[发明专利]一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法及装置

说明书

本申请提供了一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法及装置，属于通信技术领域，所述方法应用于基于超宽带通信技术的无线传感器网络中的从节点，所述无线传感器网络还包括主节点，所述方法包括：当接收到主节点发送的同步数据包时，生成接收时间戳，同步数据包携带有发送时间戳；获取主节点的基准时钟信号的信号表达式，并根据接收时间戳、发送时间戳、基准时钟信号的信号表达式、以及从节点的时钟信号的信号表达式，计算从节点的时钟信号与主节点的基准时钟信号之间的相位差；根据相位差和预设的补偿控制器，计算控制量；根据控制量，调节从节点的时钟信号的频率。采用本申请，能够提高无线传感器网络中各网络节点的同步精度。

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法及装置。

背景技术

在无线传感器网络中，由于不同网络节点包含的晶振间存在差异且易受环境因素的影响，因此，不同网络节点的晶振产生的时钟信号与基准时钟信号之间会存在频率和相位的漂移，为保证无线传感器网络的有效工作，需要对无线传感器网络中各网络节点的时钟信号进行同步。

现有技术中，可以基于蓝牙无线通信技术对各网络节点的时钟信号进行同步，具体处理过程包括：无线传感器网络中的每个从节点可以接收主节点发送的同步数据包，同步数据包携带有发送时间戳；然后，从节点可以在接收到同步数据包后生成接收时间戳；之后，从节点可以根据发送时间戳和接收时间戳，计算时钟信号的补偿量，并根据该补偿量调节时钟信号的频率，由此，实现各网络节点的时钟信号的同步。

然而，蓝牙无线通信技术的带宽有限，无法精确的记录同步数据包的发送时间戳和接收时间戳，导致无线传感器网络中各网络节点的同步精度低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法及装置，以实现提高无线传感器网络中各网络节点的同步精度。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法，所述方法应用于基于超宽带通信技术的无线传感器网络中的从节点，所述无线传感器网络还包括主节点，所述方法包括：

当接收到所述主节点发送的同步数据包时，生成接收时间戳，所述同步数据包携带有发送时间戳；

获取所述主节点的基准时钟信号的信号表达式，并根据所述接收时间戳、所述发送时间戳、所述基准时钟信号的信号表达式、以及所述从节点的时钟信号的信号表达式，计算所述从节点的时钟信号与所述主节点的基准时钟信号之间的相位差；

根据所述相位差和预设的补偿控制器，计算控制量，所述补偿控制器包括比例调节和积分调节PI控制器；

根据所述控制量，调节所述从节点的时钟信号的频率。

可选的，所述相位差的表达式为：

其中，所述为所述从节点第k次接收到所述同步数据包时，所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的相位差，所述k₀为压控系数，所述u(k)为所述从节点第k次接收到所述同步数据包后产生的控制量，所述T_syn为预设的同步周期，所述Δf为所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的频率差；

所述控制量的表达式为：其中，所述k_p为预设的比例系数，所述k_i为预设的积分系数。

可选的，所述发送时间戳为上一次接收到的同步数据包的发送时间戳时，所述根据所述接收时间戳、所述发送时间戳、所述基准时钟信号的信号表达式、以及所述从节点的时钟信号的信号表达式，计算所述从节点的时钟信号与所述主节点的基准时钟信号之间的相位差包括：