CN110249372B - 传感***及时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，数据采集终端从设备(2)在接收到伪分组时，向返回分组添加指示伪分组的接收时刻的时间戳和指示返回分组的发送时刻的时间戳，并且向数据采集终端主设备(3)发送该返回分组。数据采集终端主设备(3)在执行时间同步过程时向数据采集终端从设备(2)发送伪分组。数据采集终端主设备(3)在接收到返回分组时，基于伪分组的发送时刻和返回分组的接收时刻、以及从返回分组的时间戳获取的伪分组的接收时刻和返回分组的发送时刻，计算数据采集终端主设备(3)与数据采集终端从设备(2)之间的同步偏差时间和数据采集终端主设备(3)与数据采集终端从设备(2)之间的传播延迟时间。

Description

传感***及时间同步方法
技术领域
本发明涉及获取传感器数据之间的时间同步，所述传感器数据是从传感***中的传感器发送的，所述传感***包括许多不同类型的传感器。
背景技术
在所有的东西都被连接至互联网的IoT(物联网)社会中，期望将不同类型的传感器连接至网络，采集大量不同类型的数据，通过分析这些数据提取对人类有用的信息。图23中所示的示例提出了一种传感器网络，其中，使用通过将传感器添加到人们穿着的衣物上制成的可穿戴传感器100，由可穿戴传感器100获取的传感器数据经由诸如智能电话之类的终端101被传送至服务器102(参见非专利文献1)。在这种传感器网络中，容纳了传感器100的终端101需要满足不同类型的使用场景和需求，因此，如果仅仅使用当前流行的智能电话，则可能引发问题。
特别是，智能电话使同时连接大量传感器变得困难。作为应对这种困难的一种措施，如图24所示，通过将传感器容纳终端的网络配置为树状，可以增加可连接的传感器的数量。在图24所示的该示例中，每个传感器容纳终端101a都从传感器100获取数据，并且将数据发送至终端主设备101b。
然而，在图24所示的配置中，由每个传感器容纳终端101a从传感器100获取的传感器数据被给定时间信息，并且随后被发送至终端主设备101b，因此，由各传感器容纳终端101a所获取的传感器数据之间不存在公共时间参考。这引发了这些传感器数据不能按照时间顺序排列的问题。因此，作为用于传感器网络应用的时间同步方法，已经提出了如表1所示的各种方法(参见非专利文献2)。
[表1]
Figure BDA0002110187780000021
NTP(网络时间协议)、RBS(参考广播同步)、FTSP(洪泛时间同步协议)、以及TPSN(用于传感器网络的定时同步协议)是用于获取网络上的传感器、计算机之间的时间同步的协议。在表1中示出的GPS(全球定位***)是指，基于从多个GPS卫星获取的时间信息在接收设备上得到准确参考时间的时间同步方法。
不幸的是，如表1所示的传统的时间同步方法是基于主设备和从设备中的每一个都具有足够准确的时钟，这产生了终端的配置受到限制的问题。更具体地，传统的时间同步方法不能被应用于仅仅通过使用单调增加的增量计数器来处理时间的终端。而且，在校正时间时，需要使用在计算时间漂移和时间信息的传播延迟、以及校正计算所需要的时间的同时还校正终端时钟的偏差的方法。这增加了微计算机或CPU(中央处理单元)所需要的性能，并且限制了终端的配置。
另外，在传感器自身在传感器数据中添加时间戳的***中，为了校正传感器时钟的偏差，传感器的微计算机或CPU所需要的性能增加，而且这也限制了传感器的配置。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1："IoT Gateway Technology for Connecting Various Sensors"，Kenichi Matsunaga等，The institute of Electronics,Information andCommunication Engineers,Proceedings of the 2016Society Conference,B-18-56,第420页
非专利文献2：Makoto Suzuki，Shunsuke Saruwatari，Masaki Minami，以及Hiroyuki Morikawa，"Research Trends of Time Synchronization Technologies inWireless Sensor Networks"，The University of Tokyo，Research Center forAdvanced Science and Technology，Morikawa Laboratory，Technical ResearchReport，No.2008001，2008年六月
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明为了解决上述问题而作，并且其目标是提供传感***和时间同步方法，即使在每个传感器的计算性能和时钟精度低时，这些传感***和时间同步方法也能够获取从各传感器发送的传感器数据之间的准确的时间同步。
此外，本发明的另一个目标是，提供传感***和时间同步方法，即使在从设备的计算性能和时钟精度低时，这些传感***和时间同步方法也能够获取从各传感器发送的传感器数据之间的准确的时间同步。
解决问题的方法
