[发明专利]基于TDMA的工业无线网络时间同步校正方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及无线传输技术、网络技术、物联网领域，具体地说是一种基于工业无线网络的节点时间同步的方法。

背景技术

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从现场设备到各个控制领域，而兴起于本世纪初的工业无线技术引发了传统工业测控模式的重大变革，工业无线网络是从新兴的无线传感器网络发展而来的、具有低成本、低能耗、高度灵活性等特点。已成为继工业总线后又一个研究热点，现在国际上的以美国、德国为代表的西方工业强国投入巨资展开了工业无线关键技术研发工作，本设备也正是适应国际形式，自主研发的我国工业通讯网络设备。工业无线网络是一种面向设备间信息交互的无线通信技术，是对现有无线通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升，是降低工业测控系统成本、扩展应用范畴的革命性技术。工业无线网络技术改变了现有系统控制信息传递的方式。

工业无线网络是一种应用在恶劣的工业现场环境，具有较高的抗干扰能力、高的安全性和实时性，以上这些要求是工业无线需要突破的技术难题。其中，目前主流的工业无线网络都使用了TDMA技术，为了保证工业无线网络的正常工作，时间同步技术正在成为工业无线网络的一项关键技术，正在受到越来越多的专家学者关注和研究。然而现有的网络节点之间的时间存在如下误差来源：

(1)晶振频漂影响

理想情况下，各节点时钟频率相同，同步一次之后稳定运行，不会产生累积偏差。实际情况下，由于网络节点的时钟都不是完全统一的，节点的本地时钟彼此之间会在时间上漂移，所以观察到的时间或者时间间隔对于网络中的节点来说是彼此不同的。

(2)随机误差影响

学者Elson等人仔细分析了多个接收节点在相同的接收机制下对同一个广播数据分组打时间戳会出现时间差异的问题。经过对多组数据分析，得出各接收节点时间戳之间的差异符合正态分布规律。随机误差也是影响时间同步的一个因素。

发明内容

为了使工业无线网络时间同步精度更高，本发明的目的是提供一种基于TDMA的工业无线网络时间同步校正方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

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；

网络中各个节点的必须时钟同步，才能实现正常的通信；

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。

所述TDMA时隙长度调整，在实现过程中，由于硬件定时器计数值必须为整数，根据选取精度得到等价周期；