本發(fā)明涉及一種無線校時系統(tǒng)，具體涉及一種基于zigbee通信和北斗雙模授時的無線校時系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星授時技術(shù)日趨完善，高精度鐘表大多通過接收衛(wèi)星發(fā)送的授時信號進(jìn)行校時，但是，接收授時信號的天線都架設(shè)在戶外，室內(nèi)終端鐘表若要實施校時，須在室內(nèi)布置電纜線以傳輸授時信號。于是，若要對室內(nèi)的多個終端鐘表進(jìn)行同步校時，須在室內(nèi)布置復(fù)雜的電纜線網(wǎng)絡(luò)以解決校時信號的同步傳輸問題。

同時校時信號發(fā)播單元的物理層通常采用窄帶通信體制或多載波通信體制，繞射能力、抗干擾、抗截獲能力均較差，每個傳感器所采集到的數(shù)據(jù)均不附帶其所在的地理位置信息，需要后期根據(jù)編號進(jìn)行整理，增加了使用者的工作量，同時一旦信號較差或無信號的地區(qū)時，便無法完成數(shù)據(jù)的傳輸，使用的局限性很大，通過長期大量的工程實踐驗證得知，當(dāng)前研究的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議均停留在理論層面，導(dǎo)致實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實用性、魯棒性、抗干擾性能均較差，網(wǎng)絡(luò)生存周期較短，無法滿足實際需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于zigbee通信和北斗雙模授時的無線校時系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于zigbee通信和北斗雙模授時的無線校時系統(tǒng)，包括

設(shè)置在室外的接收天線，用于將gps衛(wèi)星/北斗衛(wèi)星發(fā)射的utc標(biāo)準(zhǔn)時授時信號由室外接收至室內(nèi)的授時信號接收單元；

主控單元，與所述授時信號接收單元電連接，依據(jù)所述utc標(biāo)準(zhǔn)時授時信號產(chǎn)生時鐘校時信號；

校時信號發(fā)播單元，與所述主控單元電連接，采用zigbee自組網(wǎng)絡(luò)實施室內(nèi)時鐘校時信號發(fā)播；

校時信號接收單元，與所述校時信號發(fā)播單元無線通信連接，用于接收由校時信號發(fā)播單元發(fā)播的時鐘校時信號；

校時單元，包括主設(shè)備、若干節(jié)點設(shè)備和第三方設(shè)備，所述主設(shè)備與第一個從節(jié)點設(shè)備連接，每個的從節(jié)點設(shè)備均與第三方設(shè)備連接；所述主設(shè)備對與主設(shè)備連接的第一個從節(jié)點設(shè)備進(jìn)行時鐘同步；每個從節(jié)點設(shè)備由上一個的從節(jié)點設(shè)備通過協(xié)議報文進(jìn)行實行授時；每一個的從節(jié)點設(shè)備對與之相連的第三方設(shè)備進(jìn)行時鐘同步；每一個從節(jié)點設(shè)備均支持網(wǎng)絡(luò)交換功能，從節(jié)點設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備彼此之間手拉手形成級聯(lián)交換網(wǎng)絡(luò)；

校時系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模塊，用于進(jìn)行校時系統(tǒng)的參數(shù)仿真模擬優(yōu)化；

所述校時信號發(fā)播單元包括

傳感器層，由多個傳感器構(gòu)成，每個傳感器內(nèi)均安裝有北斗模塊，用于采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，所采集到的數(shù)據(jù)依次經(jīng)噪音抑制模塊、增益放大模塊輸出至信息融合匹配層；

信息融合匹配層，用于將每個傳感器所采集到的數(shù)據(jù)用對應(yīng)的北斗模塊的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記后輸出至信息處理層；

信息處理層，由多個信息處理設(shè)備構(gòu)成，各信息處理設(shè)備作為相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，用于對傳感器上傳的信息進(jìn)行處理，并對傳感器進(jìn)行控制；

情報信息融合層，由多個情報融合設(shè)備構(gòu)成，作為各信息處理設(shè)備的上級設(shè)備，用于接收各信息處理設(shè)備上報的信息，并進(jìn)行融合處理，形成情報信息；