本发明的传感***的特征在于，包括：一个以上传感器，被配置为发送传感器数据；数据采集终端主设备，被配置为向主装置发送所述传感器数据；以及数据采集终端从设备，被配置为在所述传感器与所述数据采集终端主设备之间中继所述传感器数据，其中，所述传感器包括：第一时钟单元，被配置为测量时间；时间戳添加单元，被配置为：在发送所述传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；返回分组生成单元，被配置为：在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述数据采集终端主设备的伪分组时生成返回分组，并且基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳、以及指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；以及第一通信处理单元，被配置为：向所述数据采集终端从设备发送由所述时间戳添加单元添加了时间戳的传感器数据、以及由所述返回分组生成单元添加了时间戳的返回分组，以及所述数据采集终端主设备包括：第二时钟单元，被配置为测量时间；伪分组发送单元，被配置为：在执行时间同步处理时，向所述传感器发送所述伪分组；时间计算单元，被配置为：在接收到所述返回分组时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的传播延迟时间；校正时间计算单元，被配置为：在接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；时间戳校正单元，被配置为：基于所述校正时间计算单元的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及第二通信处理单元，被配置为：向所述主装置传送包含有由所述时间戳校正单元校正过的时间戳的传感器数据。
本发明的传感***的特征在于，包括：一个以上传感器，被配置为发送传感器数据；数据采集终端主设备，被配置为向主装置发送所述传感器数据；以及数据采集终端从设备，被配置为在所述传感器与所述数据采集终端主设备之间中继所述传感器数据，其中，所述数据采集终端从设备包括：第一时钟单元，被配置为测量时间；时间戳添加单元，被配置为：在从所述传感器接收到所述传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；返回分组生成单元，被配置为：在接收到来自所述数据采集终端主设备的伪分组时生成返回分组，并且基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳、以及指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；以及第一通信处理单元，被配置为：向所述数据采集终端主设备发送由所述时间戳添加单元添加了时间戳的传感器数据、以及由所述返回分组生成单元添加了时间戳的返回分组，以及所述数据采集终端主设备包括：第二时钟单元，被配置为测量时间；伪分组发送单元，被配置为：在执行时间同步处理时，向所述数据采集终端从设备发送所述伪分组；时间计算单元，被配置为：在接收到所述返回分组时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻及所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；校正时间计算单元，被配置为：在接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；时间戳校正单元，被配置为：基于所述校正时间计算单元的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及第二通信处理单元，被配置为：向所述主装置传送包含有由所述时间戳校正单元校正过的时间戳的传感器数据。
本发明的时间同步方法的特征在于，包括：第一步骤，使数据采集终端主设备在执行时间同步过程时向传感器发送伪分组；第二步骤，使所述传感器在经由数据采集终端从设备接收到来自所述数据采集终端主设备的所述伪分组时生成返回分组，并且基于所述传感器中的第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳和指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；第三步骤，使所述传感器向所述数据采集终端从设备发送添加了所述时间戳的返回分组；第四步骤，使所述数据采集终端主设备在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述传感器的所述返回分组时，基于从所述数据采集终端主设备中的第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的传播延迟时间；第五步骤，使所述传感器在发送传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；第六步骤，使所述传感器向所述数据采集终端从设备发送添加了时间戳的传感器数据；第七步骤，使所述数据采集终端主设备在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述传感器的所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；第八步骤，使所述数据采集终端主设备基于所述第七步骤中的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及第九步骤，使所述数据采集终端主设备向主装置传送包含有校正过的时间戳的传感器数据。
