[发明专利]用于在通信装置间进行同步和补偿时钟漂移的方法和装置

说明书

本发明的名称为“用于在通信装置间进行同步和补偿时钟漂移的方法和装置”。为了在互连来形成网状通信网络的多个通信装置之间进行同步和补偿时钟漂移，除一个给定通信装置以外的所有的通信装置进行第一基于分布式一致性的同步。给定通信装置进行：获取至少从来源于第一基于分布式一致性的同步的时钟定时和参考时钟定时之间的差别导出的第一校正信息；以及通过网状通信网络传送第一校正信息。除所述给定通信装置以外的所有的通信装置还进行通过考虑到所传送的第一校正信息而更新来源于第一基于分布式一致性的同步的时钟定时。

技术领域

本发明通常涉及基于网格的通信网络的通信装置之间的同步和时钟漂移校正。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已得到兴趣和普及，用于自配置、相当不贵、并且对非常广范围的可能应用（例如能量控制、环境监测、工业自动化等）有用。

智能仪表网络（Smart Meter Network，SMN）是这样的无线传感器网络的应用例子。智能仪表通常是记录给定时期间隔中的电能消耗并且通信该信息给用于监测和收费目的的服务器的电表。智能仪表通常能够接收来自中央系统的命令。智能仪表也用于其他数据捕获领域中并且也可以例如指测量天然气或水消耗的装置。

在这样的通信网络中，期望通信装置以同步方式动作。特别地，期望设立全局时钟同步（global clock synchronization），即所有的通信装置参考公共的时间参考。这意味着，当通信装置之间的传播时间段与当通信装置的振荡器不严格等效时，时钟漂移从一个通信装置出现到另一通信装置。这一时钟漂移需要被校正或补偿。此外，两个通信装置之间的绝对时钟定时（clock timing）也必须尽可能地对准。

在无线传感器网络中并且因此在智能仪表网络中，由于这些网络的网状结构，致使全局时钟同步很复杂。实际上，典型地以自组织（ad hoc）方式形成这样的通信网络。因此，所有的通信装置不能彼此直接通信或与主通信装置直接通信，并且必须建立多跳（multi-hop）通信。

通过使用这样的无线网状通信网络的多跳特性来进行全局时钟同步是有可能的。一个主通信装置定义为全局时钟参考，然后建立以该主通信装置为根的生成树（spanningtree）。每个节点将自己与定义的生成树中的其父节点同步并且补偿探测到的与其父节点的时钟漂移。然而，这一方式具有大的缺点。实际上，当无线网状通信网络具有许多通信装置时或当通信装置之间的地理距离是几百米或甚至千米量级时，同步信息的传播时间显著地高。这对于TDMA（时分多址）调度是特别地易损害的，这是因为TDMA调度要求随跳数的增加和/或通信装置之间的距离的增加而增加互通间隙的长度。这显著减小了整体无线网状通信网络有效带宽以避免通信干扰。

为了避免此传播时间问题，可使用基于分布式一致性的同步（distributedconsensus-based synchronization）方式，其对于网络拓扑改变也更具鲁棒性。根据此方式，无线网状通信网络的所有装置参与参考时钟定时的确定。每个通信装置通过在预定的时刻传送同步信号来示出时钟定时的自己的视角。由于一个通信装置与另一通信装置的时钟定时视角不同（归因于时钟定时的未对准，其来源于不可忽略的传播时间段和振荡器性能中的差别），所以在不同的时刻有效地进行传送。每个通信装置测量其自己的时钟定时和由另一通信装置示出的时钟定时观察之间的相对时差，并且因此调整其自己的时钟定时。因此，通信装置向大体上相同的时钟定时收敛。然而，通信装置向其收敛的时钟定时可能受时钟漂移（其可导致传送频移）的影响。此外，当每个群集（cluster）施加其自己的基于分布式一致性的同步但其中所有的群集共享相同的传送资源（即TDMA型接入中的时间或FDMA（频分多址）型接入中的频率）时，基于分布式一致性的同步的这样的漂移可能产生通信装置的群集之间的干扰。

前述未对准和时钟漂移问题还可能发生在其他种类的网状通信网络（例如长距离网状光网络或长距离网状有线网络）中。