专利名称：一种子母钟系统及时钟同步方法
技术领域：
本发明涉及一种子母钟系统，具体地说是一种子母钟系统及其时间同步方法。
背景技术：
子母钟系统是一种由高精度母钟及由它控制并与其时间相一致的若干子钟所组 成的计时系统。主要是为车站、机场、体育场馆、地铁等需要严格统一时间的场所而建立。一 般情况下，母钟与子钟之间都需要设置供电以及进行信号传输的连接线，即现有的子母钟 系统都是基于有线网络实现的，这就存在着成本高、系统构建复杂等缺陷。
ZigBee是IEEE 802. 15. 4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、 低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡 嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样 的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee技术主要适合用于自动控制和远程控制领域，可 以嵌入各种设备，是一种低功耗的近距离无线组网通讯技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供近距离无线网络传输的子母钟系统及其时钟 同步方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下
作为本发明的一方面，可接收标准时间的标准时钟单元执行以下时钟同步方法实现对 待校准时钟单元的时钟同步
步骤1 预设标准时钟单元与待校准时钟单元间的时间误差为Δ； 步骤2 所述标准时钟单元记录此时刻的时间戳、，并将所述、和所述Δ的编码发送至 所述待校准时钟单元；
步骤3 所述待校准时钟单元接收所述标准时钟单元发送的编码，并启动预设延迟时 间tA ；
步骤4 所述待校准时钟单元对上述编码进行数据处理；
步骤5 若所述编码无误，且到达预设延迟时间tA，则启动另一预设延迟时间，并 调整所述待校准时钟单元的时间为U1+Δ+tA);
步骤6 所述待校准时钟单元在所述到达后，记录当前时刻的时间戳t3，并将所述 t3、t八和t Δ ‘的编码发送至所述标准时钟单元；
步骤7 所述标准时钟单元接收所述待校准时钟单元发送的编码，并记录此时刻的时 间戳t4 ；
步骤8:计算所述Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，并将所述Δ值发送至所述待校准时钟单 元，所述待校准时钟单元根据Δ值调整自身时钟，完成时钟同步。在上述同步方法中，所述tA、tA'均不小于所述步骤4中进行数据处理的时间。此外，为了简化标准时钟单元的数据计算过程，进一步地，tA=tA'。作为本发明的另一方面，子母钟系统包含标准时钟单元、待校准时钟单元，所述标 准时钟单元与所述待校准时钟单元相连。所述标准时钟单元接受标准时间，并通过计算所 述标准时钟单元与所述待校准时钟单元间的时间误差Δ对所述待校准时钟单元进行时钟 同步。进一步地，所述子母钟系统还包括一个中继路由单元，所述中继路由单元分别与 所述标准时钟单元和所述待校准时钟单元相连。所述标准时钟单元可通过同步所述中继路 由单元的时钟实现对所述待校准时钟单元的时钟同步。
进一步地，所述子母钟系统还包括至少两个中继路由单元；所述至少两个中继路 由单元串联相接后，与所述标准时钟单元和所述待校准时钟单元相连。所述标准时钟单元 通过同步所述中继路由单元的时钟实现对所述待校准时钟单元的时钟同步。所述主时钟单元包含用于数据传输的第一通信模块、保存时间戳数据的存储模 块、和接收标准时间的无线接收模块，所述存储模块分别与所述无线接收模块、所述第一通 信模块相连。所述子时钟单元包含用于数据传输的第二通信模块、显示时间信息的显示模块、 驱动所述显示模块的驱动模块，所述驱动模块分别与所述显示模块、所述第二通信模块相 连。所述中继路由单元主要由用于数据传输的第三通信模块构成。特别地，数据传输的第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块为ZigBee射频
-H-· I I心片。本发明的有益效果是实现了一种低成本、自动组网、构建灵活且通信效率高的近 距离无线数据传输的子母钟系统。
图1为本发明子母钟系统构成示意图2为本发明子母钟系统的时钟同步方法的流程示意图； 图3为本发明子母钟系统中的标准时钟单元的构成示意图； 图4为本发明子母钟系统中的待校准时钟单元的构成示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。如图2所示，作为本发明的一方面，可接收标准时间的标准时钟单元100执行以下 时钟同步方法实现对待校准时钟单元300的时钟同步