本发明的时间同步方法的特征在于，包括：第一步骤，使数据采集终端主设备在执行时间同步过程时向数据采集终端从设备发送伪分组；第二步骤，使所述数据采集终端从设备在接收到所述伪分组时生成返回分组，并且基于所述数据采集终端从设备中的第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳和指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；第三步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的返回分组；第四步骤，使所述数据采集终端主设备在接收到所述返回分组时，基于从所述数据采集终端主设备中的第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；第五步骤，使所述数据采集终端从设备在从传感器接收到传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；第六步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的传感器数据；第七步骤，使所述数据采集终端主设备在从所述数据采集终端从设备接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；第八步骤，使所述数据采集终端主设备基于所述第七步骤中的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及第九步骤，使所述数据采集终端主设备向主装置传送包含有校正过的时间戳的传感器数据。
本发明的效果
在本发明中，所述传感器包括第一时钟单元、时间戳添加单元、返回分组发送单元、以及第一通信处理单元，而数据采集终端主设备包括第二时钟单元、伪分组发送单元、时间计算单元、校正时间计算单元、时间戳校正单元、以及第二通信处理单元。因此，即使在所述传感器的计算性能和所述第一时钟单元的时钟精度低时，也能够执行从各个传感器发送的传感器数据之间的准确的时间同步。因此，本发明可以放宽在传感器自身向传感器数据添加时间戳的传感***中传感器所需要的性能基准。
在本发明中，数据采集终端从设备包括第一时钟单元、时间戳添加单元、返回分组发送单元、以及第一通信处理单元，而数据采集终端主设备包括第二时钟单元、伪分组发送单元、时间计算单元、校正时间计算单元、时间戳校正单元、以及第二通信处理单元。因此，即使在所述数据采集终端从设备的计算性能和所述第一时钟单元的时钟精度低时，也能够执行从各个传感器发送的传感器数据之间的准确的时间同步。因此，本发明可以放宽数据采集终端从设备所需要的性能基准。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施例的传感***的配置的框图；
图2是示出了根据本发明的第一实施例的传感***的传感器的布置的框图；
图3是示出了根据本发明的第一实施例的传感***的数据采集终端从设备的布置的框图；
图4是示出了根据本发明的第一实施例的传感***的数据采集终端主设备的布置的框图；
图5是用于说明根据本发明的第一实施例的传感***的传感器数据传送过程的流程图；
图6是用于说明根据第一实施例的传感***的时间同步过程的流程图；
图7用于说明根据第一实施例的传感***的时间同步过程的时序图；
图8是示出了根据本发明的第三实施例的传感***的数据采集终端主设备的布置的框图；
图9是用于说明根据本发明的第三实施例的传感***的时间同步过程的流程图；
图10是示出了根据本发明的第三实施例中的数据采集终端从设备与数据采集终端主设备之间的同步偏差时间的计算结果的图；
图11是用于说明根据本发明的第三实施例的传感***的传感器数据传送过程的流程图；
图12是示出了根据本发明的第四实施例的传感***的传感器的布置的框图；
图13是用于说明根据本发明的第四实施例的传感***的时间同步过程的流程图；
图14用于说明根据本发明的第四实施例的传感***的时间同步过程的时序图；
图15是用于说明根据本发明的第四实施例的传感***的传感器数据传送过程的流程图；
图16是用于说明根据本发明的第五实施例的传感***的时间同步过程的流程图；
图17是用于说明根据本发明的第五实施例的传感***的传感器数据传送过程的流程图；
图18是示出了根据本发明的第六实施例的传感***的数据采集终端从设备的布置的框图；
图19是示出了根据本发明的第六实施例的传感***的数据采集终端主设备的布置的框图；
图20是用于说明根据本发明的第六实施例的传感***的时间同步过程的流程图；
图21是用于说明根据本发明的第六实施例的传感***的时间同步过程的时序图；
图22示出了用于实现根据本发明的第一至第六实施例的传感器、数据采集终端从设备、以及数据采集终端主设备的计算机的配置示例的框图；
图23是示出了传统的传感器网络的布置的图；以及
图24是示出了另一个传统的传感器网络的布置的图。
具体实施方式
[第一实施例]
在下文中将参考附图说明本发明的实施例。图1是示出了根据本发明的第一实施例的传感***的配置的框图。该传感***包括用于发送传感器数据的一个或多个传感器1、用于在传感器1和数据采集终端主设备3之间进行中继的多个数据采集终端从设备2、以及用于向高层网络4发送传感器数据的数据采集终端主设备3。
为了解决上述问题，本发明首先试图尽可能地将计算负担施加于高层网络。图1示出了适于使用本发明的树形网络配置和每个组成元件的计算性能。通常，诸如传感器1和数据采集终端从设备2之类的靠近物体或个人的设备需要执行低功耗操作，并且因此使用比高层网络的组成元件所使用的微计算机或CPU的性能更低的微计算机或CPU。相对地，网络的高层组成元件可以使用高性能的CPU。即，从整个网络观察时为最优的时间同步***配置能够通过将计算负担施加于高层组成元件而获得。
