基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，包括以下步骤：S1、在智能家电增设一个GPS信号接收器，并以此智能家电节点作为时间同步的根节点，并确立或者更新根节点；S2、确定源时间：设定源时间从(T

【技术实现步骤摘要】
基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法
本专利技术涉及智能家电无线网络的监测数据时间同步方法，特别涉及到一种基于TPSN方法和TSync混合时间同步方法。
技术介绍
目前，智能电网，是电力行业新的发展方向，其实现取决于实时精确地掌握电网各个环节的信息。作为“智能信息感知末梢”的家庭用电网络，为电力运行管理部门提供精准的，各用电器运行信息时间同步的数据，必将为推动智能电网发展的提供重要动力。从上世纪末至本世纪初，世界各国开始采用信息技术、微电子技术和计算机技术对传统低压电器进行技术提升，技术上已取得重大突破，使电网用户端电气设备初步实现了可通信、智能控制和网络控制。通过计算机网络，精确地检测、计算和监视用户端电气设备的运行状态，使配电网络达到最佳的配合，大大地提高了电网运行的经济性安全性和可靠性，并为用户端电气设备的系统集成、实现负载监控、故障预警、电能质量管理、电能管理、分布式新能源的接入、分布式储能装置接入等功能奠定了技术基础。双向通信、双向计费以及电网与用户的互动，也将大大提高能源利用效率。因此，智能电网用户端电气设备对智能电网的节能、安全、可靠运行，对新能源的开发、应用，对提高能源效率起着十分重要的作用，是坚强智能电网的重要组成部分。家庭能量管理系统是指以信息和通信技术为手段，以在实现用户电器管理、监测和减少能量消费为目标。对于实现各个家庭用电设备的协调控制，达成管理目标，各个智能用电设备的时间同步是必不可少的。能够实现家电网络各节点的时间同步，对于智能家电相关的科研也有重大意义，对于智能家电运行模型建立，智能家电故障诊断有着很重要的价值。为了使得智能家电网络所有节点的监测数据能够相互参考，便于对整个家电网络进行协同控制和家庭能量消费优化，因此需要对所有智能家电节点进行时间同步。时间同步后的监测数据将具有更高的科研价值，能够为家庭能量管理系统的设计和相关研究提供更加精确合理的数据。随着未来社会的发展，智能家居所包含的家电设备会很多，其中一些包括消防安全监测的设备需要不间断工作，因此为了提高时间同步的可靠性，增加时间同步源时间的可信度。因此，设计出一种家电网络各节点的时间同步方法成为了人们亟待解决的问题。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，用于解决现有技术中缺少一种可靠的家电网络各节点的时间同步方法的缺点。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，包括以下步骤：S1、确立根节点：在智能家电增设一个GPS信号接收器，并以此智能家电节点作为时间同步的根节点，设定无线传感网络中有N个节点，获取所有节点的时间，GPS时间TG，网络服务器时间TS，本地根节点时间TB，并确立或者更新根节点。S2、确定源时间：设定源时间从(TG,TB,TS)三者中获取；当TG有效，则TG优先级最高，作为源时间；当TG无效，TS有效，则TS优先级仅次于TG，作为源时间；当TG无效，TS无效，则选择TB作为源时间。S3、选择同步方式：采用连续同步和按需同步互补方式进行同步；连续同步采用TSync算法进行时间同步，设置为规定时间内同步一次；按需同步采用TPSN算法进行时间同步，根据用户自由选择进行时间同步。作为优选步骤S1中所述的确立或者更新根节点的方法具体包括以下步骤：S11、临时变量用Ttemp表示，Ttemp＝α×TS+β×TG,(α+β)＝1。S12、当TS和TG都能够准确获取，则Ttemp＝α×TS+β×TG,(α+β)＝1，其中权值分配上，使得α＝0.3,β＝0.7。当TS能够获得，而TG无法获得，则使TG＝0,α＝1，则Ttemp＝TS。当TG能够获得，而TS无法获得，则使TS＝0,β＝1，那么Ttemp＝TG。当TG和TS均无法获得，使TG＝0,TS＝0，则Ttemp＝0。