一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及超宽带无线通信领域，公开一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，该系统包括至少一个主节点和至少一个从节点，其中，以主节点发送时间为基础，为了预防各节点发射时间的冲突，其它从节点的发送时间以本地标识为准；其它从节点将会根据在系统中的等级原则、可靠性原则和距离原则，自适应地选择与已同步的节点进行时间同步处理，该从节点与已同步节点时间同步完成后，将会对相邻的节点发送同步信息，直到所有的节点同步完成。还提供了基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步方法。本发明专利技术打破了有线连接的节点通信系统的局限性，可以随意布置节点，提高了节点布置的灵活性和方便性及时间同步的精度，应用场景广泛等。

A time synchronization system and method of adaptive networking based on UWB wireless communication

【技术实现步骤摘要】
一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法
本专利技术涉及超宽带无线通信领域，尤其涉及一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法。
技术介绍
随着通信技术的不断发展，通信的准确可靠性要求越来越高。在通信网络中，节点间需要时间同步，若时间同步处理不恰当，导致节点间传递的成功率较低或直接断线，满足不了超宽带的业务需求。在目前技术中，如图1所示，为了提高时间同步的可靠性，节点间通常采用有线同步，利用同步控制器通过有线通信的方式，将时间信息传输到每一个节点，使得每个节点处于同一时间体系，以实现多个节点时间同步的高可靠性。但是超宽带具有传输速率高、通信距离短等特点，不适合长距离高速无线通信；另外通过有线连接的节点通信，每个节点都需要通过有线的方式连接到同步控制器，线路规划变得复杂，存在部署成本高、可扩展性差、灵活性差等缺陷。因此，亟需一种安全可信、成本可控、灵活性高、长距离传输的基于超宽带无线通信的时间同步技术手段来解决以上问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法，在双向通信的基础上，通过节点间自适应分级处理的方式为未同步的节点进行时间同步的系统及方法。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，包括：不同节点等级的多个节点设备，所述节点设备包括至少一个主节点和至少一个从节点，不同主节点之间通过有线连接，主节点与从节点和/或从节点与从节点之间通过超宽带无线通信连接；所述从节点包含完成时间同步的从节点和没有完成时间同步的从节点，所述没有完成时间同步的从节点接收周围所有节点的广播信息，根据优选机制，从当前接收到的广播信息中的选取出至少1个节点，向所优选的至少1个节点发起时间同步，同时可以向不大于本节点等级的多个从节点提供时间同步。进一步地，所述主节点包含基准发射模块、基准接收模块、基准处理模块和基准时间单元；所述的基准发射模块以本地时钟为基准进行周期广播基准帧信息；所述的基准接收模块接收主节点周围所有节点的广播信息；所述的基准处理模块，对接收广播信息进行处理，解析出从节点的时间信息，计算出从节点与主节点的时间偏差和距离值；所述的基准时间单元以本地时钟为基准时钟。进一步地，所述的从节点包含同步发射模块、同步接收模块、同步处理模块和同步时间单元；所述的同步发射模块以从节点发射机制广播同步帧信息；所述的同步接收模块接收该节点周围所有节点的广播信息；所述的广播信息包含主节点的基准帧信息和/或从节点的同步帧信息；所述的同步处理模块，对接收的广播信息进行处理，解析出主节点和/或从节点的时间信息，计算出从节点与主节点的时间差信息，更新下一个发射时刻的同步帧信息；所述的同步时间单元以当前节点与主节点的时间差信息对本地时钟进行驯服，完成与主节点的时间同步。进一步地，所述的从节点发射机制为从节点在主节点一个发射周期内，以主节点的发射时刻为起点，延时当前从节点编号与单个节点发射间隔的乘积的时间后，广播当前节点的同步帧信息。进一步地，所述的优选机制按照同时满足节点等级原则、可靠性原则和距离原则进行筛选；所述的节点等级原则为优先节点等级最高的节点；所述的可靠性原则为优选接收节点信息成功率需满足预设阀值的节点；所述的距离原则为在多个相同的节点等级的节点中优选距离最近的节点。本专利技术还提供一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步方法，主节点和从节点交互时间同步信息，获取于基准节点的时钟信息，所述时间同步信息通过超宽带无线信道传输，其中所述主节点和从节点交互时间同步信息，获取于基准节点的时钟信息，具体包括：S1：主节点将当次广播的发射时间t1通过超宽带无线信道广播出去；S2：从节点接收到主节点的广播信息，获取广播信息中t1，记录当次广播信息的接收时间为t2；S3：从节点将当次广播的发射时间t3、以及所述的t1和t2通过超宽带无线信道广播出去；S4：主节点接收从节点的广播信息，获取广播信息中t1、t2和t3，记录当次广播信息的接收时间为t4，根据t1、t2、t3和t4计算时间偏移量和距离值；S5：主节点将本节点当次广播发射时间t5、以及所述的时间偏移量和距离值通过超宽带无线信道广播出去；S6：从节点接收到主节点的广播信息，获取广播信息中t5、时间偏移量和距离值，记录当次广播信息的接收时间为t6，从节点根据t1、t2、t5和t6计算得到时间变化偏移量，用于本地时钟驯服。进一步地，所述主节点可以和多个从节点交互时间同步信息。进一步地，所述主节点可以是同步后的从节点。进一步地，所述从节点可以和至少1个主节点交互时间同步信息。进一步地，所述从节点包含同步后的从节点或未同步的从节点。现有系统及方法相比，本专利技术的优点在于：1、通过本专利技术提出的基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法，经过逐步向下同步，能实现远距离的节点时间同步。2、通过本专利技术提出的基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法，安装方便、组网灵活、可扩展性好、部署成本低。附图说明图1为现有技术提供的一种时间同步方案网络示意图；图2为本专利技术一种实施例所示的系统示意图；图3为本专利技术一种实施例所示的系统示意图；图4为本专利技术一种实施例所示的时间同步方法流程图；图5为本专利技术一种实施例所示的主节点处理单元组成图；图6为本专利技术一种实施例所示的时间同步方法流程图；图7为本专利技术一种实施例所示的两节点同步处理时的交互时间流程图。具体实施方式本专利技术实施例提供一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统及方法。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术实施例中，提供的一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，如图2所示，包括不同节点等级的多个节点设备，所述节点设备包括至少一个主节点和至少一个从节点，不同主节点之间通过有线连接，主节点与从节点和/或从节点与从节点之间通过超宽带无线通信连接；所述从节点包含完成时间同步的从节点和没有完成时间同步的从节点，所述没有完成时间同步的从节点接收周围所有节点的广播信息，根据优选机制，从当前接收到的广播信息中的选取出至少1个节点，向所优选的至少1个节点发起时间同步，同时可以向不大于本节点等级的多个从节点提供时间同步。不同节点等级的多个节点设备，所述的多个节点设备包括两个主节点和多个从节点；如主节点的节点等级最高，编号为0；为了防止主节点失本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，其特征在于：包括不同节点等级的多个节点设备，所述节点设备包括至少一个主节点和至少一个从节点，不同主节点之间通过有线连接，主节点与从节点和/或从节点与从节点之间通过超宽带无线通信连接；所述从节点包含完成时间同步的从节点和没有完成时间同步的从节点，所述没有完成时间同步的从节点接收周围所有节点的广播信息，根据优选机制，从当前接收到的广播信息中的选取出至少1个节点，向所优选的至少1个节点发起时间同步，同时可以向不大于本节点等级的多个从节点提供时间同步。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，其特征在于：包括不同节点等级的多个节点设备，所述节点设备包括至少一个主节点和至少一个从节点，不同主节点之间通过有线连接，主节点与从节点和/或从节点与从节点之间通过超宽带无线通信连接；所述从节点包含完成时间同步的从节点和没有完成时间同步的从节点，所述没有完成时间同步的从节点接收周围所有节点的广播信息，根据优选机制，从当前接收到的广播信息中的选取出至少1个节点，向所优选的至少1个节点发起时间同步，同时可以向不大于本节点等级的多个从节点提供时间同步。


