一种基于SFD中断的全网时间同步方法技术

本申请公开了一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，该方法包括：网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；网络节点基于由开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及时间头信息元素来执行时间同步。步。步。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SFD中断的全网时间同步方法


[0001]本公开的实施例总体上涉及无线通信领域，并且更具体地涉及一种基于SFD中断的全网时间同步方法。

技术介绍

[0002]智能设备中通常使用晶振作为硬件时钟源，例如石英晶体振荡器。但是晶振随着温度、电压、湿度等会产生漂移，使得晶振频率出现偏移误差，从而导致系统时间也会出现累积的偏移误差。为了实现不同的智能设备之间的时间同步，通常采用时间同步协议。其中，最为通用的时间同步协议之一是Network Time Protocol(NTP)网络时间同步协议，其也是目前广泛使用的一种时间同步协议。NTP协议通过周期性的时间同步，来确保系统时间误差保持在一定的范围内，具体的在局域网上的时间同步精度在毫秒级别，在广域网上的时间同步精度在几十毫秒。其他的时间同步协议还有PTP/OCP TAP，基于硬件的以太网高精度时间协议，可以保证同步精度在纳秒级别，主要应用在高精度时间同步网络系统中，例如车载以太网、电信网络、5G通信网络等。
[0003]然而，对于一系列基于IEEE 802.15.4为底层协议的标准无线通信网络，例如Thread协议、ZigBee协议、UWB(Ultra Wide Band)超宽带协议等，其通常应用于低功耗、低成本的智能设备。对于这类智能设备，基于NTP的时间同步方案并不适用，主要有以下几个原因：
[0004]第一方面，NTP协议需要一个通过IP可访问的NTP服务器(NTP server)来完成时间同步，而基于802.15.4底层协议的智能设备(例如ZigBee设备、Thread设备等)并不支持IP协议栈。
[0005]第二方面，NTP时间同步协议需要周期性地发送、接收同步数据帧。为了获得较高精度的时间同步效果，智能设备之间需要频繁的进行数据交互，增加了设备的功耗。
[0006]第三方面，基于IEEE 802.15.4底层协议的智能设备通常都成本敏感，使用的低成本晶振产生的偏移也会比较大，因而需要更加频繁的时间同步。
[0007]因此，亟需一种IEEE 802.15.4协议的智能设备的全网时间同步方法，以兼顾低功耗设计，同时获得微秒级别的全网时间同步。

