專利名稱：一種子母鐘系統(tǒng)及時鐘同步方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種子母鐘系統(tǒng)，具體地說是一種子母鐘系統(tǒng)及其時間同步方法。
背景技術：
子母鐘系統(tǒng)是一種由高精度母鐘及由它控制并與其時間相一致的若干子鐘所組 成的計時系統(tǒng)。主要是為車站、機場、體育場館、地鐵等需要嚴格統(tǒng)一時間的場所而建立。一 般情況下，母鐘與子鐘之間都需要設置供電以及進行信號傳輸?shù)倪B接線，即現(xiàn)有的子母鐘 系統(tǒng)都是基于有線網(wǎng)絡實現(xiàn)的，這就存在著成本高、系統(tǒng)構建復雜等缺陷。
ZigBee是IEEE 802. 15. 4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、 低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡 嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣 的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。ZigBee技術主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可 以嵌入各種設備，是一種低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供近距離無線網(wǎng)絡傳輸?shù)淖幽哥娤到y(tǒng)及其時鐘 同步方法。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下
作為本發(fā)明的一方面，可接收標準時間的標準時鐘單元執(zhí)行以下時鐘同步方法實現(xiàn)對 待校準時鐘單元的時鐘同步
步驟1 預設標準時鐘單元與待校準時鐘單元間的時間誤差為Δ； 步驟2 所述標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳、，并將所述、和所述Δ的編碼發(fā)送至 所述待校準時鐘單元；
步驟3 所述待校準時鐘單元接收所述標準時鐘單元發(fā)送的編碼，并啟動預設延遲時 間tA ；
步驟4 所述待校準時鐘單元對上述編碼進行數(shù)據(jù)處理；
步驟5 若所述編碼無誤，且到達預設延遲時間tA，則啟動另一預設延遲時間，并 調整所述待校準時鐘單元的時間為U1+Δ+tA);
步驟6 所述待校準時鐘單元在所述到達后，記錄當前時刻的時間戳t3，并將所述 t3、t八和t Δ ‘的編碼發(fā)送至所述標準時鐘單元；
步驟7 所述標準時鐘單元接收所述待校準時鐘單元發(fā)送的編碼，并記錄此時刻的時 間戳t4 ；
步驟8:計算所述Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，并將所述Δ值發(fā)送至所述待校準時鐘單 元，所述待校準時鐘單元根據(jù)Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。在上述同步方法中，所述tA、tA'均不小于所述步驟4中進行數(shù)據(jù)處理的時間。此外，為了簡化標準時鐘單元的數(shù)據(jù)計算過程，進一步地，tA=tA'。作為本發(fā)明的另一方面，子母鐘系統(tǒng)包含標準時鐘單元、待校準時鐘單元，所述標 準時鐘單元與所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元接受標準時間，并通過計算所 述標準時鐘單元與所述待校準時鐘單元間的時間誤差Δ對所述待校準時鐘單元進行時鐘 同步。進一步地，所述子母鐘系統(tǒng)還包括一個中繼路由單元，所述中繼路由單元分別與 所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元可通過同步所述中繼路 由單元的時鐘實現(xiàn)對所述待校準時鐘單元的時鐘同步。