中繼設(shè)備，基于鏈路最小原則接入由情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于各層之間信息的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

優(yōu)選地，所述校時系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模塊包括

數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)校時信號發(fā)播單元所發(fā)播的數(shù)據(jù)通過flac3d建立數(shù)學(xué)模型；

虛擬參數(shù)作動器，用于驅(qū)動參數(shù)變化的，與數(shù)學(xué)模型建立模塊中的各元素建立關(guān)系后，可以在指定的范圍內(nèi)對參數(shù)進(jìn)行變動，從而可以驅(qū)動分析方法針對不同的參數(shù)進(jìn)行計算求解；

虛擬參數(shù)模塊，用于在數(shù)學(xué)模型中插入各類型的可直接獲取相應(yīng)的結(jié)果或信息的目標(biāo)的邏輯單元；

仿真分析模塊，用于輸入可以分解為設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計約束的參數(shù)、算法，并將輸入?yún)?shù)、算法劃分為單元、特性和載荷，分別作用到指定的模塊上；

所述虛擬作動器通過循環(huán)執(zhí)行仿真分析模塊輸入的參數(shù)或算法將結(jié)果反饋給仿真分析模塊，所述仿真分析模塊自動提取數(shù)據(jù)給虛擬參數(shù)模塊，所述虛擬參數(shù)模塊自動顯示數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述主設(shè)備包括主設(shè)備的mcu單元、時鐘源和第一zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元；主設(shè)備的mcu單元為主控單元，主設(shè)備的mcu單元分別與時鐘源和第一zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接。

優(yōu)選地，所述從節(jié)點設(shè)備，包括從節(jié)點設(shè)備的mcu單元、第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、本地時鐘單元、時鐘發(fā)生器和zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元；時鐘發(fā)生器的輸出分別與第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接，第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元均與從節(jié)點設(shè)備的mcu單元連接，本地時鐘單元和zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元作為時鐘發(fā)生器的輸入與時鐘發(fā)生器相連；從節(jié)點設(shè)備的mcu單元與上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接。

優(yōu)選地，從節(jié)點設(shè)備的mcu單元實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和數(shù)據(jù)處理，zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)同步報文協(xié)議解析、數(shù)據(jù)接收及發(fā)送；zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與上一個從節(jié)點設(shè)備或者主設(shè)備的通信；第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與下一個從節(jié)點設(shè)備的通信；第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與第三方設(shè)備的通信。

優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型基于動靜態(tài)混合mac協(xié)議。

優(yōu)選地，上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元與上行設(shè)備連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信，并接收來自上行設(shè)備的同步報文信息，解碼后送給從節(jié)點設(shè)備的mcu單元，由從節(jié)點設(shè)備的mcu單元控制第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元與上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元進(jìn)行絕對時間同步；同時上行以太網(wǎng)單元將上行設(shè)備的以太網(wǎng)時鐘，送給時鐘發(fā)生器，由時鐘發(fā)生器分成兩路同步時鐘信號分別送給第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元，進(jìn)行相位同步；至此，絕對時間與時間相位實現(xiàn)同步。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本系統(tǒng)由各從節(jié)點設(shè)備通過手拉手級聯(lián)組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵?，各?jié)點間僅通過北斗模塊和zigbee模塊連接，易于布設(shè)；各設(shè)備僅對其子節(jié)點及第三方設(shè)備進(jìn)行時鐘同步，上下行鏈路完全對稱，可以根實現(xiàn)高精度的時鐘同步；各從節(jié)點設(shè)備均具備網(wǎng)絡(luò)交換功能，無需其他設(shè)備，簡單可靠，成本低。本系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離時鐘同步精度高的特點；通過數(shù)學(xué)模型建立模塊、虛擬參數(shù)作動器和虛擬參數(shù)模塊和仿真分析方法的自定義，實現(xiàn)了校時系統(tǒng)性能的檢測和參數(shù)的優(yōu)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一種基于zigbee通信和北斗雙模授時的無線校時系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明實施例中校時信號發(fā)播單元的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明實施例中校時單元的硬件框圖。

