[发明专利]同步网络节点的方法及其系统和装置

说明书

技术领域

本发明涉及同步网络节点的方法。特别但非排他地，本发明涉及一种将彼此间隔的网络节点同步到基于全球定位卫星系统(GNSS)的参考时标的方法。本发明进一步涉及用于将彼此间隔的网络节点同步到基于全球定位卫星系统(GNSS)的参考时标的同步装置和同步系统。

背景技术

相对于系统参考时间来同步网络节点是许多网络应用中的重要需求。为关键的应用领域设计复杂网络系统的核心问题是保持每个网络节点相对于给定系统时标同步的可能性。当节点间的通信链接不能直接使用以获得系统范围同步时，这个问题变得更为关键。

纳秒和皮秒量级的高性能同步，是很多应用领域的基本需求。例如，在一些领域可能需要这种同步，诸如定位、布置以及基于区域的应用，复杂监控和控制系统，其跨越广泛节点间基线、金融交易、分布式生产线、针对生命安全(SoL)和公众防护应用的环境监控系统，以及总之，任何高负载的、基于时间标签(time-tagging)的分布式系统。

网络同步应该在性能和必需的功能性方面考虑系统需求，例如：

网络危险水平：即低(例如，一般鲁棒性且无生命危险)、中(例如，高鲁棒性但无生命危险)、或高(例如SoL网络)；

网络覆盖水平(考虑网络包络的长轴)：小(＜300km)，中(＜5000km)或高(＞5000km)；

网络安全水平：开放(例如科学应用)，中等(例如仅在通信层安全)，或安全(例如不同的安全级，例如数据、通信......)；

网络复杂水平：简单/中等(不慢且不可靠的通信连接)，或复杂(例如异构网络)。

各种各样以及大量的不同需求导致了一个问题，即如何提供一种能够应对任何需要的独特的同步系统。相反地，这种同步必须由以期望的解决方案为目标的ad-hoc类型的系统提供。

在同步领域，已经进行了多种开发。大量定时系统基于来自GNSS人造卫星系统，例如GLONASS，GPS以及未来GALILEO人造卫星系统的导航信号。应理解，名词GNSS也指所有的类似的卫星导航类型的系统，包括基于地面的发射器，其用于发射导航信号。导航信号对于同步应用来说是理想的，因为导航信号由非常稳定的源产生，且发射器的位置刚好已知。进一步地，GNSS人造卫星发射的信号覆盖世界范围，且参照公共全球时间参考。导航信号通常以伪距离(pseudo-range)形式使用，这是由在接收器内部的，载波调制的有限长度的、GNSS人造卫星发射的伪随机噪声(PRN)码，以及接收的信号内部产生的复本之间的校正处理造成的。PRN码的频谱性质(例如扩频)使其成为测距应用(ranging application)的理想信号。而伪距离测试的精确性被带宽和信噪比限制到米的量级。甚至对于不同的系统，其中传播延时可以被消除，这对于高精度时间转换(transfer)应用显然是不足的。

国际专利申请WO 01/61426描述了一种具有彼此远距离定位的多个GNSS接收器的方法和系统。每个GNSS接收器连接到中央处理系统，该中央处理系统计算各个GPS接收器时间信号之间的偏移。所述系统的缺点在于，每个GPS接收器需要连接到中央处理系统，因此随着网络中的接收器数量增长，中央处理系统的计算负载和数据负载显著增长。进一步地，时间同步计算是在由每个接收器估计的时间上进行的，因此包括任何影响用于位置确定的导航方案的误差(例如位置中的误差被转换为时间确定中的误差)。

发明内容

本发明旨在解决上述问题。

总的来说，本发明旨在提供一种利用GNSS信号同步网络节点的方法和系统，通过提供可配置的分布式网络来实现，其中计算负载和数据负载可从中央处理器分配到一个或多个主处理器。本发明进一步旨在提供灵活且可升级的网络性能和覆盖，从而应对不同的需要和网络拓扑。

根据本发明的第一方面，提出了一种将多个空间分离的网络节点同步到控制中心的时间参考的方法。该方法包括从该多个节点的每一个接收测量数据；根据测量数据排序该多个节点；根据所述排序从该多个节点中选择一个或多个主节点；将该多个节点中的每一个分配给相对应的主节点或控制中心；确定在每个节点测量的本地时间和在其相对应的主节点测量的本地时间之间的第一时间偏移，并确定每个主节点和参考时间之间的第二时间偏移，从而可以确定在每个节点测量的本地时间和参考时间之间的时间偏移。

因此，精确的同步所需要的计算负载和数据负载可从控制服务器分配到多个主节点，使得在控制中心的计算负载和数据负载显著降低。此外，由于主节点及其分配的网络节点之间的距离比该节点和控制中心之间的距离短，考虑到同步性能随着距离而减小，因此可获得更精确的同步。