技术实现思路

[0008]因此，期望提供一种适用于IEEE 802.15.4协议的智能设备的全网时间同步方法，能够利用IEEE 802.15.4中的硬件SFD(start
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frame delimiter)中断机制，实现精确的时间同步。该方法可应用于Thread、Zigbee等智能硬件产品中，使能更多时间敏感的智能应用场景。本申请公开的方法，可以获得微秒级别的全网时间同步，同时兼顾智能设备的低功耗设计。
[0009]在第一方面，公开了一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，该方法包括：网络节点发送的数据帧中
包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；网络节点基于由开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及时间头信息元素来执行时间同步。
[0010]优选地，该方法还包括：多个网络节点中的第一网络节点发送数据帧，时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间；多个网络节点中的第二网络节点接收并解析数据帧，并判断数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则第二网络节点根据数据帧中的当前网络时间更新本地时间。
[0011]进一步优选地，第二网络节点在接收到数据帧中的开始帧起初分隔符(SFD)时，触发SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的数据帧，并解析数据帧以获得MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2
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T1|。
[0012]进一步优选地，多个网络节点中的第一网络节点在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为第一网络节点的本地时间或网络时间。
[0013]优选地，数据帧还包括前导码序列(Preamble)、物理帧头域(PHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。
[0014]进一步优选地，多个网络节点中的第一网络节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送数据帧。
[0015]进一步优选地，数据帧中的当前网络时间(Time)为64位。
[0016]进一步优选地，数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
[0017]进一步优选地，数据帧是自定义的专用数据帧。
[0018]进一步优选地，无线网状网络为Thread协议网络，第一网络节点为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
[0019]进一步优选地，无线网状网络为ZigBee协议网络，第一网络节点为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
[0020]进一步优选地，第一网络节点周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
[0021]在第二方面，公开了一种无线装置，无线装置被配置成基于IEEE 802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，无线装置包括处理电路，处理电路被配置成：发送数据帧，其中，数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；在发送数据帧的过程中，在发送开始帧起初分隔符(SFD)后触发SFD中断，以将时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为无线装置的本地时间或网络时间。
[0022]优选地，无线装置通过单播或者广播的方式向无线网状网络中的其他无线装置发送数据帧。
[0023]优选地，数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。
[0024]优选地，数据帧是自定义的专用数据帧。
[0025]优选地，无线网状网络为Thread协议网络，无线装置为Thread协议网络中的主导(Leader)节点。
[0026]优选地，无线网状网络为ZigBee协议网络，无线装置为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。
[0027]进一步优选地，无线装置周期性地发送数据帧，其中时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。
[0028]在第三方面，公开了一种无线装置，无线装置被配置成基于IEEE802.15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在无线网状网络中同步时间的方法，所述无线网状网络包括基于IEEE 802.15.4协议通信的多个网络节点，其特征在于，所述方法包括：所述网络节点发送的数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，其中所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；所述网络节点基于由所述开始帧起初分隔符触发的SFD中断以及所述时间头信息元素来执行时间同步。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述多个网络节点中的第一网络节点发送所述数据帧，所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述第一网络节点的本地时间或网络时间；所述多个网络节点中的第二网络节点接收并解析所述数据帧，并判断所述数据帧中的时间同步序列号是否大于本地的时间同步序列号；以及当判定所述数据帧中的时间同步序列号大于本地的时间同步序列号时，则所述第二网络节点根据所述数据帧中的当前网络时间更新本地时间。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：所述第二网络节点在接收到所述数据帧中的所述开始帧起初分隔符(SFD)时，触发所述SFD中断并记录时间戳为T1；继续接收直至接收到完整的所述数据帧，并解析所述数据帧以获得所述MAC帧头域中的当前网络时间T0，记录解析完成时的时间戳为T2；更新本地时间为T0+|T2
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T1|。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：所述多个网络节点中的第一网络节点在发送所述数据帧的过程中，在发送所述开始帧起初分隔符(SFD)后触发所述SFD中断，以将所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述第一网络节点的本地时间或网络时间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述数据帧还包括前导码序列(Preamble)、物理帧头域(PHR)、MAC载荷域以及MAC帧尾域(MFR)。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述多个网络节点中的第一网络节点通过单播或者广播的方式向其他网络节点发送所述数据帧。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据帧中的当前网络时间(Time)为64位。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据帧是信标帧、数据帧、响应帧或者命令帧。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据帧是自定义的专用数据帧。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述无线网状网络为Thread协议网络，所述第一网络节点为Thread协议网络中的主导
(Leader)节点。11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述无线网状网络为ZigBee协议网络，所述第一网络节点为ZigBee协议网络中的协调器(Coordinator)节点。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：所述第一网络节点周期性地发送所述数据帧，其中所述时间头信息元素中的时间同步序列号随着每个周期递增。13.一种无线装置，所述无线装置被配置成基于IEEE 802.15.4协议与无线网状网络中的其他无线装置进行通信，所述无线装置包括处理电路，其特征在于，所述处理电路被配置成：发送数据帧，其中，所述数据帧中包括开始帧起初分隔符(SFD)以及MAC帧头域(MHR)，所述MAC帧头域中包括时间头信息元素(Time Header Information Element)，所述时间头信息元素包括时间同步序列号(TimeSyncSeq)和当前网络时间(Time)；在发送所述数据帧的过程中，在发送所述开始帧起初分隔符(SFD)后触发所述SFD中断，以将所述时间头信息元素中的当前网络时间(Time)设置为所述无线装置的本地时间或网络时间。14.根据权利要求13所述的无线装置，其特征在于：所述无线装置通过单播或者广播的方式向无线网状网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曙，
申请(专利权)人：乐鑫信息科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：