步骤1 预设标准时钟单元100与待校准时钟单元300之间的时间误差为Δ ； 步骤2 标准时钟单元100记录此时刻的时间戳t1;并将、和Δ的编码发送至待校准时 钟单元300 ；
步骤3 待校准时钟单元300接收标准时钟单元100发送的编码，并启动预设延迟时间
t Δ ；步骤4 待校准时钟单元300对上述编码进行数据处理；
步骤5 若编码无误，且到达预设延迟时间tA，则启动另一预设延迟时间，并调整 待校准时钟单元300的时间为U1+ Δ +tA)；
步骤6 待校准时钟单元300在到达后，记录当前时刻的时间戳t3，并将t3、tA* tA'的编码发送至标准时钟单元100 ；
步骤7 标准时钟单元100接收待校准时钟单元300发送的编码，并记录此时刻的时间 戳t4;
步骤8:计算Δ= (t4-trt Δ- Δ' )/2，并将Δ值发送至待校准时钟单元300，待校准 时钟单元300根据Δ值调整自身时钟，完成时钟同步。在上述同步方法中，为保证同步时间的准 确性，预设延迟时间tA、tA'均不小于 步骤4中进行数据处理的时间。进一步地，为了降低解码复杂度、简化计算过程，步骤3中的预设延迟时间tA等于 步骤5中的预设延迟时间，即tA=tA'。作为本发明的另一方面，子母钟系统包含标准时钟单元100、待校准时钟单元 300，标准时钟单元100与待校准时钟单元300相连，如图1中I部分。标准时钟单元100 接受标准时间，并通过计算标准时钟单元100与待校准时钟单元300之间的时间误差Δ对 待校准时钟单元300进行时钟同步。进一步地，子母钟系统还包括一个中继路由单元200，中继路由单元200分别与标 准时钟单元100和待校准时钟单元300相连，如图1中III部分所示。标准时钟单元100 也可通过同步中继路由单元200的时钟实现对待校准时钟单元300的时钟同步。或者，子母钟系统还进一步包括至少两个中继路由单元200，至少两个中继路由单 元200串联相接后，再与标准时钟单元100和待校准时钟单元300相连，如图1中II部分 所示。标准时钟单元100通过同步中继路由单元200的时钟实现对待校准时钟单元300的 时钟同步。参见图1，本发明子母钟系统中，标准时钟单元100可直接与待校准时钟单元300 进行通信完成时钟同步，也可通过一个或多个中继路由单元200对待校准时钟单元300进 行时钟同步。如图3所示，本发明子母钟系统中的标准时钟单元100包含用于数据传输的第一 通信模块101构成、保存时间戳数据的存储模块102、和接收标准时间的无线接收模块103， 存储模块102分别与无线接收模块103、第一通信模块101相连。如图4所示，待校准时钟单元300包含用于数据传输的第二通信模块301构成、显 示时间信息的显示模块302、驱动显示模块的驱动模块303。中继路由单元200主要由用于 数据传输的通信模块构成，驱动模块303分别与显示模块302、第二通信模块301相连。中继路由单元200主要由用于数据传输的第三通信模块构成。特别地，上述第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块可为ZigBee射频芯片。 作为本发明的一种实施方式，标准时钟单元100可采用ChipCon公司的CC2420芯片实现数 据传输，中继路由单元200和待校准时钟单元300可采用ChipCon公司的CC2430芯片实现 数据传输。具体地，下面对本发明的子母钟系统的时钟同步具体实现方法进行简要说明。
当标准时钟单元100直接对待校准时钟单元300进行时钟同步时，即图1中I部 分，具体实现方法如下
步骤Al 标准时钟单元100内的ZigBee射频芯片进行信道扫描，采用一个其他网络没 有使用的空闲信道，选择一个随机的PAN ID监听此信道，并同时规定网络的拓扑参数，如最 大的子节点数、最大层数、路由算法、路由表生存期等，组建通信网络。待校准时钟单元300 则将自身的信道设置成为与标准时钟单元100相同的信道，加入网路中。步骤A2 预设标准时钟单元100与待校准时钟单元300间的时间误差为Δ。步骤A3 标准时钟单元100通过其内部的无线接收模块103获取标准时间。并通 过判断是否达到预定同步周期来启动时钟同步，若达到则启动同步，记录此时刻的时间戳 t1;并向待校准时钟单元30 0发送、与Δ的编码。步骤Α4 待校准时钟单元300接收到上述编码，启动一延迟时间为tA的精确延迟 计时器，并对接收到的编码进行数据处理，例如进行编码校验、数据解码等处理。步骤A5 待校准时钟单元300确认编码无误，且预设延迟时间〖八计时完成，则调 整自身时钟为U1+Δ+tA)，同时启动另一延迟时间。步骤A6 预设延迟时间计时完成后，待校准时钟单元300记录此时刻的时间 戳t3，并将t3、的编码发送至标准时钟单元100。