[发明专利]基于TDMA的工业无线网络时间同步校正方法

摘要

本发明涉及工业自动化、无线通讯领域，具体公开了一种基于TDMA的工业无线网络时间同步校正技术。本技术采用通过对TDMA通信机制的研究，分析了工业无线网络中节点之间时间同步的重要性，发明了一种高精度的时间同步技术。本技术具有时间精度高，计算量小，数据传输负荷小等优点。采用自主研发的WH‑M模块，在系统时钟为24M，漂移误差为10ppm的误差情况下，利用PC机和串口调试工具SSCOM32.exe等平台，验证了该技术的效果，可以得到该技术可以减小83%的时间同步误差，并且该技术对于TDMA网络具有通用性。

主权项

1.基于TDMA的工业无线网络时间同步校正方法，运行在TDMA网络平台，TDMA网络将时间轴划分成一定长度的超帧，每个超帧划分为若干时隙；在一个超帧内给网络中的每个节点分配一定数量的时隙以接收或发送信息，每个网络节点均有精确的定时；网络中各个节点必须时钟同步，才能实现正常的通信；其特征在于：时钟同步，在网络中各个节点通过报文交换、参考同一节点、利用算法估计对方时间的方式实现节点各个时间相同；时钟同步，在网络中各个节点之间完成时间同步过程外，需要时间同步的节点根据每次同步的偏差值，进行本地TDMA时隙长度的调整，实现本地TDMA网络时隙的闭环控制，实现全网TDMA时隙偏差减小；时隙校正项SlotCounter_Adj；1)时隙校正项SlotCounter_Adj为整数；由于定时器计数值SlotCounter_Current必须为整数，若校正项SlotCounter_Adj为整数，那完全可以直接计算得到SlotCounter_Current的数值；2)时隙校正项SlotCounter_Adj为非整数；若校正项SlotCounter_Adj为非整数，则令SlotCounter_Adj_S＝[SlotCounter_Adj]，SlotCounter_Adj_L＝[SlotCounter_Adj]+1，根据选取精度delt得到精度等价周期CycleNum＝(1/delt)，其中delt取值为0.1或0.01，得到小数部分值为MicroAdj＝SlotCounter_Adj‑SlotCounter_Adj_S，则小数部分对应的时隙调整间隔为SlotInterval，SlotInterval_S＝[SlotInterval]，SlotInterval_L＝[SlotInterval]+1，[]为取整运算，在CycleNum个ASN周期内，以SlotInterval_S周期调整Num_S次，以SlotInterval_L周期调整Num_L次，则有如下等价约束关系：Num_S+Num_L＝CycleNum*MicroAdj；   式1SlotInterval_S*Num_S+SlotInterval_L*Num_L＝CycleNum；   式2SlotInterval_L‑SlotInterval_S＝1；   式3联立式1，式2，式3，解得：Num_S＝CycleNum*MicroAdj*SlotInterval_L‑CycleNum；Num_L＝CycleNum‑CycleNum*MicroAdj*SlotInterval_S；在一个TDMA工业无线网络中，采用时隙调整值为SlotCounter_Adj_L时候，以SlotInterval_S为周期，调整Num_S次，然后以SlotInterval_L为周期，调整Num_L次，其余不满足周期要求的时隙采用调整值SlotCounter_Adj_S，这样就实现了在CycleNum个ASN的时段内，实现平均每个时隙调整值与非整数SlotCounter_Adj完全等价；基于TDMA时间同步校正方法；假设在一个工业无线网络N中，节点B需要与节点A进行时间同步，做出以下假设：节点A和B之间的时钟偏差全部来源于晶振的时钟漂移；节点A的时钟与网络中其他节点的时钟严格一致；每次时间同步完成的瞬间节点A和B的时钟完全相同，即TDMA的时隙偏差为零；如果两个节点某次时间同步的绝对TDMA时隙号ASN记为ASN_Last，此时节点B时隙长度为SlotLength，映射到本地的定时器计数个数为SlotCounter_Last，下一次两个节点时间同步时候的时间偏差值的调整值为T_Adj，此时的ASN为ASN_Current，两次同步之间的ASN间隔为ASN_Delt＝ASN_Current‑ASN_Last，采用时隙长度校正的同步算法中，节点B除了进行正常的时间同步，调整时隙偏差外，还需要调整时隙长度计数器计数个数为SlotCounter_Current＝SlotCounter_Last+(T_Adj/ASN_Delt)*(SlotCounter_Last/SlotLenth)；这里规定(T_Adj/ASN_Delt)*(SlotCounter_Last/SlotLenth)为时隙校正项SlotCounter_Adj；这样，网络节点将按照新的时隙长度运行TDMA网络时隙计时，基于TDMA的时间同步校正技术实现了TDMA网络时隙的闭环控制。