2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，其特征在于：所述主节点包含基准发射模块、基准接收模块、基准处理模块和基准时间单元；所述的基准发射模块以本地时钟为基准进行周期广播基准帧信息；所述的基准接收模块接收主节点周围所有节点的广播信息；所述的基准处理模块，对接收广播信息进行处理，解析出从节点的时间信息，计算出从节点与主节点的时间偏差和距离值；所述的基准时间单元以本地时钟为基准时钟。


3.根据权利要求1所述的一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，其特征在于：所述的从节点包含同步发射模块、同步接收模块、同步处理模块和同步时间单元；所述的同步发射模块以从节点发射机制广播同步帧信息；所述的同步接收模块接收该节点周围所有节点的广播信息；所述的广播信息包含主节点的基准帧信息和/或从节点的同步帧信息；所述的同步处理模块，对接收的广播信息进行处理，解析出主节点和/或从节点的时间信息，计算出从节点与主节点的时间差信息，更新下一个发射时刻的同步帧信息；所述的同步时间单元以当前节点与主节点的时间差信息对本地时钟进行驯服，完成与主节点的时间同步。


4.根据权利要求3所述的一种基于超宽带无线通信的自适应组网的时间同步系统，其特征在于：所述的从节点发射机制为从节点在主节点一个发射周期内，以主节点的发射时刻为起点，延时当前从节点编号与单个节点发射间隔的乘积的时间后，广播当前节点的同步帧信息。


5.根据权利要求1所述的一种基于超宽带无线通信的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王松，李亚云，刘志俭，
申请(专利权)人：湖南国科防务电子科技有限公司，长沙北斗产业安全技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43