一种电力物联网无线传感器时间同步系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力物联网无线传感器时间同步系统及方法，系统包括：根无线传感器、至少两个次根无线传感器以及多个无线传感器；次根无线传感器用于发送分组启动报文至多个无线传感器，多个无线传感器根据分组启动报文进行分组，各组无线传感器分别与各个次根无线传感器对应；根无线传感器用于发送同步广播信号至次根无线传感器，次根无线传感器用于根据自身本地时间记录所述同步广播信号的到达时间，并将所述到达时间发送给其他次根无线传感器；各次根无线传感器根据接收的到达时间对自身时钟进行调整；每一组无线传感器用于与其对应的次根无线传感器进行双向报文交换以实现时间同步；该方法可以在同步精度与算法功耗之间取得较好的平衡。间取得较好的平衡。间取得较好的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种电力物联网无线传感器时间同步系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种电力物联网无线传感器时间同步系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技水平的飞速发展，电力物联网的建设也在稳步推进，无线传感器作为融合电网信息、用户信息、外部信息等多源信息的关键枢纽，其相关的应用与研究正逐步受到重视。
[0003]在实际应用过程中，电力物联网中的众多无线传感器需要采用统一的时间基准、精确的时间标注，以确保信息高效融合应用，保障信息数据的质量。同时，针对电力物联网的监测、控制不仅只局限于就地，而是跨区域的广域测量和广域保护，支撑智能电网的各种高级应用都需要整个电网的断面数据作为应用基础，这就要求相关的一次设备对应的数据采集时间是精确同步的，这种将区域内无线传感器的时间基准进行统一的方法即可以表示为时间同步方法。
[0004]目前，现有技术的电力系统网络中常规使用的时间同步方法一般均是通过在调控中心、变电站、发电厂各自部署时间同步系统，利用这些时间同步系统保证各自区域内设备所使用的时间是同步的。例如，专利文献CN113079563A提供一种基于多时钟源的无线传感器网络同步方法，建立以网关为中心的层次化网络拓扑结构，节点在每个同步周期，以层为单位更新同步时钟源，完成与上一层节点的同步，重复迭代，实现从网关到最外层节点的全网时间同步。在采用这种时间同步方法进行时间同步时，其同步的精度取决于时间传递各个环节的正确性，传递的环节较多，存在较大的同步误差。此外，这种时间同步方法涉及交互计算的节点较多且算法复杂，并不能满足电力物联网设备的低功耗需求，其在时间同步过程的消耗过大，成本过高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种电力物联网无线传感器时间同步系统及方法，能够有效减少时间信息传递环节，降低能耗。
[0006]一种电力物联网无线传感器时间同步系统，包括根无线传感器、至少两个次根无线传感器以及多个无线传感器；
[0007]所述次根无线传感器用于发送分组启动报文至多个无线传感器，多个无线传感器根据所述分组启动报文进行分组，各组无线传感器分别与各个次根无线传感器对应；
[0008]所述根无线传感器用于发送同步广播信号至所述次根无线传感器，所述次根无线传感器用于根据自身本地时间记录所述同步广播信号的到达时间，并将所述到达时间发送给其他次根无线传感器；各次根无线传感器用于根据接收的到达时间对自身时钟进行调整；
[0009]每一组无线传感器用于与其对应的次根无线传感器进行双向报文交换以实现时
间同步。
[0010]进一步地，所述次根无线传感器用于发送包含组别信息的分组启动报文至相应的无线传感器，无线传感器根据所述分组启动报文，设置自身组别，并将自身组别信息发回至相应的次根无线传感器以完成分组。
[0011]进一步地，所述次根无线传感器用于通过偏移矩阵对自身时钟进行调整；
[0012]所述偏移矩阵如下表示：
[0013][0014]其中，offset[i,j]表示次根无线传感器i与次根无线传感器j之间应调整的时间差，m为次根无线传感器已发送的消息包的个数，n为次根无线传感器的个数，T
ik
为次根无线传感器i收到同步广播信号k的本地时间，T
jk
为次根无线传感器j收到同步广播信号k的本地时间。
[0015]进一步地，每一组无线传感器还用于设定第一发送时间，并将所述第一发送时间生成第一报文，到达第一发送时间时将所述第一报文发送至对应的次根无线传感器；
[0016]次根无线传感器记录接收所述第一报文的第一接收时间，并设定第二发送时间，将所述第一发送时间、第一接收时间以及第二发送时间生成第二报文，在到达所述第二发送时间时将所述第二报文发回至组内的无线传感器；
[0017]所述无线传感器记录接收所述第二报文的第二接收时间，根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间、以及第二接收时间计算时间偏差，并根据所述时间变差调整自身时间，实现与次根无线传感器的时间同步。
[0018]进一步地，所述时间偏差通过以下公式进行计算：
[0019][0020]其中，Δ为时间偏差，T1为第一发送时间，T2为第一接收时间，T3为第二发送时间，T4为第二接收时间。
[0021]一种采用上述系统的电力物联网无线传感器时间同步方法，包括：
[0022]次根无线传感器发送分组启动报文至多个无线传感器；
