[发明专利]基于IEEE1588协议的无线自组织网络时钟同步方法

摘要

本发明公开了一种基于IEEE1588协议的无线自组织网络时钟同步方法，用于解决现有时钟同步方法时钟同步精度差的技术问题。技术方案是首先进行全网初始化，确定主时钟节点和从时钟节点；进行主从时钟节点间的时钟同步通信时延测量，获得出主从通信时延、从主通信时延以及主从节点间的单向时延；将单向时延进行最小退避窗口下的限幅滤波处理，将限幅处理后的单向时延通过一阶无限冲激响应滤波器进行滤波估计处理；计算主从节点间的时钟偏差，并根据离散线性卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行最优化估计；构建基于PI控制器的时钟伺服系统实现从时钟高精度跟踪主时钟。保证了无线自组织网络下时钟间时钟偏差的稳定性，达到了较高的时钟同步精度。

主权项

1.一种基于IEEE1588协议的无线自组织网络时钟同步方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，全网初始化，确定主时钟节点和从时钟节点；步骤二，进行主从时钟节点间的时钟同步通信时延测量，获得出主从通信时延、从主通信时延以及主从节点间的单向时延；步骤三，将步骤二中获得的单向时延进行最小退避窗口下的限幅滤波处理，即只允许属于最小退避窗口下的单向时延限幅过滤通过，对于不属于最小退避窗口下单向时延，采用低通滤波进行处理；判断的依据是单向时延是否小于等于最小退避窗口下的单向时延限幅值；所述的最小退避窗口下的单向时延限幅值，由应用层产生数据到形成MAC层封包的时间、最小退避窗口时MAC层等待信道空闲的时间、发送节点物理层发送数据帧的所用时间、数据帧在无线信道中传输所产生的时延、接收方物理层为了完成数据帧的接收所花费的时间、接收方将MAC层封包解封装并提取数据交给相应应用层进程的时延六部分组成；步骤四，将限幅处理后的单向时延通过一阶无限冲激响应滤波器进行滤波估计处理；所采取的一阶无限冲激响应滤波器的公式如下：s*y(k)-(s-1)*y(k-1)＝[delay(k)+delay(k-1)]/2    （1）式中，delay(k)为k时刻经步骤三得到的限幅处理后的单向时延，y(k)为k时刻经过步骤四后得到的单向时延，s为滤波器刚度，取整数；通过调整s调整滤波器的截止频率；系统刚开始时，s＝1，随着时间增加，逐渐增加s直到最大值；步骤五，计算主从节点间的时钟偏差，并根据离散线性卡尔曼滤波算法实现对时钟偏差的最优化估计；其中，实施离散线性卡尔曼滤波估计算法所需要的状态方程和观测方程，如下式：式中，当前系统状态为k，offset(k)为主从时钟节点当前状态的时钟偏差状态值，offset(k-1)为主从时钟节点上一状态的时钟偏差状态值，offset(k)_测为主从时钟节点当前状态的时钟偏差观测值，Δε(k)为主从时钟节点当前状态相对于上一状态的时钟源晶振抖动差，δd(k)为当前状态主从时延相对于单向时延的差值；所用离散线性卡尔曼滤波算法方程组如下：式中，offset(k|k-1)为上一状态预测的结果，offset(k-1|k-1)为上一状态最优的结果，offset(k|k)为当前状态的最优化估算值，P(k|k-1)为offset(k|k-1)对应的协方差，P(k|k)为offset(k|k)对应的协方差，K_g为卡尔曼增益，Q和R分别为过程噪声和测量噪声的方差；步骤六，构建基于PI控制器的时钟伺服系统实现从时钟跟踪主时钟；所述的PI控制器由比例P和积分I两个环节构成的闭环控制系统，其中比例项P用来消除输入误差，即主从时钟之间的时间偏移，积分项I用于消除系统的稳态误差，即减少主从时钟的速率差；PI控制器方程式为y(k)=offset(k)/Ap+a(k)a(k)=offset(k)/AI+a(k-1)---(4)]]>式中，offset(k)为当前时钟偏差，A_p为比例项P参数，A_I为积分项I参数，y(k)为将要调整的时钟滴答频率。