S13、获取无线网络中N个节点的内部时钟{T1,T2,T3……TN}，然后根据公式(1.1)计算每一个内部时钟与Ttemp的差值的最小值：{abs(T1-Ttemp),abs(T2-Ttemp),abs(T3-Ttemp),……abs(TN-Ttemp)}min(1.1)。S14、当abs(TK-Ttemp)的值最小，则选取第K个节点为根节点；当Ttemp＝0，则不更新根节点。作为优选步骤S2中GPS时间TG的有效性判定具体包括以下步骤：—比较TG与TB和TS之间的误差，取值最大的{abs(TG-TS),abs(TG-TB)}max，当最大误差时间大于10min，则认定GPS接收器出现故障，进而判定GPS时间TG无效。—当时间服务器出现故障或者网络中断，则判断abs(TG-TB)是否大于10min,当abs(TG-TB)大于10min，则认为GPS接收器出现故障，进而判定GPS时间TG无效。—对最近30min时间的GPS接收到的时间值进行五次差值运算，{T1,T2,T3,T4……Tmax}，其中max相当于30min时间内获取的所有时间点数目，如果GPS信号没有一点时间缺失的话max＝1800，实际以存储的时间数据为准，进行第一次差值运算，获取{T11,T12,T13,T1i……T1(max-1)}，其中T1i＝Ti+1-Ti，i＝(1,2,3,4……max-1)；进行第二次差值运算，{T21,T22,T23,T2i……T2(max-2)}，其中T2i＝T1i+1-T1i，i＝(1,2,3,4……max-2)；以此类推，第k次差值运算，{Tk1,Tk2,Tk3,Tki……Tk(max-k)}，其中Tki＝T(k-1)i+1-T(k-1)i，i＝(1,2,3,4……max-k)；进行到第五次差值所得到的结果{T51,T52,T53,T5i……T5(max-5)}max如果小于1s则认为GPS信号获取的时间TG有效，否则放弃GPS时间TG作为时间源。作为优选步骤S2中网络服务器时间TS的有效性判定：当断网情况下，端口网络时间无法获得，则网络服务器时间TS设置为0，TS无效。当联网情况下，基于NTP服务地址获取网络时间，无线网络内部时间确定，网络层次的发现与建立，具体包括以下步骤：S21、根节点设置自己的层次号为1。S22、根节点广播一个信息包，包含根节点的ID以及层次号。S23、当通信范围内的节点收到信息包，将自己的层次级别设置为信息包中层次号加1。S24、接收节点广播新的包含自己的ID和层次号的信息包，接收到的节点以同样的方式设置自己的层次号。S25、重复步骤S24，直到整个网络中的节点都建立自己的层级级别，其中已有层次号的节点再次接收到广播的信息包时，做忽略处理。S26、假设最后建立的层次为k层，{1,2,3……k}层的节点个数为{n1,n2,n3,……nk}，总节点个数为N，则计算每一层的概率设置为{p1,p2,p3,……pk}分别为S27、根据不同的概率来计算内部节点时间的期望值，每一层选取一个节点，这样避免了层中节点的失效，获取它们的时间分别为{T1i,T2i,T3i……Tki}，此时间下标中{1i≤n1,2i≤n2,3i≤n3,……ki≤nk}，计算时间期望S27、无线网络中N个节点的内部时钟{T1,T2,T3……TN}与时间期望本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，其特征在于包括以下步骤：S1、确立根节点：在智能家电增设一个GPS信号接收器，并以此智能家电节点作为时间同步的根节点，设定无线传感网络中有N个节点，获取所有节点的时间，GPS时间T

【技术特征摘要】
1.一种基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，其特征在于包括以下步骤：S1、确立根节点：在智能家电增设一个GPS信号接收器，并以此智能家电节点作为时间同步的根节点，设定无线传感网络中有N个节点，获取所有节点的时间，GPS时间TG，网络服务器时间TS，本地根节点时间TB，并确立或者更新根节点；S2、确定源时间：设定源时间从(TG,TB,TS)三者中获取；当TG有效，则TG优先级最高，作为源时间；当TG无效，TS有效，则TS优先级仅次于TG，作为源时间；当TG无效，TS无效，则选择TB作为源时间；S3、选择同步方式：采用连续同步和按需同步互补方式进行同步；连续同步采用TSync算法进行时间同步，设置为规定时间内同步一次；按需同步采用TPSN算法进行时间同步，根据用户自由选择进行时间同步。