一種實現時間同步的方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種實現時間同步的方法和系統，包括：時間源無線設備向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，所述時間預發布數據包包括預發布標準時間；待時間同步無線設備向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間早于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列；當待時間同步無線設備檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。本發明能夠提高時間同步的精度。
【專利說明】—種實現時間同步的方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及物聯網技術，尤指一種實現時間同步的方法和系統。
【背景技術】
[0002]在物聯網應用中，物聯網設備的時間同步往往需要作為傳感器監測數據時間校準的基礎，物聯網設備可能需要獲得一個標準時間作為當前數據的時間戳標識。
[0003]在傳統的通信網絡中，主要在應用層實現網絡時間的同步。如網絡時間協議(NTP，Network Time ProtocoI),利用發布的時間戳消息和獲得的時間戳應答消息間的時間差對設備始終進行校準。該方法中時間同步的誤差來源于設備與時間源間雙向網絡鏈路的時延差。在無線物聯網應用場景中，由于物聯網設備部署環境復雜的特點，物聯網設備到時間源(如無線接入點、基站等)的網絡層以上的雙向鏈路時延不確定性很大。例如在3GPP標準中關于機器通信(MTC)的用例中，就有地下物聯網設備部署的場景，其信號信噪比可達_20dB以下，誤碼率較高，單向數據包傳輸時延可能從Ims到數秒不等。即使采用目前考慮的TTIbinding等覆蓋增強策略，單向數據包傳輸時延動態范圍仍然很大。這時物聯網設備與基站間雙向網絡鏈路的時延差就會特別大，而且極度不確定。直接采用傳統的時間同步方法將無法滿足物聯網設備數據采集的時間同步需求，如地下管道傳感器監測網絡或者地下地震數據傳感器網絡的時間同步需求。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明提出了一種實現時間同步的方法和系統，能夠提高時間同步的精度。
[0005]為了達到上述目的，本發明提出了一種實現時間同步的方法，包括:
[0006]時間源無線設備向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，所述時間預發布數據包包括預發布標準時間；
[0007]待時間同步無線設備向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；
[0008]時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列；
[0009]當待時間同步無線設備檢測到無線信號序列，將自身時間設置為所檢測到無線信號序列對應的時間。
[0010]優選地，當所述時間源無線設備判斷出接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間時,該方法還包括:
[0011]所述時間源無線設備根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間；
[0012]所述時間源無線設備在所述新的發布時間向所述待時間同步無線設備發送與所述時間間隔對應的無線信號序列。[0013]優選地，所述根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間包括:
[0014]計算所述接收到預發布確認數據包的時間與所述預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔；
[0015]將獲得的時間間隔加上所述預發布標準時間得到所述新的發布時間。
[0016]優選地，所述與時間間隔對應的無線信號序列與所述預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。
[0017]優選地，所述待時間同步無線設備未檢測到所述無線信號序列時，該方法還包括:
[0018]所述待時間同步無線設備繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
[0019]本發明還提出了一種時間同步的系統，至少包括:
[0020]時間源無線設備，用于向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，所述時間預發布數據包包括預發布標準時間；接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列；
[0021]待時間同步無線設備，用于向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。
[0022]優選地，所述時間源無線設備，還用于:
[0023]判斷出接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間，根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間；在所述新的發布時間向所述待時間同步無線設備發送與所述時間間隔對應的無線信號序列。
[0024]優選地，所述根據所述接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間包括:
[0025]計算所述接收到預發布確認數據包的時間與所述預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔；
[0026]將獲得的時間間隔加上所述預發布標準時間得到所述新的發布時間。
[0027]優選地，所述與時間間隔對應的無線信號序列與所述預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。
[0028]優選地，所述待時間同步無線設備，還用于:
[0029]未檢測到所述無線信號序列，繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
[0030]與現有技術相比，本發明包括:時間源無線設備向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，時間預發布數據包包括預發布標準時間；待時間同步無線設備向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間早于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列；當待時間同步無線設備檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。通過本發明的方案，時間源無線設備在預發布標準時間發送物理層信號，即無線信號序列，從而進行時間同步，由于物理層信號時延較小，使得同步的時間精度較高。【專利附圖】
