CN104244399B - 无线设备间时间同步的方法、无线设备和无线通信*** - Google Patents

无线设备间时间同步的方法、无线设备和无线通信*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线设备间时间同步的方法、无线设备和无线通信***。所述方法包括：获取第一无线设备与第二无线设备单次同步操作的时间差，对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得第二无线设备相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间，以使得第二无线设备与第一无线设备时间同步。本发明的技术方案，以不依赖硬件的方式实现无线设备间高精度的时间同步。

Description

无线设备间时间同步的方法、无线设备和无线通信***
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线设备间时间同步方法、无线设备和无线通信***。
背景技术
随着人们对无线音箱的音质的需求越来越高，已不满足于蓝牙传输有损的音频数据，基于WiFi的无损音频传输***随之诞生。
在某些通过WiFi或WiFi-Direct连接的音响***中，若每个音箱只播放一个声道，音箱与音箱之间的播放同步就显得极为重要。举例来说，在一个音乐播放***中，有两个音箱。通过设置使音箱1播放一首立体声音乐的左声道，音箱2播放同一首立体声音乐的右声道，如果两音箱播放的时间差大于5ms，人耳可明显感受到播放不同步，大大影响听音乐的体验。
现有方案可采用硬件及软件两类实现方式，使用硬件实现高精度时间同步，可以达到较高的精度，但成本过高；而现有使用软件实现的方案，虽然成本低，但时间同步精度较差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无线设备间时间同步的方法、无线设备和无线通信***，以不依赖硬件的方式实现无线设备间高精度的时间同步。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开的一种无线设备间时间同步的方法，所述方法包括：
通过在第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和第二无线设备收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的第二无线设备相对于第一无线设备的时间差；
对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；
对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得第二无线设备相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；
每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间，以使得第二无线设备与第一无线设备时间同步。
在上述方法中，所述通过在第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和第二无线设备收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的第二无线设备相对于第一无线设备的时间差包括：
第一无线设备以预定的时间间隔广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1；
第二无线设备接收所述请求包并广播或组播发送应答包，所述应答包中携带第二无线设备自身的客户端ID，同时第二无线设备记录下所述请求包序号、接收到所述请求包的本地***时间TC1、发送所述应答包的本地***时间TC2和所述请求包中的所述TS1；
第一无线设备接收到所述应答包后发送回应包，所述回应包中携带所回应的第二无线设备的客户端ID和接收到所述应答包的本地***时间TS2；
第二无线设备根据自身的ID校验所述回应包，如果所述回应包中携带的无线设备的ID与自身的客户端ID一致，则记录下所述回应包中的所述TS2；
第二无线设备根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差。
在上述方法中，所述根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差包括：
基于下述公式，根据所述TC1、TC2、TS1和TS2计算第一无线设备相对于第二无线设备的单次同步操作的时间差，以及单次同步操作下第一无线设备与第二无线设备间数据包的平均传输时间：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans为单次同步操作的平均传输时间。
在上述方法中，所述对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤包括：
确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
其中，所述确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常包括：
第二无线设备根据自身的客户端ID校验所述回应包，如果所述回应包中携带的ID与自身的客户端ID不一致，确定所述单次同步操作过程中出现数据包异常；或者，
第二无线设备判断在允许的时间范围内没有接收到相应的请求包序号下的请求包或应答包时，确定所述单次同步操作过程中出现数据包丢失。
在上述方法中，所述对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤包括：
选取第一无线设备和第二无线设备之间数据包的平均传输时间的阈值；