圖4為本發(fā)明實施例中主設(shè)備的硬件框圖。

圖5為本發(fā)明實施例中從節(jié)點設(shè)備硬件框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-圖5所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于zigbee通信和北斗雙模授時的無線校時系統(tǒng)，包括

設(shè)置在室外的接收天線；

用于將gps衛(wèi)星/北斗衛(wèi)星發(fā)射的utc標(biāo)準(zhǔn)時授時信號由室外接收至室內(nèi)的授時信號接收單元；

主控單元，與所述授時信號接收單元電連接，依據(jù)所述utc標(biāo)準(zhǔn)時授時信號產(chǎn)生時鐘校時信號；

校時信號發(fā)播單元，與所述主控單元電連接，采用zigbee自組網(wǎng)絡(luò)實施室內(nèi)時鐘校時信號發(fā)播；

校時信號接收單元，與所述校時信號發(fā)播單元無線通信連接，用于接收由校時信號發(fā)播單元發(fā)播的時鐘校時信號；

校時單元，包括主設(shè)備、若干節(jié)點設(shè)備和第三方設(shè)備，所述主設(shè)備與第一個從節(jié)點設(shè)備連接，每個的從節(jié)點設(shè)備均與第三方設(shè)備連接；所述主設(shè)備對與主設(shè)備連接的第一個從節(jié)點設(shè)備進(jìn)行時鐘同步；每個從節(jié)點設(shè)備由上一個的從節(jié)點設(shè)備通過協(xié)議報文進(jìn)行實行授時；每一個的從節(jié)點設(shè)備對與之相連的第三方設(shè)備進(jìn)行時鐘同步；每一個從節(jié)點設(shè)備均支持網(wǎng)絡(luò)交換功能，從節(jié)點設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備彼此之間手拉手形成級聯(lián)交換網(wǎng)絡(luò)；

校時系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模塊，用于進(jìn)行校時系統(tǒng)的參數(shù)仿真模擬優(yōu)化；

所述校時信號發(fā)播單元包括

傳感器層，由多個傳感器構(gòu)成，每個傳感器內(nèi)均安裝有北斗模塊，用于采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，所采集到的數(shù)據(jù)依次經(jīng)噪音抑制模塊、增益放大模塊輸出至信息融合匹配層；

信息融合匹配層，用于將每個傳感器所采集到的數(shù)據(jù)用對應(yīng)的北斗模塊的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記后輸出至信息處理層；

信息處理層，由多個信息處理設(shè)備構(gòu)成，各信息處理設(shè)備作為相應(yīng)的傳感器的上級設(shè)備，用于對傳感器上傳的信息進(jìn)行處理，并對傳感器進(jìn)行控制；

情報信息融合層，由多個情報融合設(shè)備構(gòu)成，作為各信息處理設(shè)備的上級設(shè)備，用于接收各信息處理設(shè)備上報的信息，并進(jìn)行融合處理，形成情報信息；

中繼設(shè)備，基于鏈路最小原則接入由情報融合設(shè)備、信息處理設(shè)備及傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于各層之間信息的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

優(yōu)選地，所述校時系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模塊包括

數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)校時信號發(fā)播單元所發(fā)播的數(shù)據(jù)通過flac3d建立數(shù)學(xué)模型；

虛擬參數(shù)作動器，用于驅(qū)動參數(shù)變化的，與數(shù)學(xué)模型建立模塊中的各元素建立關(guān)系后，可以在指定的范圍內(nèi)對參數(shù)進(jìn)行變動，從而可以驅(qū)動分析方法針對不同的參數(shù)進(jìn)行計算求解；

虛擬參數(shù)模塊，用于在數(shù)學(xué)模型中插入各類型的可直接獲取相應(yīng)的結(jié)果或信息的目標(biāo)的邏輯單元；

仿真分析模塊，用于輸入可以分解為設(shè)計變量、設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計約束的參數(shù)、算法，并將輸入?yún)?shù)、算法劃分為單元、特性和載荷，分別作用到指定的模塊上；

所述虛擬作動器通過循環(huán)執(zhí)行仿真分析模塊輸入的參數(shù)或算法將結(jié)果反饋給仿真分析模塊，所述仿真分析模塊自動提取數(shù)據(jù)給虛擬參數(shù)模塊，所述虛擬參數(shù)模塊自動顯示數(shù)據(jù)。