【附圖說明】
[0031 ] 下面對本發明實施例中的附圖進行說明，實施例中的附圖是用于對本發明的進一步理解，與說明書一起用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限制。
[0032]圖1為本發明的實現時間同步的方法流程圖；
[0033]圖2為本發明的實現時間同步的系統結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作進一步的描述，并不能用來限制本發明的保護范圍。
[0035]參見圖1，本發明提出了一種實現時間同步的方法，包括:
[0036]步驟100、時間源無線設備向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，時間預發布數據包包括預發布標準時間。
[0037]本步驟中，預發布標準時間即是時間源無線設備和待時間同步無線設備之間進行同步的時間。
[0038]本步驟中，時間源無線設備發送時間預發布數據包的時間和預發布標準時間之間的差值可以預先設定，例如，時間源無線設備可以在預發布標準時間之前10分鐘發送時間預發布數據包。
[0039]步驟101、待時間同步無線設備向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包。
[0040]步驟102、時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列。
[0041]本步驟中，由于從時間源無線設備發送時間預發布數據包到接收到預發布確認數據包之間的時延不確定，因此，在時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，需要判斷接收到預發布確認數據包的時間是否已經超過預發布標準時間，如果沒有超過，即接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，則在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號；如果超過，即接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間，則時間源無線設備根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據時間間隔計算新的發布時間；并在新的發布時間向待時間同步無線設備發送與時間間隔對應的無線信號序列。
[0042]其中，接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間是指接收到預發布確認數據包的時間小于或等于預發布標準時間。
[0043]其中，根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據時間間隔計算新的發布時間包括:
[0044]計算接收到預發布確認數據包的時間與預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔；將獲得的時間間隔加上預發布標準時間得到新的發布時間。
[0045]其中，預設時間間隔可以根據當前網絡通信狀況來確定，主要根據信號傳輸過程中的時延確定，時延較大時，可以取預設時間間隔大一些，否則可以取小一些。
[0046]本步驟中，待時間同步無線設備可以采用匹配濾波等方法檢測是否存在無線信號序列。
[0047]本步驟中,無線信號序列的設計可以采用Zadoff-Chu序列。
[0048]本步驟中，為了保證信號傳輸的準確性，可以將無線信號序列的長度設置的長一些。無線信號序列的長度跟系統的信噪比要求、幀長和正交序列的數目有關。一般無線信號序列的長度在20-100左右，視系統的不同而不同。考慮序列的長度的同時也會考慮幀長，使得能夠構成完整的物理幀。相同性能下，正交序列的數目越多，要求無線信號序列的長度越長。
[0049]本步驟中，與時間間隔對應的無線信號序列與預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。不同的時間間隔對應不同的無線信號序列，各個無線信號序列之間滿足正交關系。
[0050]步驟103、當待時間同步無線設備檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。
[0051]本步驟中，待時間同步無線設備未檢測到無線信號序列時，待時間同步無線設備繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
[0052]本步驟中，待時間同步無線設備檢測到無線信號序列時，可以根據無線信號序列確定時間間隔，并用確定的時間間隔加上預發布時間從而得到無線信號序列對應的時間。
[0053]在步驟102和步驟103中，可以分別在時間源無線設備和待時間同步無線設備設置無線信號序列和預設時間間隔之間的對應關系，兩者設置的對應關系必須一致，才能進行時間同步。
[0054]實施例1
[0055]時間源無線設備A欲向待時間同步無線設備B進行時間發布，系統采用單個無線信號序列，并基于具有良好自相關特性的m序列進行設計。設備A在當前時間為11點55分O秒O毫秒時，提前5分鐘向設備B發出預發布時間數據包，預發布時間為12點O分O秒O毫秒，由于信道質量不佳，經過反復重傳，設備B在11點57分11秒11毫秒時成功解調出設備A發送的預發布時間數據包，并回復預發布時間確認數據包，由于信道質量不佳，經過反復重傳，設備A在11點57分17秒11毫秒時解調出設備B返回的預發布時間確認數據包，并在12點O分O秒O毫秒時發出規定的無線信號序列，設備B利用基于匹配濾波的檢測算法檢測出設備A發出的無線信號序列，將時間設置為12點O分O秒O毫秒，完成時間同步。同步誤差為設備B檢測設備A發出的特定無線信號序列的時間，僅為微秒級。
[0056]同步誤差為無線電波的傳輸時間(可以忽略)加上無線信號序列的持續時間。無線信號序列的持續時間為NTs，N為無線信號序列的符號長度，Ts為每個符號的持續時間，約等于無線信號帶寬的倒數。當信號帶寬為IMHz時，N為10時，同步誤差約等于10微秒。
[0057]實施例2
[0058]時間源無線設備C欲向待時間同步無線設備D進行時間發布，系統采用4個無線信號序列，并基于具有良好正交性和自相關性的ZadeofT-Chu序列進行設計，對應的4個時間間隔為O秒，10秒，I分鐘,5分鐘。設備C在當前時間為11點59分O秒O暈秒時向設備D發出預發布時間數據包，預發布時間為12點O分O秒O毫秒，由于信道質量不佳，經過反復重傳，設備D在11點59分49秒11毫秒時成功解調出設備C發送的預發布時間數據包，并回復預發布時間確認數據包，由于信道質量不佳，經過反復重傳，設備C在12點O分17秒11毫秒時解調出設備B返回的預發布時間確認數據包，由于收到時間超出預發布時間17秒11毫秒，選用無線信號序列3，在12點I分O秒O毫秒時發出規定的無線信號序列3，設備D利用基于匹配濾波的檢測算法檢測出設備C發出的無線信號序列3，設備D根據自身設置的時間間隔和無線信號序列之間的對應關系，獲得無線信號序列3對應的時間間隔為I分，該時間間隔再加上預發布時間即為12點I分O秒O毫秒，則設備D將時間設置為12點I分O秒O毫秒，完成時間同步。同步誤差為設備D檢測設備C發出的特定無線信號序列的時間，僅為微秒級。