若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
在上述方法中，所述对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理包括：
根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理；
或者，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。
在上述方法中，所述根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间包括：
使用Linux操作***的时钟调节命令adjtimex，根据获得的所述平均时间差对第二无线设备的***时钟或***时钟的计数器进行调整。
本发明公开的一种无线设备，包括：
单次同步计算单元，用于通过在第一无线设备和自身的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和自身收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的自身相对于第一无线设备的时间差；
过滤单元，用于对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；
平滑单元，用于对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得自身相对于所述第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；
时间调整单元，用于每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整自身的***时间，以使得自身与所述第一无线设备时间同步。
在上述无线设备中，所述单次同步计算单元包括：
请求接收模块，用于接收第一无线设备以预定的时间间隔广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1；
应答发送模块，用于向所述第一无线设备广播或组播发送应答包，所述应答包中携带自身的ID，同时记录下所述请求包序号、接收到请求包的本地***时间TC1、发送应答包的本地***时间TC2和所述TS1；
回应校验模块，用于根据自身所属无线设备的客户端ID校验所述第一无线设备发送的回应包，所述回应包中携带无线设备的ID和所述第一无线设备接收到所述应答包的本地***时间TS2，如果所述回应包中携带的ID与自身所属无线设备的客户端ID一致，则记录下所述TS2；
同步计算模块，用于根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算自身所属的无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差；
其中，所述同步计算模块，具体用于基于下述公式，根据所述TC1、TC2、TS1和TS2计算第一无线设备相对于自身所属的无线设备的单次同步操作的时间差，以及单次同步操作下第一无线设备与自身所属的无线设备间数据包的平均传输时间：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans为单次同步操作的平均传输时间。
在上述无线设备中，所述过滤单元，具体用于确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据；以及，选取第一无线设备和自身所属无线设备之间数据包的平均传输时间的阈值，若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
在上述无线设备中，所述平滑单元，具体用于根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理；或者，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。
本发明公开的一种无线通信***，所述***包括：用于提供音频源第一无线设备、一个或多个作为无线音箱的第二无线设备，其中第一无线设备与第二无线设备通过WIFI或WIFI直连建立连接；所述第二无线设备为上述的无线设备。
本发明的技术效果是：
本发明公开的无线设备间时间同步方法、无线设备和无线通信***，无需增加额外的硬件，通过对获得的单次同步操作的时间差数据，进行有效性过滤以剔除不良的数据，并对设定时间段内的有效性过滤后的多个单次同步操作的时间差数据进行平滑处理，能够得到精度较高的设定时间段内的平均时间差，从而每隔设定时间段根据获得的平均时间差数据对待同步的无线设备的***时间进行调整，可以将无线设备间的***时间差同步至低于1ms，实现无线设备间高精度的时间同步。
进一步的，本发明公开的无线设备间时间同步方法、无线设备和无线通信***，通过使用广播或组播方式交互数据包，能够避免在单次同步操作中，重传数据包造成的平均传输时间的误差，从而能够基于平均传输时间准确地剔除掉无效的时间差数据，保证了单次同步操作的时间差的精度。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种无线设备间时间同步方法的流程图；
图2是本发明实施例中的获得第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作对应的时间差的流程图；
图3是本发明给出的在一次单次同步操作中数据包交互过程的示意图；
图4是本发明给出的在多次单次同步操作中数据包交互过程的示意图；
图5是将本发明一个具体实施例的数值对绘制在直角坐标系中的示意图；
图6是将根据图5中的数值对得到的最小二乘法数值线也绘制在直角坐标系中的示意图；
图7是本发明实施例中的一种无线设备的结构示意图；