[0023]多个无线传感器根据所述分组启动报文进行分组，各组无线传感器分别与各个次根无线传感器对应；
[0024]根无线传感器发送同步广播信号至所述次根无线传感器；
[0025]次根无线传感器根据自身本地时间记录所述同步广播信号的到达时间，并将所述到达时间发送给其他次根无线传感器；
[0026]各次根无线传感器根据接收的到达时间对自身时钟进行调整；
[0027]每一组无线传感器与其对应的次根无线传感器进行双向报文交换以实现时间同步。
[0028]进一步地，多个无线传感器根据所述分组启动报文进行分组，包括：
[0029]次根无线传感器发送包含组别信息的分组启动报文至相应的无线传感器；
[0030]无线传感器根据所述分组启动报文，设置自身组别，并将自身组别信息发回至相应的次根无线传感器以完成分组。
[0031]进一步地，所述次根无线传感器通过偏移矩阵对自身时钟进行调整；
[0032]所述偏移矩阵如下表示：
[0033][0034]其中，offset[i,j]表示次根无线传感器i与次根无线传感器j之间应调整的时间差，m为次根无线传感器已发送的消息包的个数，n为次根无线传感器的个数，T
ik
为次根无线传感器i收到同步广播信号k的本地时间，T
jk
为次根无线传感器j收到同步广播信号k的本地时间。
[0035]进一步地，每一组无线传感器用于与其对应的次根无线传感器进行双向报文交换以实现时间同步，包括：
[0036]每一组无线传感器设定第一发送时间，并将所述第一发送时间生成第一报文，到达第一发送时间时将所述第一报文发送至对应的次根无线传感器；
[0037]次根无线传感器记录接收所述第一报文的第一接收时间，并设定第二发送时间，将所述第一发送时间、第一接收时间以及第二发送时间生成第二报文，在到达所述第二发送时间时将所述第二报文发回至组内的无线传感器；
[0038]无线传感器记录接收所述第二报文的第二接收时间，根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间、以及第二接收时间计算时间偏差，并根据所述时间变差调整自身时间，实现与次根无线传感器的时间同步。
[0039]进一步地，所述时间偏差通过以下公式进行计算：
[0040][0041]其中，Δ为时间偏差，T1为第一发送时间，T2为第一接收时间，T3为第二发送时间，T4为第二接收时间。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力物联网无线传感器时间同步系统，其特征在于，包括根无线传感器、至少两个次根无线传感器以及多个无线传感器；所述次根无线传感器用于发送分组启动报文至多个无线传感器，多个无线传感器根据所述分组启动报文进行分组，各组无线传感器分别与各个次根无线传感器对应；所述根无线传感器用于发送同步广播信号至所述次根无线传感器，所述次根无线传感器用于根据自身本地时间记录所述同步广播信号的到达时间，并将所述到达时间发送给其他次根无线传感器；各次根无线传感器用于根据接收的到达时间对自身时钟进行调整；每一组无线传感器用于与其对应的次根无线传感器进行双向报文交换以实现时间同步。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次根无线传感器用于发送包含组别信息的分组启动报文至相应的无线传感器，无线传感器根据所述分组启动报文，设置自身组别，并将自身组别信息发回至相应的次根无线传感器以完成分组。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次根无线传感器用于通过偏移矩阵对自身时钟进行调整；所述偏移矩阵如下表示：其中，offset[i,j]表示次根无线传感器i与次根无线传感器j之间应调整的时间差，m为次根无线传感器已发送的消息包的个数，n为次根无线传感器的个数，T
ik
为次根无线传感器i收到同步广播信号k的本地时间，T
jk
为次根无线传感器j收到同步广播信号k的本地时间。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一组无线传感器还用于设定第一发送时间，并将所述第一发送时间生成第一报文，到达第一发送时间时将所述第一报文发送至对应的次根无线传感器；次根无线传感器记录接收所述第一报文的第一接收时间，并设定第二发送时间，将所述第一发送时间、第一接收时间以及第二发送时间生成第二报文，在到达所述第二发送时间时将所述第二报文发回至组内的无线传感器；所述无线传感器记录接收所述第二报文的第二接收时间，根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间、以及第二接收时间计算时间偏差，并根据所述时间变差调整自身时间，实现与次根无线传感器的时间同步。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时间偏差通过以下公式进行计算：其中，Δ为时间偏差，T1为第一发送时间，T2为第一接收时间，T3为第二发送时间，T4为第二接收时间。6.一种采用如权利要求1
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4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈培锋，罗林根，翁蓓蓓，李勇，鞠玲，陈挺，程阳，何天雨，汤德宝，吴艳，陆子渊，袁乐，李双伟，贾骏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：