[0059]其中，進行無線信號序列檢測時，匹配濾波檢測算法的結果輸出時間略大于輸入的無線信號序列的持續時間，超出量不超過輸入無線信號序列的一個符號持續時間。
[0060]參見圖2，本發明還提出了一種時間同步的系統，至少包括:
[0061]時間源無線設備，用于向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，時間預發布數據包包括預發布標準時間；接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列；
[0062]待時間同步無線設備，用于向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。
[0063]本發明的系統中，時間源無線設備，還用于:
[0064]判斷出接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間，根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據時間間隔計算新的發布時間；在新的發布時間向待時間同步無線設備發送與時間間隔對應的無線信號序列。
[0065]本發明的系統中，根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據時間間隔計算新的發布時間包括:
[0066]計算接收到預發布確認數據包的時間與預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔；
[0067]將獲得的時間間隔加上預發布標準時間得到新的發布時間。
[0068]本發明的系統中，與時間間隔對應的無線信號序列與預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。優選的，不同時間間隔對應的無線信號序列也滿足正交關系。
[0069]本發明的系統中，待時間同步無線設備，還用于:
[0070]未檢測到無線信號序列，繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
[0071]需要說明的是，以上所述的實施例僅是為了便于本領域的技術人員理解而已，并不用于限制本發明的保護范圍，在不脫離本發明的發明構思的前提下，本領域技術人員對本發明所做出的任何顯而易見的替換和改進等均在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種實現時間同步的方法，其特征在于，包括: 時間源無線設備向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，所述時間預發布數據包包括預發布標準時間； 待時間同步無線設備向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包； 時間源無線設備接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列； 當待時間同步無線設備檢測到無線信號序列，將自身時間設置為所檢測到無線信號序列對應的時間。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述時間源無線設備判斷出接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間時，該方法還包括: 所述時間源無線設備根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間； 所述時間源無線設備在所述新的發布時間向所述待時間同步無線設備發送與所述時間間隔對應的無線信號序列。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間包括: 計算所述接收到預發布確認數據包的時間與所述預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔； 將獲得的時間間隔加上所述預發布標準時間得到所述新的發布時間。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述與時間間隔對應的無線信號序列與所述預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述待時間同步無線設備未檢測到所述無線信號序列時，該方法還包括: 所述待時間同步無線設備繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
6.一種時間同步的系統，其特征在于，至少包括: 時間源無線設備，用于向待時間同步無線設備發送時間預發布數據包，所述時間預發布數據包包括預發布標準時間；接收到預發布確認數據包后，判斷出接收到預發布確認數據包的時間不晚于預發布標準時間，在預發布標準時間向待時間同步無線設備發送物理層信號，該物理層信號為與預發布標準時間對應的無線信號序列； 待時間同步無線設備，用于向時間源無線設備回復時間預發布確認數據包；檢測到無線信號序列，將自身時間設置為無線信號序列對應的時間。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述時間源無線設備，還用于: 判斷出接收到預發布確認數據包的時間晚于預發布標準時間，根據接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間；在所述新的發布時間向所述待時間同步無線設備發送與所述時間間隔對應的無線信號序列。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述根據所述接收到預發布確認數據包的時間計算時間間隔，并根據所述時間間隔計算新的發布時間包括: 計算所述接收到預發布確認數據包的時間與所述預發布標準時間之間的差值，并獲取預設時間間隔集合中，比該差值大的最小時間間隔； 將獲得的時間間隔加上所述預發布標準時間得到所述新的發布時間。
9.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述與時間間隔對應的無線信號序列與所述預發布時間對應的無線信號序列滿足正交關系。
10.根據權利要求 6所述的系統，其特征在于，所述待時間同步無線設備，還用于: 未檢測到所述無線信號序列，繼續執行檢測的步驟，直至檢測到無線信號序列。
【文檔編號】H04W56/00GK103945523SQ201410160550
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】毛峻嶺, 胡昌瑋 申請人:中國聯合網絡通信集團有限公司