图8本发明实施例中的单次同步计算单元的组成示意图；
图9是本发明实施例中的无线通信***的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在下述描述中，第一无线设备作为时间同步的主设备，该主设备可以为Server(服务器)，提供时间同步的时间源。第二无线设备作为时间同步的从设备，该从设备可以为Client(客户端)，需要得到本地***时间与Server***时间的时间差，从而调整本地***时间或调整本地***时间计数器，以与Server的***时间保持同步。在一个无线通信***中，Server与一个或多个Client通过WIFI或WIFI-Direct(WIFI直连)建立连接。
图1是本发明实施例中的一种无线设备间时间同步方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤S11，通过在第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和第二无线设备收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的第二无线设备相对于第一无线设备的时间差。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，步骤S11获得第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作对应的时间差具体包括：
步骤S101，第一无线设备以预定的时间间隔不间断的广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1。
第一无线设备Server不间断的广播或组播进行同步的请求包，请求包中必须包含数据包序号(以避免丢包的影响)、当前的***时间TS1。
步骤S102，第二无线设备接收该请求包并广播或组播发送应答包(ACK)，应答包中携带第二无线设备自身的Client ID(客户端ID)，同时第二无线设备记录下请求包序号、接收到请求包的本地***时间TC1、发送应答包的本地***时间TC2和请求包中的上述当前的***时间TS1。
第二无线设备Client在本地***时间TC1接收到Server广播的数据包，保存TS1和TC1，随后以广播或组播方式向Server发送ACK，ACK包中需包含Client ID，Client ID用来区分不同的Client端，同时Client需保存发送ACK包的本地时间TC2。
步骤S103，第一无线设备接收到应答包后发送回应包，回应包中携带所回应的第二无线设备的ID和接收到应答包的本地***时间TS2。
第一无线设备Server端接收到ACK包，保存接收到ACK包时的***时间TS2；随后将TS2及ACK包中的Client ID发送到Client端，此处并不限制采用何种传输方式，可以采用广播或组播方式，也可以采用非广播和组播的方式。
步骤S104，第二无线设备根据自身的Client ID校验所述回应包，如果回应包中携带的ID与自身的Client ID一致，则记录下回应包中的所述TS2。
第二无线设备Client收到Server发送的回应数据包后，校验Client ID是否正确，若真，则保存TS2；否则丢掉回应数据包。
上述步骤S101-S104为一次同步操作，若中间任意一次数据丢失或异常，则结束本次同步操作，从S101重新执行，开始下一次同步操作。
根据上述说明，上述一次单次同步操作中数据包交互过程的示意图如图3所示，可见本实施例中的第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作包括：1)第二无线设备接收第一无线设备发送的用于同步的请求包；2)第二无线设备根据该请求包向第一无线设备发送应答包；3)第二无线设备接收第一无线设备根据该应答包返回的回应包。
周期性重复上述步骤S101-S104，其多个单次同步操作中数据包交互过程如图4所示，在图4所示的场景中，在设定时间段内包括N个单次同步操作。
步骤S105，第二无线设备根据同一请求包序号下的上述TC1、TC2、TS1和TS2，计算第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差。
具体地，第二无线设备根据时间传输下述等式：
TC1＝TS1+Tdiff+Ttrans1 (1)
TS2+Tdiff＝TC2+Ttrans2 (2)
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans1为单次同步操作下请求包的传输时间，Ttrans2为单次同步操作下应答包的传输时间。
合理假设通讯路径是对称的，即Ttrans1＝Ttrans2，得到单次同步操作的平均传输时间Ttrans和单次同步操作的时间差Tdiff：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2；
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2。
需要说明的是，影响Tdiff精度有两种因素，第一种因素是从Server传输到Client的时间与从Client传输到Server的时间不同，而使用WiFi或WIFI-Direct进行传输会加剧此因素的不良影响。第二种因素是对不采用广播和组播的场景，数据包如果丢失，通常情况下会引起重传，而重传包中的时间信息，例如步骤S11中从Server到Client数据包中TS1，并没有被更新，这样会加剧第一种因素引起的影响。所以在本发明的上述步骤S11和S12中的数据包都使用广播或组播进行交互，以避免在一次同步操作中，重传数据造成的传输时间的误差。
步骤S12，对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据。
为减少对上述Tdiff精度的影响，需要进行一定的算法，过滤不良数据，以提高得到的时间差精度。