步骤A7 标准时钟单元100接收上述编码，并记录此时刻的时间戳t4。计算Δ = Ct4-Vt Δ- Δ' ) /2，最后将Δ值发送至待校准时钟单元300，由待校准时钟单元300根据 Δ值调整自身时钟，完成时钟同步。本步骤中，标准时钟单元100可直接向待校准时钟单元 300发送Δ值，同时为了提高传输效率，也可在进行下一同步周期执行步骤A3时再将Δ值 发送至待校准时钟单元300。标准时钟单元100利用上述方法即实现了对直接受其控制的待校准时钟单元300 的时钟同步。同样地，当子母钟系统如图1中的II或者III部分所示时，标准时钟单元100 可以通过上述方法首先对中继路由单元200进行时钟同步，然后再通过带有标准时间信息 的中继路由单元200完成对待校准时钟单元300的同步。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种子母钟系统的时钟同步方法，其特征在于，可接收标准时间的标准时钟单元按照以下步骤实现对待校准时钟单元的时钟同步步骤1预设标准时钟单元与待校准时钟单元间的时间误差为△；步骤2所述标准时钟单元记录此时刻的时间戳t1，并将所述t1和所述△的编码发送至所述待校准时钟单元；步骤3所述待校准时钟单元接收所述标准时钟单元发送的编码，并启动预设延迟时间t△；步骤4所述待校准时钟单元对上述编码进行数据处理；步骤5若所述编码无误，且到达预设延迟时间t△，则启动另一预设延迟时间t△′，并调整所述待校准时钟单元的时间为(t1+△+t△)；步骤6所述待校准时钟单元在所述t△′到达后，记录当前时刻的时间戳t3，并将所述t3、t△和t△′的编码发送至所述标准时钟单元；步骤7所述标准时钟单元接收所述待校准时钟单元发送的编码，并记录此时刻的时间戳t4；步骤8计算所述△=(t4 t1 t△ t△′)/2，并将所述△值发送至所述待校准时钟单元，所述待校准时钟单元根据△值调整自身时钟，完成时钟同步。
2.按照权利要求1所述的子母钟系统的时钟同步方法，其特征在于，所述tA、tA'均 不小于所述步骤4中进行数据处理的时间。
3.按照权利要求1或2所述的子母钟系统的时钟同步方法，其特征在于，tA=tA'。
4.一种子母钟系统，其特征在于，包括标准时钟单元、待校准时钟单元，所述标准时钟 单元与所述待校准时钟单元相连；所述标准时钟单元接受标准时间，通过计算所述标准时钟单元与所述待校准时钟单元 之间的时间误差Δ对所述待校准时钟单元进行时钟同步。
5.根据权利要求4所述的子母钟系统，其特征在于，还包括一个中继路由单元，所述中 继路由单元分别与所述标准时钟单元和所述待校准时钟单元相连；所述标准时钟单元通过同步所述中继路由单元的时钟实现对所述待校准时钟单元的 时钟同步。
6.根据权利要求4所述的子母钟系统，其特征在于，还包括至少两个中继路由单元；所 述至少两个中继路由单元串联相接后，与所述标准时钟单元和所述待校准时钟单元相连；所述标准时钟单元通过同步所述中继路由单元的时钟实现对所述待校准时钟单元的 时钟同步。
7.根据权利要求4、5或6所述的子母钟系统，其特征在于，所述主时钟单元包含用于数据传输的第一通信模块、保存时间戳数据的存储模块、和 接收标准时间的无线接收模块，所述存储模块分别与所述无线接收模块、所述第一通信模 块相连；所述子时钟单元包含用于数据传输的第二通信模块、显示时间信息的显示模块、驱动 所述显示模块的驱动模块，所述驱动模块分别与所述显示模块、所述第二通信模块相连。
8.根据权利要求5或6所述的子母钟系统，其特征在于，所述中继路由单元主要由用于数据传输的第三通信模块构成。
9.根据权利要求7所述的子母钟系统，其特征在于， 所述第一通信模块和所述第二通信模块为ZigBee射频芯片。
10.根据权利要求8所述的子母钟系统，其特征在于， 所述第三通信模块为ZigBee射频芯片。
全文摘要
本发明涉及一种子母钟系统，包含标准时钟单元、中继路由单元、待校准时钟单元。利用子母钟系统实现时钟同步的方法先假设标准时钟单元与待校准时钟单元的时间误差△；标准时钟单元记录此时刻的时间戳t1，并将t1和△的编码发送至待校准时钟单元；待校准时钟单元接收并进行数据处理，同时启动预设延迟时间t△若编码无误且到达t△，则启动延迟时间t△′，待校准时钟单元调整时间，并在到达t△′后，记录时间戳t3，将t3、t△和t△′的编码发送至标准时钟单元；由标准时钟单元计算△值返回待校准时钟单元。这样就实现了一种低成本、自动组网、构建灵活且通信效率高的近距离无线数据传输的子母钟系统。
文档编号H04L29/06GK101965045SQ20101050690
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者史亚萍, 梁树壮, 涂桂旺, 王波 申请人:烟台持久钟表集团有限公司