[发明专利]一种面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法

说明书

本发明涉及一种面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，属于工业互联网领域，包括以下步骤：S1：边界网关的TSN模块以从时钟状态与TSN网络2的TSN交换机进行时钟同步；S2：在边界网关内部，TSN模块作为工业无线模块的主时钟，工业无线模块通过串口与TSN模块进行时钟同步；S3：工业无线网络中的路由设备以从时钟状态和边界网关的工业无线模块通过信标帧同步方式进行时钟同步，同时路由设备又作为节点设备的主时钟，对节点设备进行时钟同步；S4：终端侧转换节点以从时钟状态和工业无线网络的节点设备之间使用免时间戳同步方式进行时钟同步，最后TSN网络1的TSN交换机以从时钟状态和终端侧转换节点进行同步。

技术领域

本发明属于工业互联网领域，涉及一种面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法。

背景技术

传统制造工厂其工业控制网络、管理网络等内网可认为是封闭网络，外界无法访问，而随着智能制造的发展与应用推广，需要内部网络与外部网络进行互联互通；同时在旋转类机械装备、老旧工厂升级改造布线不方便和油气管线等生产现场距离过远等工业场景必须采用无线通信技术；更多工业互联用例如机器与机器交互协同、工厂物流、大型制造装备远程维护和AR/VR等则需要无线通信来满足其高效性需求和各方面性能指标。目前，包括有线和无线技术在内的融合网络研究已有一定基础并开始在自动化系统、智能城市和家庭区域网络中广泛部署。一方面有线网络由于拓扑稳定性和更小的数据包丢失率而具有更高的可靠性和性能；另一方面在空间范围移动性、能耗、数据吞吐量、及时性、可靠性和其他特征方面网络连接性要求各不相同，因此有必要结合有线和无线网络技术来为工厂网络提供所需的服务质量。

工业控制业务需要由具有确定时延及可靠保障的网络承载，TSN因具有确定时延转发能力且兼容以太网协议而受到广泛关注。然而，有线TSN不能满足海量传感器及AGV等新型设备在智能工厂的广泛部署需求，工业无线网络与TSN协同传输成为工业与自动化领域的研究热点。

时钟同步是指将系统中设备的时钟与某一特定的时间信息源之间的偏差限定在一定范围之内的过程，是分布式系统中尤为重要的技术，其目的是通过确保任意两个节点之间的有限最大偏移来建立具有预定义精度的全局时间概念。特别是在工业控制网络中，网络中的许多基本操作如对象跟踪、确定性调度以及资源管理等都离不开时钟同步，这意味着网络中的所有节点需要共享一个统一的时间尺度。

当工厂网络将无线网络和有线网络这两种不同通信协议的网络相融合时，如何进行跨网时间同步就成为了一个具有挑战的问题。目前国内外对跨网时间同步的研究还比较少。由于工业异构网络对实时性、低延迟等特征的高要求，直接采用已有的方法满足不了新型工业异构网络的诸多需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于有效地进行跨网时间同步，以异构网络为对象，通过IEEE 802.1AS、信标帧同步、免时间戳同步等同步方式同时结合统计学算法，研究异构网络中同步节点之间的时间建模和时间误差补偿模型，提高跨网时间同步精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，包括以下步骤：

S1：边界网关的TSN模块以从时钟状态与TSN网络2的TSN交换机进行时钟同步；

S2：在边界网关内部，TSN模块作为工业无线模块的主时钟，工业无线模块通过串口与TSN模块进行时钟同步，从而将时间信息从TSN网络1转发到工业无线网络；

S3：工业无线网络中的路由设备以从时钟状态和边界网关的工业无线模块通过信标帧同步方式进行时钟同步，同时路由设备又作为节点设备的主时钟，对节点设备进行时钟同步，从而确保工业无线网络的时钟同步；