可实现高精度时间同步的数据传输方法技术

一种可实现高精度时间同步的数据传输方法，以解决电力因时间不统一造成的大面积故障的问题。步骤是：构建改进的簇平均时钟同步方法；假设节点发送与接收信息之间所经历的时间都相同，那就是一个固定值，设为d，簇内的发射器给所有的簇内成员广播一个同步信标，这些成员记录收到信标的本地时间；通过簇平均实现全局的平均时钟同步；考虑相位偏置、频率漂移和随机时间延时的簇平均时钟同步算法；对算法进行收敛性分析，使传感器网络将通过算法能渐渐达到平均时钟同步状态。

A data transmission method for realizing high precision time synchronization

【技术实现步骤摘要】
可实现高精度时间同步的数据传输方法
本专利技术涉及电力系统同断面
，通过将所接受的信号和信息来实现相对标准的“异地复制”，校准本地的时间量，进而为相关设备仪器与系统的运行提供良好的环境。
技术介绍
智能变电站作为智能电网重要组成部分和关键环节，是构建智能电网的重要基础和支撑。随着电力系统的快速发展，智能变电站各智能设备对时间同步的要求日益迫切。时钟同步系统是实现智能变电站的测量和控制，保护的重要基础和支撑，其精度将直接影响智能变电站的控制精度和性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决变电站之间的时间同步问题,提供一种可实现高精度时间同步的数据传输方法。以解决电力因时间不统一造成的大面积故障的问题。本专利技术使网络各节点时钟以分布式方式同步于网络节点的时钟平均值，即网络节点收敛于时间平均值。不依赖网络的阶层结构，使各个节点的时间向周围节点逐层扩散，这就使算法具有鲁棒性；它不依赖于某个固定根节点或外部时钟源，使算法更加稳定、安全；同时该算法使节点采用分布式的交互通信，可适用于任意规模和结构的网络，自适应网络拓扑结构的变化，提高了网络的可扩展性；基于簇平均的时钟同步算法替代了现有多种协议的阶梯式同步方法，减少传感器节点之间的包传递次数(特别是对大规模网络)，从而减少能耗，延长网络寿命。本专利技术的技术解决方案是：一种可实现高精度时间同步的数据传输方法，其步骤是：步骤1：构建改进的簇平均时钟同步方法，将ACATS算法应用到一个由3个节点组成的相对简单的传感器网络中，发射器给3个节点广播一个同步信标，假设节点能够估计它们的相对相位偏置，其同步时间流程如下：步骤1.1：发射器给3个节点Vi，Vj，Vk广播一个同步信标，每个节点都记录各自接收到信标的本地时间ti,tj,tk:步骤1.2：节点Vi发送给节点Vj—个数据包，其中包含ti信息，当节点Vj收到这个数据包时，节点Vk也监听到这个数据包；步骤1.3：然后，节点Vj发送给节点Vk—个数据包，其中包含tj信息，当节点Vk收到这个数据包时，节点Vi也监听到这个数据包；步骤1.4：然后，节点Vk发送给节点Vi—个数据包，其中包含tk言息，当节点Vi收到这个数据包时，节点Vj也监听到这个数据包；步骤1.5:此时，三个节点都知道了时间信息ti,tj,tk,则各自计算出时间平均值avg＝(ti+tj+tk)/3,并更新自己的本地时间；步骤2：假设节点发送与接收信息之间所经历的时间都相同，那就是一个固定值，设为d，簇内的发射器给所有的簇内成员广播一个同步信标，这些成员记录收到信标的本地时间。其中一个节点向其一个邻居发送含自己的记录值的数据包，当这个邻居节点收到这个数据包时，簇内的其它节点也都监听到了这个数据包，然后次邻居节点再向其一个邻居发送包含自己记录值的数据包，所述邻居不包括其父节点；当它的这个邻居节点收到这个数据包时，簇内的其它节点也都监听到了这个数据包，依次循环下去，直到簇内所有节点都知道了彼此记录的时间值，停止数据包的发送；然后族内所有节点按下式各自计算记录值的平均值，并更新自己的本地时间；n：簇内节点个数，Xi：节点vi收到同步信标时记录的本地时间，d：固定的时间延时，avg：所有节点记录值的计算平均值，即族内成员同步时的值；步骤3：通过簇平均实现全局的平均时钟同步，假设无线传感器网络有N个节点，可以分成M个簇，设第L个簇Ci内有ni个节点，当一个族内的发射器正忙着给簇内成员广播信标时，簇内成员是处于接收信息的工作状态，即没有多余的信道去响应其他的信号；步骤4:考虑相位偏置、频率漂移和随机时间延时的簇平均时钟同步算法：步骤4.1：无线传感器网络划分成交叉互连的若干簇M，切换信号s(K)依次开启各个族；步骤4.2：当簇Ci内的节点V′1～V′ni接收到发射器广播的同步信标时记录此时各自的本地时间x'1(k-1)～x'ni(k-1)，然后依次将各自的记录值x'1(k-1)～x'ni(k-1)和频率w'1(k-1)～w′ni(k-1)发送给其邻居节点，每次发送相隔时间段其中L＝1,...,M；步骤4.3：这时簇内所有节点都知道了彼此的记录值x'1(k-1)～x'ni(k-1)、和频率w'1(k-1)～w'ni(k-1)，然后分别计算记录时间的平均值和频率平均值步骤4.4：各节点更新自己的本地时间和时钟频率分别为和步骤5：对算法进行收敛性分析，假设描述传感器网络拓扑的图是连通图，发接数据包之间的时间延时(h)是随机变量，其均值为d(h)，方差为σ2(h)，在k——→∞的无限时间内，图的每个族都能够被激活，那么传感器网络将通过算法能渐渐达到平均时钟同步状态。本专利技术首先分析了研究无线传感器网络的时钟同步这一课题的背景、必要性及意义，然后主要在分析算法的鲁棒性、扩展性、同步精度以及减少信息包传递次数、保持能量高效使用，受PBS算法的启发，运用了监听思想，对CATS算法中的簇内节点的局部平均时钟同步方法做了改进，减少了簇内节点同步过程中所需的信息交换次数，同时还考虑了相位偏置，频率漂移以及信息传输过程中的随机延时，对适用于实际的时间同步有重要的意义。附图说明图1本专利技术同步系统三节点通过簇平均方法的具体同步时间流程示意图；图2本专利技术簇平均的具体同步过程示意图；图3本专利技术划分族结构的网络图；图4本专利技术多簇网络两算法的同步误差对比图。具体实施方式下面结合附图的具体实施例对本专利技术做进一步说明。步骤1：构建一种改进的簇平均时钟同步方法，将ACATS算法应用到一个由3个节点组成的相对简单的传感器网络中来示例说明，发射器给3个节点广播一个同步信标，假设节点能够估计它们的相对相位偏置，其同步时间流程如图1所示，具体过程描述如下：步骤1.1：发射器给3个节点Vi，Vj，Vk广播一个同步信标，每个节点都记录各自接收到信标的本地时间ti,tj,tk:步骤1.2：节点Vi发送给节点Vj—个数据包，其中包含ti信息，当节点Vj收到这个数据包时，节点Vk也监听到这个数据包；步骤1.3：然后，节点Vj发送给节点Vk—个数据包，其中包含tj信息，当节点Vk收到这个数据包时，节点Vi也监听到这个数据包；步骤1.4：然后，节点Vk发送给节点Vi—个数据包，其中包含tk言息，当节点Vi收到这个数据包时，节点Vj也监听到这个数据包。步骤1.5:此时，三个节点都知道了时间信息ti,tj,tk,则各自计算出时间平均值avg＝(ti+tj+tk)/3,并更新自己的本地时间。步骤2：假设节点发送与接收信息之间所经历的时间都相同，那就是一个固定值，设为d，如图2所示。簇内的发射器给所有的簇内成员广播一个同步信标，这些成员记录收到信标的本地时间。其中一个节点向其一个邻居发送含自己的记录值的数据包，当这个邻居节点收到这个数据包时，簇内的其它节点也都监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现高精度时间同步的数据传输方法，其特征是步骤如下：/n步骤1：构建改进的簇平均时钟同步方法，将ACATS算法应用到一个由3个节点组成的相对简单的传感器网络中，发射器给3个节点广播一个同步信标，假设节点能够估计它们的相对相位偏置，其同步时间流程如下：/n步骤1.1：发射器给3个节点V