進一步地，所述子母鐘系統(tǒng)還包括至少兩個中繼路由單元；所述至少兩個中繼路 由單元串聯(lián)相接后，與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連。所述標準時鐘單元 通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現(xiàn)對所述待校準時鐘單元的時鐘同步。所述主時鐘單元包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝煌ㄐ拍K、保存時間戳數(shù)據(jù)的存儲模 塊、和接收標準時間的無線接收模塊，所述存儲模塊分別與所述無線接收模塊、所述第一通 信模塊相連。所述子時鐘單元包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙ㄐ拍K、顯示時間信息的顯示模塊、 驅動所述顯示模塊的驅動模塊，所述驅動模塊分別與所述顯示模塊、所述第二通信模塊相 連。所述中繼路由單元主要由用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌ㄐ拍K構成。特別地，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝煌ㄐ拍K、第二通信模塊、第三通信模塊為ZigBee射頻
-H-· I I心片。本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了一種低成本、自動組網(wǎng)、構建靈活且通信效率高的近 距離無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖幽哥娤到y(tǒng)。


圖1為本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)構成示意圖2為本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)的時鐘同步方法的流程示意圖； 圖3為本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)中的標準時鐘單元的構成示意圖； 圖4為本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)中的待校準時鐘單元的構成示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖2所示，作為本發(fā)明的一方面，可接收標準時間的標準時鐘單元100執(zhí)行以下 時鐘同步方法實現(xiàn)對待校準時鐘單元300的時鐘同步
步驟1 預設標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300之間的時間誤差為Δ ； 步驟2 標準時鐘單元100記錄此時刻的時間戳t1;并將、和Δ的編碼發(fā)送至待校準時 鐘單元300 ；
步驟3 待校準時鐘單元300接收標準時鐘單元100發(fā)送的編碼，并啟動預設延遲時間
t Δ ；步驟4 待校準時鐘單元300對上述編碼進行數(shù)據(jù)處理；
步驟5 若編碼無誤，且到達預設延遲時間tA，則啟動另一預設延遲時間，并調整 待校準時鐘單元300的時間為U1+ Δ +tA)；
步驟6 待校準時鐘單元300在到達后，記錄當前時刻的時間戳t3，并將t3、tA* tA'的編碼發(fā)送至標準時鐘單元100 ；
步驟7 標準時鐘單元100接收待校準時鐘單元300發(fā)送的編碼，并記錄此時刻的時間 戳t4;
步驟8:計算Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，并將Δ值發(fā)送至待校準時鐘單元300，待校準 時鐘單元300根據(jù)Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。在上述同步方法中，為保證同步時間的準 確性，預設延遲時間tA、tA'均不小于 步驟4中進行數(shù)據(jù)處理的時間。進一步地，為了降低解碼復雜度、簡化計算過程，步驟3中的預設延遲時間tA等于 步驟5中的預設延遲時間，即tA=tA'。作為本發(fā)明的另一方面，子母鐘系統(tǒng)包含標準時鐘單元100、待校準時鐘單元 300，標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300相連，如圖1中I部分。標準時鐘單元100 接受標準時間，并通過計算標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300之間的時間誤差Δ對 待校準時鐘單元300進行時鐘同步。進一步地，子母鐘系統(tǒng)還包括一個中繼路由單元200，中繼路由單元200分別與標 準時鐘單元100和待校準時鐘單元300相連，如圖1中III部分所示。標準時鐘單元100 也可通過同步中繼路由單元200的時鐘實現(xiàn)對待校準時鐘單元300的時鐘同步。或者，子母鐘系統(tǒng)還進一步包括至少兩個中繼路由單元200，至少兩個中繼路由單 元200串聯(lián)相接后，再與標準時鐘單元100和待校準時鐘單元300相連，如圖1中II部分 所示。標準時鐘單元100通過同步中繼路由單元200的時鐘實現(xiàn)對待校準時鐘單元300的 時鐘同步。