对单次同步操作的时间差进行有效性过滤的情形一：
确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。其中，确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常包括：
第二无线设备根据自身的客户端ID校验所述回应包，如果所述回应包中携带的ID与自身的客户端ID不一致，确定所述单次同步操作过程中出现数据包异常；或者，
第二无线设备判断在允许的时间范围内没有接收到相应的请求包序号下的请求包或应答包时，确定所述单次同步操作过程中出现数据包丢失。
对单次同步操作的时间差进行有效性过滤的情形二：
选取第一无线设备和第二无线设备之间数据包的平均传输时间的阈值；若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
这是因为：如果在一次同步操作过程中数据包丢失或异常，将得不到有效的单次同步操作的时间差，对这次同步操作得到的数据应当排除；另外，由于主从设备时间差的存在，无法得到真实的Trans1及Trans2，进而也就无法算出单次同步操作的时间差Tdiff，但可通过计算单次同步操作的平均传输时间Ttrans，如果平均传输时间Ttrans过大，通常情况都是由于单向传输时间过大引起的，因此可根据单次同步操作对应的平均传输时间对该单次同步操作的时间差数据Tdiff进行过滤。
步骤S13，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得第二无线设备相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差。
经过过滤后的数据可以进行下一步的主从设备的时间差计算，但因无线网络传输时间不确定性的影响，需要对设定时间段内的多次单次同步操作的时间差Tdiff进行平滑处理。因不同的设备具有不同的计算能力，可采用不同的算法进行处理。
一种平滑处理实现方法：最小二乘法。
根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理。
具体地，利用最小二乘法公式Y＝a+b*X，其中Y为单次同步操作的时间差，X为该单次同步操作对应的同步时间。
根据设定时间段内的有效性过滤后的多次单次同步操作的时间差Yi及对应的时间点Xi的数值对，通过如下公式得到a与b的值，其中m为数值对的个数：
其中，所述b为描述时间渐变趋势的斜率，所述a即为第二无线设备相对于第一无线设备在设定时间段内的平均时间差。Xi表示第i次同步操作的同步时间，Yi表示第i次同步操作的主从端时间差，即第i次同步操作的第二无线设备相对于第一无线设备的时间差。
另一种平滑处理实现方法：均值法。
对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。具体地，对设定时间段内的有效性过滤后的多次单次同步操作的时间差求均值，该平均值即为第二无线设备相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差。
步骤S14，每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间，以使得第二无线设备与第一无线设备时间同步。
根据获得的平均时间差调整本地***时间或者调整本地***时间的计数器，可采用本领域技术人员的惯用技术手段，例如采用Linux***的adjtimex***命令，具体方法不用于限制本发明的保护范围。
以下采用具体实施例对本发明的上述方案进行进一步的说明。
第一无线设备Server端以预定的时间间隔100ms不间断的广播或组播发送同步请求数据包，执行同步操作。下表1中为得到的10次单次同步操作的数据：
表1
同步时间(ms) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
单次Tdiff(us) 321 400 x 254 301 689 102 325 200 234
平均传输时间(us) 706 709 x 701 754 1588 698 689 702 705
其中，300ms时对应的单次同步操作未成功，x表示本次数据丢失，不列入计算范围；600ms时对应的平均传输时间为1588us，时间过大，该平均传输时间超过预定阈值，不列入计算范围。
时间间隔100ms的选取原则，一方面考虑网络带宽的占用率，间隔选取的过短，会使带宽的占用率过高，影响音频数据的传输，另一方面，间隔选取的过大，导致Client与Server的同步速度过慢。
本实施例中的设定时间段为时间间隔(100ms)*10次＝1s，即每隔1s根据获得的时间差调整一次Client的本地***时间。设定时间段的选取原则需要考虑到设备的计算能力和Client与Server的同步速度。
经过上述对计算出的10次单次同步操作的数据进行有效性过滤后，下表2中为有效性过滤后的数据：
表2
同步时间(ms) 100 200 400 500 700 800 900 1000
单次Tdiff(us) 321 400 254 301 102 325 200 234
平滑处理方式一：最小二乘法
以横坐标为同步时间(ms)，纵坐标为单次同步操作中计算出的主从端时间差建立直角坐标系，将表2中的数值对绘制在该直角坐标系中如图5所示。
使用公式Tdiff＝a+b*t；其中a、b为任意实数。***均值。
使用如下公式可得a与b的值，m为数值对的个数，在本具体实施例中为m＝8：
将表2中的数值对代入，计算得a＝357.9；b＝-0.1578。由此将Y＝a+bX的数据线也绘制在上述直角坐标系中如图5所示。
上述公式中的b即为斜率，能反映出Client端的***时钟相对于Server端的***时钟的快慢，可以依据数据b来调整Client端的***时钟计数器，使Client端与Server端的***时钟步调一致。
