[发明专利]面向实时Wi‑Fi网络的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线控制网络时钟同步技术领域，具体为面向实时Wi-Fi网络的时间同步方法。

背景技术

IEEE 802.11协议标准所具有的高速性、灵活性，使其成为工业无线控制网的首选技术。Wi-Fi虽然具有媲美以太网的高吞吐量，但是其采用CSMA/CA机制，无法保证严格时延要求，故不能正确处理“实时”操作。本发明正是基于此场景提出的。

发明内容

本发明的目的在于根据现有针对WLAN中Infrastructure BSS时钟同步研究的不足，在普通Wi-Fi基础上，禁用CSMA/CA机制，引入TDMA通信机制，提供一种面向实时Wi-Fi网络的时间同步方法。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，一种面向实时Wi-Fi网络的时间同步方法，包括以下步骤：

第一步：设计无线网卡驱动模块，该驱动模块包含以下子模块：信道接入控制模块、链路调度模块、定时器和消息队列；其中，信道接入控制模块用于管理接入的站；链路调度模块用于对接入的站安排调度顺序；定时器用于触发链路调度；消息队列与链路调度模块进行交互，进行消息处理与发送；

第二步：建立相对时钟模型；首先，分别建立主时钟模型和从时钟模型，主时钟模型为：

C^main(t)＝a_main×t+b_main

从时钟模型为：

C^slave(t)＝a_slave×t+b_slave

其中，a_main表示主时钟时钟偏斜，b_main表示主时钟时钟偏移量，a_slave表示从时钟时钟偏斜，b_slave表示从时钟时钟偏移量，t表示当前时刻，C^main(t)表示主时钟TSF时间戳值，C^slave(t)表示从时钟TSF时间戳值；

然后，由主、从时钟模型，推导出相对时钟模型：

上式可简化为：

C^slave(t)＝a_s2mC^main(t)+b_s2m

其中，a_s2m表示从时钟相对于主时钟的时钟漂移(Relative Clock Drift)，b_s2m表示从时钟相对于主时钟的时钟偏移量(Relative Clock Offset)；

第三步：开始第一阶段同步，即进行样本数据采集。每次采集可以获得一对主从时间戳的值，以表示，其中i代表同步次数；通过主从时间戳计算得到的时钟偏移量offset_i来调节从时钟；

第四步：开始第二阶段同步。首先使用最小二乘法拟合计算第二步所建立的相对时钟模型的a_s2m和b_s2m，进行拟合计算时，去除样本数据中最大和最小的一对时间戳值；然后，利用a_s2m和b_s2m对从时钟TSF时间值C^slave(t)进行修正；最后，动态更新样本数据，保持样本大小不变，在同步过程中，使样本数据不断向前滑动选取，去除样本数据中存在时间最长的一对主从时间戳值，增加最近一次同步的一对主从时间戳值。

本发明的有益效果是：本发明通过无线修改网卡驱动模块，增加信道接入控制模块、链路调度模块、定时器和消息队列，实现实时Wi-Fi网络主从时钟同步；使用较少的样本数据量进行拟合计算，减少了节点CPU等计算资源的消耗；同时，采用最小二乘法拟合计算，减少了由于Beacon帧丢失导致的误差放大，也减少了从时钟时钟校准的次数。

附图说明

图1时钟同步流程图；

图2实施例中ATH9K驱动设计图；

图3实施例中同步效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将更加明显。