參見圖1，本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)中，標準時鐘單元100可直接與待校準時鐘單元300 進行通信完成時鐘同步，也可通過一個或多個中繼路由單元200對待校準時鐘單元300進 行時鐘同步。如圖3所示，本發(fā)明子母鐘系統(tǒng)中的標準時鐘單元100包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝?通信模塊101構成、保存時間戳數(shù)據(jù)的存儲模塊102、和接收標準時間的無線接收模塊103， 存儲模塊102分別與無線接收模塊103、第一通信模塊101相連。如圖4所示，待校準時鐘單元300包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙ㄐ拍K301構成、顯 示時間信息的顯示模塊302、驅動顯示模塊的驅動模塊303。中繼路由單元200主要由用于 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K構成，驅動模塊303分別與顯示模塊302、第二通信模塊301相連。中繼路由單元200主要由用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌ㄐ拍K構成。特別地，上述第一通信模塊、第二通信模塊、第三通信模塊可為ZigBee射頻芯片。 作為本發(fā)明的一種實施方式，標準時鐘單元100可采用ChipCon公司的CC2420芯片實現(xiàn)數(shù) 據(jù)傳輸，中繼路由單元200和待校準時鐘單元300可采用ChipCon公司的CC2430芯片實現(xiàn) 數(shù)據(jù)傳輸。具體地，下面對本發(fā)明的子母鐘系統(tǒng)的時鐘同步具體實現(xiàn)方法進行簡要說明。
當標準時鐘單元100直接對待校準時鐘單元300進行時鐘同步時，即圖1中I部 分，具體實現(xiàn)方法如下
步驟Al 標準時鐘單元100內的ZigBee射頻芯片進行信道掃描，采用一個其他網(wǎng)絡沒 有使用的空閑信道，選擇一個隨機的PAN ID監(jiān)聽此信道，并同時規(guī)定網(wǎng)絡的拓撲參數(shù)，如最 大的子節(jié)點數(shù)、最大層數(shù)、路由算法、路由表生存期等，組建通信網(wǎng)絡。待校準時鐘單元300 則將自身的信道設置成為與標準時鐘單元100相同的信道，加入網(wǎng)路中。步驟A2 預設標準時鐘單元100與待校準時鐘單元300間的時間誤差為Δ。步驟A3 標準時鐘單元100通過其內部的無線接收模塊103獲取標準時間。并通 過判斷是否達到預定同步周期來啟動時鐘同步，若達到則啟動同步，記錄此時刻的時間戳 t1;并向待校準時鐘單元30 0發(fā)送、與Δ的編碼。步驟Α4 待校準時鐘單元300接收到上述編碼，啟動一延遲時間為tA的精確延遲 計時器，并對接收到的編碼進行數(shù)據(jù)處理，例如進行編碼校驗、數(shù)據(jù)解碼等處理。步驟A5 待校準時鐘單元300確認編碼無誤，且預設延遲時間〖八計時完成，則調 整自身時鐘為U1+Δ+tA)，同時啟動另一延遲時間。步驟A6 預設延遲時間計時完成后，待校準時鐘單元300記錄此時刻的時間 戳t3，并將t3、的編碼發(fā)送至標準時鐘單元100。步驟A7 標準時鐘單元100接收上述編碼，并記錄此時刻的時間戳t4。計算Δ = Ct4-Vt Δ- Δ' ) /2，最后將Δ值發(fā)送至待校準時鐘單元300，由待校準時鐘單元300根據(jù) Δ值調整自身時鐘，完成時鐘同步。本步驟中，標準時鐘單元100可直接向待校準時鐘單元 300發(fā)送Δ值，同時為了提高傳輸效率，也可在進行下一同步周期執(zhí)行步驟A3時再將Δ值 發(fā)送至待校準時鐘單元300。標準時鐘單元100利用上述方法即實現(xiàn)了對直接受其控制的待校準時鐘單元300 的時鐘同步。同樣地，當子母鐘系統(tǒng)如圖1中的II或者III部分所示時，標準時鐘單元100 可以通過上述方法首先對中繼路由單元200進行時鐘同步，然后再通過帶有標準時間信息 的中繼路由單元200完成對待校準時鐘單元300的同步。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種子母鐘系統(tǒng)的時鐘同步方法，其特征在于，可接收標準時間的標準時鐘單元按照以下步驟實現(xiàn)對待校準時鐘單元的時鐘同步步驟1預設標準時鐘單元與待校準時鐘單元間的時間誤差為△；步驟2所述標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳t1，并將所述t1和所述△的編碼發(fā)送至所述待校準時鐘單元；步驟3所述待校準時鐘單元接收所述標準時鐘單元發(fā)送的編碼，并啟動預設延遲時間t△；步驟4所述待校準時鐘單元對上述編碼進行數(shù)據(jù)處理；步驟5若所述編碼無誤，且到達預設延遲時間t△，則啟動另一預設延遲時間t△′，并調整所述待校準時鐘單元的時間為(t1+△+t△)；步驟6所述待校準時鐘單元在所述t△′到達后，記錄當前時刻的時間戳t3，并將所述t3、t△和t△′的編碼發(fā)送至所述標準時鐘單元；步驟7所述標準時鐘單元接收所述待校準時鐘單元發(fā)送的編碼，并記錄此時刻的時間戳t4；步驟8計算所述△=(t4 t1 t△ t△′)/2，并將所述△值發(fā)送至所述待校準時鐘單元，所述待校準時鐘單元根據(jù)△值調整自身時鐘，完成時鐘同步。