上述公式中的a可以说明在t＝1000ms时，Client端相对于Server端的***时间差，可根据公式Tdiff＝a+b*t以及计算出的a、b的值，计算出在t＝1000ms时刻Client端相对于Server端的***时间差Tdiffnow＝200.1，之后便可通过该时间差数据调整Client端的***时钟计数器来调整***时间或者直接修改Client端的***时间。
下面通过一个示例说明如何利用斜率调整***时钟。
调整时钟快慢：不同的软硬件***有不同的实现方式，下面以较为常用的Linux***举例。
使用***命令adjtimex(时钟调节命令)可对***时钟进行调整:
adjtimex命令中–t参数表示每个***滴答(通常为10ms，为相对值，即***认为的时间长度)的计数值(通常为10000)，每个计数值的时间长度为t′，理想状态下t′所对应的绝对时间长度是固定的，不可被改变的。
通常来讲，计数值为10000，相当于每个***滴答(10ms)真正的时间长度为10000*t′。对此计数值进行修改，就可以改变每个***滴答(10ms)的真正的时间长度。从而达到调整***时间快慢的目的。
“adjtimex–t 10001”：将***时钟调慢万分之一
“adjtimex–t 9999”：将***时钟调快万分之一
在上面的例子中，斜率b＝-0.1578，Y的单位为us(10-6s)，X的单位为ms(10-3s)，时间每过1ms，主从时间差将会变化-0.1578us。也就是说，Client端的时间比Server端的时间快1.578/10000倍，如果adjtimex可以支持浮点数，那么调整的命令将是：“adjtimex–t10001.578”，但adjtimex不支持浮点数，为达到目的，可以交替使用“adjtimex–t 10002”及“adjtimex–t 10000”来达到调整目的。例如，先执行“adjtimex–t 10002”，7.89秒后执行“adjtimex–t 10000”，2.11秒后结束adjtimex–t 10000命令，从而在10秒内完成本次对主从端时间差的调整。在没有得到新的下一组数据之前，上述两条adjtimex命令以10s为周期循环交替执行，当得到下一组数据时，再采用相似的方法，根据下一组数据得到斜率利用adjtimex命令对主从端时间差进行调整。
平滑处理方式二：均值法
同样以上述表2中的数值对为例，在1000ms时间内采集到8个有效数据，对此8个有效的Tdiff数据求均值，得到均值为267.125us。此均值表示当前预定时间段内主从端的平均时间差，即Client端的时间超前Server端267.125us，依据该时间差数据可以在设定时间段1秒内将主从端时间差调整到0。例如，将Client的***时间调慢267.125us。
同样用Linux***举例，使用adjtimex***命令。adjtimex–t参数计算公式如下：
1000000*X/10000＝(1000000+267.125)
X＝10002.67125
因为X不可以设置为浮点数，因此，X可采用大于10002.67125，例如X＝10012，那么，使用此参数调整267.125us的时间为(1000000+267.125)*10000/10012＝999068.2us
由此，使用命令”adjtimex–t 10012”，经过大约0.999秒后使用“adjtimex–t10000”，恢复原计数值，从而在1秒内完成对主从端时间差的调整。当得到下一组数据时，再根据得到的新的平均时间差，采用相同方式，利用adjtimex命令对主从端时间差进行调整。
本发明还公开了一种无线设备，用于执行本发明的上述方法，该无线设备对应上述方法中的第二无线设备Client。图7是本发明实施例中的一种无线设备的结构示意图。如图7所示，该无线设备包括：
单次同步计算单元71，用于通过在第一无线设备和自身的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和自身收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的自身相对于第一无线设备的时间差；
过滤单元72，用于对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；
平滑单元73，用于对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得自身相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；
时间调整单元74，用于每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整自身的***时间，以使得自身与第一无线设备时间同步。
在本发明的一个实施例中，如图8所示，上述单次同步计算单元71包括：
请求接收模块711，用于接收第一无线设备以预定的时间间隔广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1；
应答发送模块712，用于向所述第一无线设备广播或组播发送应答包，所述应答包中携带自身的ID，同时记录下所述请求包序号、接收到请求包的本地***时间TC1、发送应答包的本地***时间TC2和所述TS1；
回应校验模块713，用于根据自身的客户端ID校验所述第一无线设备发送的回应包，所述回应包中携带所回应的第二无线设备的客户端ID和所述第一无线设备接收到所述应答包的本地***时间TS2，如果所述回应包中携带的ID与自身所属无线设备(如第二无线设备)的客户端ID一致，则记录下所述TS2；
同步计算模块714，用于根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算自身相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差.
