个实施例进行了非常详细的运用说明，但所述内容仅为本发明的一个具体例子，不能被认为用于限定本发明应用的实施范围。凡依据本发明内容提出的其他方法或改变等，均应归属于本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，包括主站和若干从站：
所述主站设定授时模式，根据授时模式配置主站ID，根据主站ID选择修正时间；
所述主站用于获取系统时间以及发起授时协议，将带时间戳的报文数据传递给所述从站，并记录时间t1以及t2；所述从站用于发送带时间戳的报文数据至所述主站，以及接收所述主站发送过来的带时间戳的报文数据，记录时间t0以及t3；所述从站配置与所述主站ID匹配的ID、设定LORA通信频率以及LORA通信带宽；
所述t1为所述主站第一次接收到所述从端发送过来的带时间戳的报文数据的时间，所述t2为所述主站第二次发送带时间戳的报文数据至所述从站的时间；
所述t0为所述从站第一次发送带时间戳的报文数据至所述主站的时间，所述t3为所述从站接收所述主站第二次发送过来的带时间戳的报文数据的时间；
基于NTP授时协议计算所述主站与所述从站之间的网络往返总延迟以及系统偏移，所述网络往返总延迟定义为d，所述系统偏移为t；
根据所述网络往返总延迟d、所述系统偏移t以及所述授时模式所对应的修正时间，运用倒计时器对传感器网络时间进行修正。
2.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述授时模式包括：广播模式、非广播模式；
所述广播模式对应的授时方法为调频广播授时方法；
所述非广播模式对用的授时方法为GNSS授时方法。
3.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述修正时间的选择规则具体如下：授时模式为广播模式时，修正所述传感器网络时间的时间选择t2；授时模式为非广播模式时，修正所述传感器网络时间的时间选择t3。
4.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述LORA通信频率以及LORA通信带宽的设定规则如下：
所述LORA通信频率根据所述主站中包含的晶体震荡器的工作频率设定，具体为：所述LORA通信频率不等于所述晶体震荡器的工作频率，且不为所述晶体震荡器的工作频率的整数倍；
所述LORA通信带宽设定为所述LORA通信频率减去所述晶体震荡器的工作频率的两倍。
5.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述网络往返总延迟d的计算方法为：
所述主站计算所述t0到所述t1的网络延迟，该网络延迟定义为d1；
所述从站计算所述t2到所述t3的网络延迟，该网络延迟定义为d2；
d=d1+d2。
6.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述系统偏移t的计算方法为：
。
7.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述主站采用ZYNQ7030芯片，实现授时模式可随时切换，获取系统时间，生成时间戳发送给所述从站，以及接收所述从站发送回来的时间戳。
8.根据权利要求1所述的一种传感器网络高精度授时方法，其特征在于，所述倒计时器的倒计时方法为：计算当前主站获取的系统时间减去不同授时模式下选取的修正时间获得差值，将所述差值作为仍需倒计时的时间。
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