【技术特征摘要】
1.一种可实现高精度时间同步的数据传输方法，其特征是步骤如下：
步骤1：构建改进的簇平均时钟同步方法，将ACATS算法应用到一个由3个节点组成的相对简单的传感器网络中，发射器给3个节点广播一个同步信标，假设节点能够估计它们的相对相位偏置，其同步时间流程如下：
步骤1.1：发射器给3个节点Vi，Vj，Vk广播一个同步信标，每个节点都记录各自接收到信标的本地时间ti,tj,tk:
步骤1.2：节点Vi发送给节点Vj—个数据包，其中包含ti信息，当节点Vj收到这个数据包时，节点Vk也监听到这个数据包；
步骤1.3：然后，节点Vj发送给节点Vk—个数据包，其中包含tj信息，当节点Vk收到这个数据包时，节点Vi也监听到这个数据包；
步骤1.4：然后，节点Vk发送给节点Vi—个数据包，其中包含tk言息，当节点Vi收到这个数据包时，节点Vj也监听到这个数据包；
步骤1.5:此时，三个节点都知道了时间信息ti,tj,tk,则各自计算出时间平均值avg＝(ti+tj+tk)/3,并更新自己的本地时间；
步骤2：假设节点发送与接收信息之间所经历的时间都相同，那就是一个固定值，设为d，簇内的发射器给所有的簇内成员广播一个同步信标，这些成员记录收到信标的本地时间；其中一个节点向其一个邻居发送含自己的记录值的数据包，当这个邻居节点收到这个数据包时，簇内的其它节点也都监听到了这个数据包，然后次邻居节点再向其一个邻居发送包含自己记录值的数据包，所述邻居不包括其父节点；当它的这个邻居节点收到这个数据包时，簇内的其它节点也都监听到了这个数据包，依次循环下去，直到簇内所有节点都知道了彼此记录的时间值，停止数据包的发送；然后族内所有节点按下式各...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔吉生，王强，刘云松，王顺江，魏凯，邱鹏，孟镇，赵琰，王健，葛维春，刘前卫，常乃超，葛延峰，刘金波，王永福，胡博，苏安龙，陈晓东，高凯，句荣滨，周桂平，陈蓉，金鹏，王东来，姜河，高明，刘子阳，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司，国网辽宁省电力有限公司，沈阳工程学院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21