可选地，所述同步计算模块714，具体用于基于下述公式，根据所述TC1、TC2、TS1和TS2计算第一无线设备相对于同步计算模块714所属无线设备的单次同步操作的时间差，以及单次同步操作下第一无线设备与同步计算模块714所属无线设备(如第二无线设备)间数据包的平均传输时间：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans为单次同步操作的平均传输时间。
在本发明的一个实施例中，上述过滤单元72具体用于确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据；以及，选取第一无线设备和自身之间数据包的平均传输时间的阈值，若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
在本发明的另一个实施例中，上述平滑单元73具体用于根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理；或者，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。
图9是本发明实施例中的一种无线通信***的组成示意图。如图9所示，所述***包括：用于提供音频源第一无线设备91、一个或多个作为无线音箱的第二无线设备92，其中第一无线设备91与第二无线设备92通过WIFI或WIFI直连建立连接；所述第二无线设备为上述图7所示的无线设备。
本发明的***实施例与本发明的方法实施例具有相同的发明构思，***中包括的第一无线设备、一个或多个第二无线设备可分别对应本发明的方法实施例的实现步骤，在此不再展开赘述。
综上所述，本发明公开的无线设备间时间同步方法、无线设备和无线通信***，无需增加额外的硬件，通过对获得的单次同步操作的时间差数据，进行有效性过滤以剔除不良的数据，并对设定时间段内的有效性过滤后的多个单次同步操作的时间差数据进行平滑处理，能够得到精度较高的设定时间段内的平均时间差，从而每隔设定时间段根据获得的平均时间差数据对待同步的无线设备的***时间进行调整，可以将无线设备间的***时间差同步至低于1ms，实现无线设备间高精度的时间同步。
进一步的，本发明公开的无线设备间时间同步方法、无线设备和无线通信***，通过使用广播或组播方式交互数据包，能够避免在单次同步操作中，重传数据包造成的平均传输时间的误差，从而能够基于平均传输时间准确地剔除掉无效的时间差数据，保证了单次同步操作的时间差的精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种无线设备间时间同步的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过在第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和第二无线设备收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的第二无线设备相对于第一无线设备的***的时间差；所述单次同步操作包括：第二无线设备接收第一无线设备发送的用于同步的请求包；第二无线设备根据该请求包向第一无线设备发送应答包；第二无线设备接收第一无线设备根据该应答包返回的回应包；
对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；
对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得第二无线设备相对于第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；
每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间，以使得第二无线设备与第一无线设备时间同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过在第一无线设备和第二无线设备的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和第二无线设备收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的第二无线设备相对于第一无线设备的时间差包括：
第一无线设备以预定的时间间隔广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1；
第二无线设备接收所述请求包并广播或组播发送应答包，所述应答包中携带第二无线设备自身的客户端ID，同时第二无线设备记录下所述请求包序号、接收到所述请求包的本地***时间TC1、发送所述应答包的本地***时间TC2和所述请求包中的所述TS1；
第一无线设备接收到所述应答包后发送回应包，所述回应包中携带所回应的第二无线设备的客户端ID和接收到所述应答包的本地***时间TS2；
第二无线设备根据自身的ID校验所述回应包，如果所述回应包中携带的无线设备的ID与自身的客户端ID一致，则记录下所述回应包中的所述TS2；
第二无线设备根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算第二无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差包括：
