面向实时Wi-Fi网络的时钟漂移补偿方法与流程

本发明涉及工业无线控制网络时钟同步技术领域，具体为面向实时wi-fi网络的时钟漂移补偿方法。

背景技术：

ieee802.11协议标准所具有的高速性、灵活性，使其成为工业无线控制网的首选技术。wi-fi、tdma通信机制以及时钟同步算法的结合使用，可以完成实时数据传输的要求，但目前的一些时钟同步算法并未考虑两次时钟调节的时间间隔内，station本地时钟漂移的补偿问题。本发明正是基于此场景提出的。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据现有针对wlan中infrastructurebss时钟同步研究的不足，在普通wi-fi基础上，禁用csma/ca机制，引入tdma通信机制，并在时钟同步算法的设计中考虑从时钟两次时钟调节的时间间隔内的漂移补偿问题，提供一种面向实时wi-fi网络的时钟漂移补偿方法。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，一种面向实时wi-fi网络的时钟漂移补偿方法，包括以下步骤：

第一步：设计无线网卡驱动模块，该驱动模块包含以下子模块：信道接入控制模块、链路调度模块、同步模块、定时器和消息队列；其中，信道接入控制模块用于管理接入的站；链路调度模块用于对接入的站安排调度顺序；同步模块实现时钟漂移补偿算法，校准本地时钟；定时器用于触发链路调度；消息队列与链路调度模块进行交互，用于消息处理与发送；

第二步：粗同步；在wi-fi网络下，由接入点ap周期性地广播携带有tsf时间值的beacon帧到站station，station存储一对时间信息，分别是ap的tsf时间值和station记录beacon帧到达的时间值，利用tsf同步算法对该对时间信息进行预处理，进行时钟偏移补偿；

第三步：计算时钟漂移量；利用第二步中station收集的一对时间信息，station计算出本周期时钟漂移

其中，表示station记录beacon帧到达的时间，表示station从beacon帧中提取出ap的tsf时间值，i表示同步次数；

第四步：预测时钟漂移量；利用第三步计算出的时钟漂移ρi，通过相关预测算法预测下一周期的时钟漂移ρi+1，利用预测的时钟漂移补偿两次时钟调节之间的station本地时钟漂移；

第五步：选择时钟漂移调节策略，具体有三种调节策略，分别如下：

(1)如果则每隔station端tsf定时器增加1μs，其中t为beacon帧发送周期；

(2)如果则对station本地时钟不作调整；

(3)如果则每隔station端tsf定时器减少1μs。

进一步地，所述第一步中，无线网卡驱动模块的设计基于ath9k驱动。

进一步地，所述第三步中，时钟漂移是实时计算得出的，也可对一段时间计算出的时钟漂移取平均值。

进一步地，所述第四步中，使用一次指数平滑法预测时钟漂移。

进一步地，所述第五步中，单独开启一个线程进行tsf定时器的时间调整。

本发明的有益效果是：本发明通过无线修改网卡驱动模块，增加信道接入控制模块、链路调度模块、同步模块、定时器和消息队列，实现实时wi-fi网络主从时钟同步；本发明使用的时钟同步算法，考虑了两次时钟调节的时间间隔内，从时钟的漂移补偿问题，可以有效提高同步精度。

附图说明

图1时钟同步流程图；

图2实施例中ath9k驱动设计图；

图3实施例中同步效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将更加明显。

将实时wi-fi网络下，ap(接入点)和station(站)所持有的tsf定时器分别设置为主时钟(mainclock)和从时钟(slaveclock)。ap周期性地广播带有其tsf时间值的beacon帧，其中广播周期t＝100ms。ap在时刻发送beacon帧给station，并将设置到beacon帧相应位置；station收到beacon帧的时刻为提取并记录beacon帧中的时间戳发送一次同步消息，station可以记录到一对主从时间戳的值：其中i＝1,2,3,...，代表同步次数。ap与station之间有关系式：

通过计算出的时钟偏移量offseti，来对从时钟进行同步补偿。tsf同步模式未对传播时延做补偿。

上述是传统的tsf同步模式，在此基础上进行面向实时wi-fi网络的时钟漂移补偿方法的优化与实现，如图1所示。

第一步：设计无线网卡驱动模块，该驱动模块包含以下子模块：信道接入控制模块、链路调度模块、同步模块、定时器和消息队列；其中，信道接入控制模块用于管理接入的站；链路调度模块用于对接入的站安排调度顺序；同步模块实现时钟漂移补偿算法，校准本地时钟；定时器用于触发链路调度；消息队列与链路调度模块进行交互，用于消息处理与发送；

第二步：粗同步；在wi-fi网络下，由接入点ap周期性地广播携带有tsf时间值的beacon帧到站station，station存储一对时间信息，分别是ap的tsf时间值和station记录beacon帧到达的时间值，利用tsf同步算法对该对时间信息进行预处理，进行时钟偏移补偿；

第三步：计算时钟漂移量；利用第二步中station收集的一对时间信息，station计算出本周期时钟漂移

其中，表示station记录beacon帧到达的时间，表示station从beacon帧中提取出ap的tsf时间值，i表示同步次数；

第四步：预测时钟漂移量；利用第三步计算出的时钟漂移ρi，通过一次指数平滑法预测下一周期的时钟漂移ρi+1，利用预测的时钟漂移补偿两次时钟调节之间的station本地时钟漂移；

第五步：选择时钟漂移调节策略，具体有三种调节策略，分别如下：

(1)如果则每隔station端tsf定时器增加1μs，其中t为beacon帧发送周期；

(2)如果则对station本地时钟不作调整；

(3)如果则每隔station端tsf定时器减少1μs。

实施例：本实施例对ath9k驱动模块进行修改设计，如图2所示，其他网卡驱动模块，比如ath5k等，可参考ath9k模块设计。本实施例中，station每采集到一次数据，就进行时钟漂移的实时补偿，及时调节时钟，本算法同步效果如图3。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方案实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护范围。