所述主設(shè)備包括主設(shè)備的mcu單元、時鐘源和第一zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元；主設(shè)備的mcu單元為主控單元，主設(shè)備的mcu單元分別與時鐘源和第一zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接。

所述從節(jié)點設(shè)備，包括從節(jié)點設(shè)備的mcu單元、第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、本地時鐘單元、時鐘發(fā)生器和zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元；時鐘發(fā)生器的輸出分別與第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接，第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元均與從節(jié)點設(shè)備的mcu單元連接，本地時鐘單元和zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元作為時鐘發(fā)生器的輸入與時鐘發(fā)生器相連；從節(jié)點設(shè)備的mcu單元與上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元連接。

從節(jié)點設(shè)備的mcu單元實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和數(shù)據(jù)處理，zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元、第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)同步報文協(xié)議解析、數(shù)據(jù)接收及發(fā)送；zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與上一個從節(jié)點設(shè)備或者主設(shè)備的通信；第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與下一個從節(jié)點設(shè)備的通信；第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元用于實現(xiàn)本從節(jié)點設(shè)備與第三方設(shè)備的通信。

網(wǎng)絡(luò)鏈路層采用根據(jù)業(yè)務(wù)類型基于動靜態(tài)混合mac協(xié)議。

上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元與上行設(shè)備連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信，并接收來自上行設(shè)備的同步報文信息，解碼后送給從節(jié)點設(shè)備的mcu單元，由從節(jié)點設(shè)備的mcu單元控制第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元與上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元進(jìn)行絕對時間同步；同時上行以太網(wǎng)單元將上行設(shè)備的以太網(wǎng)時鐘，送給時鐘發(fā)生器，由時鐘發(fā)生器分成兩路同步時鐘信號分別送給第二zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元和第三zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元，進(jìn)行相位同步；至此，絕對時間與時間相位實現(xiàn)同步。

本具體實施采用設(shè)備間的時鐘同步和設(shè)備內(nèi)的時鐘同步兩個步驟來實現(xiàn)；設(shè)備間的時鐘同步方法為：所述設(shè)備間時鐘同步，指的是主設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備之間的時鐘同步、從節(jié)點設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備之間的時鐘同步：從節(jié)點設(shè)備的時鐘發(fā)生器以本地時鐘單元作為輸入時鐘信號，上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元確定從節(jié)點設(shè)備自身的ptp時鐘；同時從節(jié)點設(shè)備通過上行zigbee自組網(wǎng)絡(luò)接口單元接收到主設(shè)備的ptp時鐘信號，從節(jié)點設(shè)備測量其自身的ptp時鐘與主設(shè)備發(fā)送的ptp時鐘信號之間的時間差異；校準(zhǔn)從節(jié)點設(shè)備自身的ptp時鐘信號與主設(shè)備時鐘一致，達(dá)到時鐘同步；所述從節(jié)點設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備之間的時間同步的步驟和主設(shè)備與從節(jié)點設(shè)備之間的時鐘同步的步驟是一樣的。

在無信號時，傳感器層之間可通過北斗模塊進(jìn)行形成的情報信息的傳輸，所述北斗模塊通過短報文通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

所述仿真分析模塊內(nèi)設(shè)有element：廣義單元為仿真分析的真實對象；property：特性為一些分析對象上靜態(tài)的共用屬性信息；load：載荷為加載在這些分析載荷上外部影響因素或條件；analysis：分析為各類具體的仿真分析方法和評估方法；result：計算得到的數(shù)據(jù)以及基于數(shù)據(jù)處理的表格、云圖、報告；variable：設(shè)計變量是模型中可變量的標(biāo)識；target：設(shè)計目標(biāo)是最終用于衡量模型的好壞或合理性的指標(biāo)或指標(biāo)的處理結(jié)果；constraint：設(shè)計約束是系統(tǒng)在考慮優(yōu)化時需要遵守的規(guī)則；optalgorithm：優(yōu)化設(shè)計方法是各類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的具體算法；optresult：優(yōu)化結(jié)果通過優(yōu)化計算得到的設(shè)計變量的最優(yōu)取值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。