2.按照權利要求1所述的子母鐘系統(tǒng)的時鐘同步方法，其特征在于，所述tA、tA'均 不小于所述步驟4中進行數(shù)據(jù)處理的時間。
3.按照權利要求1或2所述的子母鐘系統(tǒng)的時鐘同步方法，其特征在于，tA=tA'。
4.一種子母鐘系統(tǒng)，其特征在于，包括標準時鐘單元、待校準時鐘單元，所述標準時鐘 單元與所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元接受標準時間，通過計算所述標準時鐘單元與所述待校準時鐘單元 之間的時間誤差Δ對所述待校準時鐘單元進行時鐘同步。
5.根據(jù)權利要求4所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個中繼路由單元，所述中 繼路由單元分別與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現(xiàn)對所述待校準時鐘單元的 時鐘同步。
6.根據(jù)權利要求4所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少兩個中繼路由單元；所 述至少兩個中繼路由單元串聯(lián)相接后，與所述標準時鐘單元和所述待校準時鐘單元相連；所述標準時鐘單元通過同步所述中繼路由單元的時鐘實現(xiàn)對所述待校準時鐘單元的 時鐘同步。
7.根據(jù)權利要求4、5或6所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于，所述主時鐘單元包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝煌ㄐ拍K、保存時間戳數(shù)據(jù)的存儲模塊、和 接收標準時間的無線接收模塊，所述存儲模塊分別與所述無線接收模塊、所述第一通信模 塊相連；所述子時鐘單元包含用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙ㄐ拍K、顯示時間信息的顯示模塊、驅動 所述顯示模塊的驅動模塊，所述驅動模塊分別與所述顯示模塊、所述第二通信模塊相連。
8.根據(jù)權利要求5或6所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼路由單元主要由用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌ㄐ拍K構成。
9.根據(jù)權利要求7所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一通信模塊和所述第二通信模塊為ZigBee射頻芯片。
10.根據(jù)權利要求8所述的子母鐘系統(tǒng)，其特征在于， 所述第三通信模塊為ZigBee射頻芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種子母鐘系統(tǒng)，包含標準時鐘單元、中繼路由單元、待校準時鐘單元。利用子母鐘系統(tǒng)實現(xiàn)時鐘同步的方法先假設標準時鐘單元與待校準時鐘單元的時間誤差△；標準時鐘單元記錄此時刻的時間戳t1，并將t1和△的編碼發(fā)送至待校準時鐘單元；待校準時鐘單元接收并進行數(shù)據(jù)處理，同時啟動預設延遲時間t△若編碼無誤且到達t△，則啟動延遲時間t△′，待校準時鐘單元調整時間，并在到達t△′后，記錄時間戳t3，將t3、t△和t△′的編碼發(fā)送至標準時鐘單元；由標準時鐘單元計算△值返回待校準時鐘單元。這樣就實現(xiàn)了一種低成本、自動組網(wǎng)、構建靈活且通信效率高的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖幽哥娤到y(tǒng)。
文檔編號H04L29/06GK101965045SQ20101050690
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權日2010年10月14日
發(fā)明者史亞萍, 梁樹壯, 涂桂旺, 王波 申請人:煙臺持久鐘表集團有限公司