2.根据权利要求1所述的基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，其特征在于：步骤S1中所述的确立或者更新根节点的方法具体包括以下步骤：S11、临时变量用Ttemp表示，Ttemp＝α×TS+β×TG,(α+β)＝1；S12、当TS和TG都能够准确获取，则Ttemp＝α×TS+β×TG,(α+β)＝1，其中权值分配上，使得α＝0.3,β＝0.7；当TS能够获得，而TG无法获得，则使TG＝0,α＝1，则Ttemp＝TS；当TG能够获得，而TS无法获得，则使TS＝0,β＝1，那么Ttemp＝TG；当TG和TS均无法获得，使TG＝0,TS＝0，则Ttemp＝0；S13、获取无线网络中N个节点的内部时钟{T1,T2,T3……TN}，然后根据公式(1.1)计算每一个内部时钟与Ttemp的差值的最小值：{abs(T1-Ttemp),abs(T2-Ttemp),abs(T3-Ttemp),……abs(TN-Ttemp)}min(1.1)；S14、当abs(TK-Ttemp)的值最小，则选取第K个节点为根节点；当Ttemp＝0，则不更新根节点。3.根据权利要求1或2所述的基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，其特征在于：步骤S2中GPS时间TG的有效性判定具体包括以下步骤：—比较TG与TB和TS之间的误差，取值最大的{abs(TG-TS),abs(TG-TB)}max，当最大误差时间大于10min，则认定GPS接收器出现故障，进而判定GPS时间TG无效；—当时间服务器出现故障或者网络中断，则判断abs(TG-TB)是否大于10min,当abs(TG-TB)大于10min，则认为GPS接收器出现故障，进而判定GPS时间TG无效；—对最近30min时间的GPS接收到的时间值进行五次差值运算，{T1,T2,T3,T4……Tmax}，其中max相当于30min时间内获取的所有时间点数目，如果GPS信号没有一点时间缺失的话max＝1800，实际以存储的时间数据为准，进行第一次差值运算，获取{T11,T12,T13,T1i……T1(max-1)}，其中T1i＝Ti+1-Ti，i＝(1,2,3,4……max-1)；进行第二次差值运算，{T21,T22,T23,T2i……T2(max-2)}，其中T2i＝T1i+1-T1i，i＝(1,2,3,4……max-2)；以此类推，第k次差值运算，{Tk1,Tk2,Tk3,Tki……Tk(max-k)}，其中Tki＝T(k-1)i+1-T(k-1)i，i＝(1,2,3,4……max-k)；进行到第五次差值所得到的结果{T51,T52,T53,T5i……T5(max-5)}max如果小于1s则认为GPS信号获取的时间TG有效，否则放弃GPS时间TG作为时间源。4.根据权利要求3所述的基于TPSN和TSync的家电网络时间同步方法，其特征在于：步骤S2中网络服务器时间TS的有效性判定：当断网情况下，端口网络时间无法获得，则网络服务器时间TS设置为0，TS无效；当联网情况下，基于NTP服务地址获取网络时间，无线网络内部时间确定，网络层次的发现与建立，具体包括以下步骤：S21、根节点设置自己的层次号为1；S22、根节点广播一个信息包，包含根节点的ID以及层次号；S23、当通信范围内的节点收到信息包，将自己的层次级别设置为信息包中层次号加1；S24、接收节点广播新的包含自己的ID和层次号的信息包，接收到的节点以同样的方式设置自己的层次号；S25、重复步骤S24，直到整个网络中的节点都建立自己的层级级别，其中已有层次号的节点再次接收到广播的信息包时，做忽略处理；S26、假设最后建立的层次为k层，{1,2,3……k}层的节点个数为{n1,n2,n3,……n...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯健，刘金海，汪刚，马大中，张化光，李超超，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21