基于下述公式，根据所述TC1、TC2、TS1和TS2计算第一无线设备相对于第二无线设备的单次同步操作的时间差，以及单次同步操作下第一无线设备与第二无线设备间数据包的平均传输时间：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans为单次同步操作的平均传输时间。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤包括：
确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常包括：
第二无线设备根据自身的客户端ID校验所述回应包，如果所述回应包中携带的ID与自身的客户端ID不一致，确定所述单次同步操作过程中出现数据包异常；或者，
第二无线设备判断在允许的时间范围内没有接收到相应的请求包序号下的请求包或应答包时，确定所述单次同步操作过程中出现数据包丢失。
6.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤包括：
选取第一无线设备和第二无线设备之间数据包的平均传输时间的阈值；
若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据。
7.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理包括：
根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理；
或者，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。
8.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据获得的所述平均时间差调整第二无线设备的***时间包括：
使用Linux操作***的时钟调节命令adjtimex，根据获得的所述平均时间差对第二无线设备的***时钟或***时钟的计数器进行调整。
9.一种无线设备，其特征在于，包括：
单次同步计算单元，用于通过在第一无线设备和自身的单次同步操作中，获取到的第一无线设备和自身收发相应数据包的时间，计算该单次同步操作对应的自身相对于第一无线设备的***的时间差；所述单次同步操作包括：第二无线设备接收第一无线设备发送的用于同步的请求包；第二无线设备根据该请求包向第一无线设备发送应答包；第二无线设备接收第一无线设备根据该应答包返回的回应包；
过滤单元，用于对所述单次同步操作对应的时间差进行有效性过滤，提取出有效的时间差数据；
平滑单元，用于对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据进行平滑处理，获得自身相对于所述第一无线设备在所述设定时间段内的平均时间差；
时间调整单元，用于每隔所述设定时间段根据获得的所述平均时间差调整自身的***时间，以使得自身与所述第一无线设备时间同步。
10.如权利要求9所述的无线设备，其特征在于，所述单次同步计算单元包括：
请求接收模块，用于接收第一无线设备以预定的时间间隔广播或组播进行同步的请求包，所述请求包中携带请求包序号、发送请求包的本地***时间TS1；
应答发送模块，用于向所述第一无线设备广播或组播发送应答包，所述应答包中携带自身的ID，同时记录下所述请求包序号、接收到请求包的本地***时间TC1、发送应答包的本地***时间TC2和所述TS1；
回应校验模块，用于根据自身所属无线设备的客户端ID校验所述第一无线设备发送的回应包，所述回应包中携带无线设备的ID和所述第一无线设备接收到所述应答包的本地***时间TS2，如果所述回应包中携带的ID与自身所属无线设备的客户端ID一致，则记录下所述TS2；
同步计算模块，用于根据同一请求包序号下的所述TC1、所述TC2、所述TS1和所述TS2，计算自身所属的无线设备相对于第一无线设备的单次同步操作的时间差；
其中，所述同步计算模块，具体用于基于下述公式，根据所述TC1、TC2、TS1和TS2计算第一无线设备相对于自身所属的无线设备的单次同步操作的时间差，以及单次同步操作下第一无线设备与自身所属的无线设备间数据包的平均传输时间：
Ttrans＝(TC1+TS2-TS1-TC2)/2
Tdiff＝(TC1-TS2-TS1+TC2)/2
其中，Tdiff为单次同步操作的时间差，Ttrans为单次同步操作的平均传输时间。
11.如权利要求9-10任一项所述的无线设备，其特征在于，
所述过滤单元，具体用于确定某单次同步操作过程中出现数据包丢失或异常时，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据；以及，选取第一无线设备和自身所属无线设备之间数据包的平均传输时间的阈值，若某单次同步操作的平均传输时间超过所述阈值，则过滤掉该单次同步操作的时间差数据；
所述平滑单元，具体用于根据每个单次同步操作的同步时间和该单次同步操作对应的时间差数据，采用最小二乘曲线拟合的方式进行平滑处理；或者，对设定时间段内的多个单次同步操作对应的有效的时间差数据求均值。
12.一种无线通信***，其特征在于，所述***包括：用于提供音频源第一无线设备、一个或多个作为无线音箱的第二无线设备，其中第一无线设备与第二无线设备通过WIFI或WIFI直连建立连接；所述第二无线设备为权利要求9-11任一项所述的无线设备。
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