[发明专利]一种无线局域网时间同步方法

说明书

本发明公开了一种无线局域网时间同步方法，该方法基于星型拓扑结构的工业无线局域网，整个同步方案考虑到网络系统的启动、同步以及节点故障重启的情况，包括监测阶段和同步阶段。监测阶段负责监测网络中同步节点的情况，同时测量压缩主机节点和同步节点之间的传播时延；同步阶段通过节点之间数据包的交互传输，利用固化算法、压缩算法和时间修正算法使网络系统中的所有节点达到同步状态。本发明方法能够在较短时间内使网络系统中所有节点达到时间同步状态，并且当网络中存在节点故障或新节点加入的情况时，不会影响整个网络的同步状态。

技术领域

本发明涉及一种无线局域网时间同步方法，属于无线局域网通信技术领域。

背景技术

“互联网+”的大背景下，将无线网络技术应用到高速工厂自动化无线通信领域成为了一个非常具有潜力的研究方向。高速工厂自动化无线网络对无线技术有两点最基本的要求，一是最低1kHz的采样率；二是数据实时传输。现有的无线技术标准，包括面向工业过程自动化的三大无线网络标准，均无法同时保证数据实时传输和高采样率。而在混合“有线-无线”工业网络自动化应用中，使用基于IEEE802.11协议标准的无线局域网是一个不错的选择，且无线局域网设备价格合理，工业级AP在功能上与家用、办公用的无线局域网设备相同。而其他网络，比如IEEE 802.15.4协议的无线传感器网络或基于IEEE 802.15.1协议的无线个人区域网络等在吞吐量和与以太网的互操作性上明显低于无线局域网。

虽然无线局域网具有媲美有线以太网的高吞吐量，可以达到较高的采样率，但是无线局域网并不关注数据实时传输的性能，使其不被工厂自动化领域使用。目前，无线局域网所使用的IEEE 802.11协议在介质访问控制层采用载波侦听多路访问机制，无法保证数据传播时延；而时分复用机制的无竞争信道接入方式可以有效地提高信道利用率，在满足定时和同步的条件下，可以保证基于时分复用机制的无线局域网的确定性传输行为，避免碰撞冲突，保障严格的时延要求。

利用时分复用机制的数据包传输方式的前提是网络中各个节点的时间必须达到同步状态。所以，时间同步技术被广泛应用在基于实时以太网的通信系统中。时间同步技术主要利用底层通信网络，保持不同节点的本地时间相对一致。而IEEE 802.11协议中的定时同步功能提供的同步精度达不到工业使用的要求。所以，要想达到工业应用的同步精度，必须借助其他时间同步协议的设计思想，根据无线局域网自身的特点，设计、优化和实现符合要求的时钟同步算法，比如：在无线局域网中使用精密时间协议和时间触发以太网中AS6802同步协议等。

综上所述，在无线局域网中引入时分复用通信机制和集中式信道管理机制，通过使用时间同步协议保持全网节点的本地时间同步，便可实现无线局域网节点数据的实时传输。所以，在面向高速控制的工业生产应用背景下，研究无线局域网中的时间同步，是一个非常有意义的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无线局域网时间同步方法，能够在较短时间内使网络系统中所有节点达到时间同步状态，并且当网络中存在节点故障或新节点加入的情况时，不会影响整个网络的同步状态。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无线局域网时间同步方法，该方法包括监测阶段和同步阶段，且监测阶段和同步阶段交替进行，包括如下步骤：

步骤1，在监测阶段，压缩主机节点探明网络中的所有同步节点，并测量传播时延，将传播时延发送到各个同步节点，所述同步节点包括同步主机节点和同步客户节点；具体过程为：

步骤1.1，压缩主机节点上电后广播发送请求包以探测网络中的同步节点；

步骤1.2，同步节点以收到请求包的时刻为起始时刻按照事先配置好的序号依次向压缩主机节点发送回应包；

步骤1.3，压缩主机节点收到回应包后根据时延算法计算出与各个同步节点之间的传播时延；