图2是示出了该实施例的传感器1的布置的框图。图3是示出了数据采集终端从设备2的布置的框图。图4是示出了数据采集终端主设备3的布置的框图。
如图2中所示，传感器1包括：用于与数据采集终端从设备2通信的通信电路10、用于检测物理量并根据需要从所述物理量提取特征量的传感器电路单元11、用于控制整个传感器的控制单元12、以及用于存储控制单元12的程序的存储设备13。控制单元12包含通信处理单元14。
传感器1能够通过计算机和用于控制计算机的硬件资源的程序来实现，所述计算机包含CPU、存储设备和接口。传感器1的CPU根据存储设备中存储的程序执行将在该实施例中或在之后的实施例中说明的过程。用于测量物理量的传感器1的示例是，用于测量人类的生命体征的生命传感器、以及加速度传感器。然而，本发明当然不限于这些传感器。
如图3中所示，数据采集终端从设备2包括：用于与传感器1通信的通信电路20、用于与数据采集终端主设备3通信的通信电路21，用于控制整个数据采集终端从设备的控制单元22、用于存储控制单元22的程序的存储设备23、以及用于测量时间的时钟单元24。控制单元22包括：用于经由通信电路20和21与传感器1和数据采集终端主设备3通信的通信处理单元25；用于在从传感器1接收到传感器数据时，向传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳的时间戳添加单元26；以及用于在从数据采集终端主设备3接收到伪分组时生成返回分组的返回分组生成单元27。
数据采集终端从设备2能够通过计算机和用于控制计算机的硬件资源的程序来实现，所述计算机包含CPU、存储设备和接口。数据采集终端从设备2的CPU根据存储设备中存储的程序执行将在该实施例中或在之后的实施例中说明的过程。
传感器1和数据采集终端从设备2可以通过有线或无线进行连接。当传感器1和数据采集终端从设备2通过无线进行连接时，通信电路10和20的无线通信标准的示例是BLE(
Figure BDA0002110187780000101
低功耗)。
如图4中所示，数据采集终端主设备3包括：用于与数据采集终端从设备2通信的通信电路30、用于通过高层网络4与例如服务器(主装置)通信的通信电路31、用于控制整个数据采集终端主设备的控制单元32、用于存储控制单元32的程序的存储设备33、以及时钟单元34。控制单元32包括：用于经由通信电路30和31与数据采集终端从设备2和高层网络4的服务器通信的通信处理单元35、用于在接收到传感器数据时计算经校正的数据发送时刻的校正时间计算单元36、用于基于校正时间计算单元36的计算结果校正传感器数据的时间戳的时间戳校正单元37、用于在执行时间同步过程时向数据采集终端从设备2发送伪分组的伪分组发送单元38、以及用于计算数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的同步偏差时间和数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的传播延迟时间的时间计算单元39。
数据采集终端主设备3能够通过计算机和用于控制计算机的硬件资源的程序来实现，所述计算机包含CPU、存储设备和接口。数据采集终端主设备3的CPU根据存储设备中存储的程序执行将在该实施例中或在之后的实施例中说明的过程。
数据采集终端主设备3和数据采集终端从设备2可以通过有线或无线进行连接。当数据采集终端主设备3和数据采集终端从设备2通过无线进行连接时，通信电路21和30的无线通信标准的示例是WiFi和ZigBee。另外，当数据采集终端主设备3和高层网络4的服务器通过无线进行连接时，通信电路31的无线通信标准是WiFi和LTE/3G。
注意，数据采集终端主设备3包括高性能CPU和由该CPU控制的被称为RTC(实时时钟)的高精度时钟单元34，而数据采集终端从设备2包括低性能CPU和由该CPU控制的低精度时钟单元24。时钟单元34能够按照年、月、日、时、分和秒输出时间信息，而时钟单元24输出的时间信息是时钟计数结果，即，整数值。
该实施例的传感***的每个元件的操作将在下文说明。首先，将参考图5说明向高层网络4的服务器传送包括传感器1的测量结果在内的传感器数据的过程。
每个传感器1的通信处理单元14使通信电路10发送传感器数据(分组)，该传感器数据(分组)包含有由传感器电路单元11测量的物理量的信息和在存储设备13中预先存储的独有的传感器ID(图5的步骤S100)。
当通信电路20接收到从传感器1发送的传感器数据时(图5的步骤S101)，数据采集终端从设备2的时间戳添加单元26从时钟单元24获取时间信息(整数值)(图5的步骤S102)，并且将表示该时间信息的时间戳TSA添加到接收的传感器数据(图5的步骤S103)。
数据采集终端从设备2的通信处理单元25使通信电路21向数据采集终端主设备3传送添加了时间戳TSA的传感器数据(包含有传感器数据和时间戳TSA的传感器数据分组)(图5的步骤S104)。因此，添加了时间戳TSA的传感器数据能够被传送至数据采集终端主设备3，该时间戳TSA指示从数据采集终端从设备2向数据采集终端主设备3发送数据的时刻。每当从传感器1接收到传感器数据时，数据采集终端从设备2执行步骤S101至S104中的过程。
随后，当通信电路30接收到从数据采集终端从设备2发送的传感器数据时(图5的步骤S105)，数据采集终端主设备3的校正时间计算单元36获取包含在该传感器数据中的时间戳TSA(图5的步骤S106)，并且基于由所获取的时间戳TSA指示的时刻，计算经校正的数据发送时刻T(图5的步骤S107)。后文中将描述步骤S107中的过程。
数据采集终端主设备3的时间戳校正单元37将指示由校正时间计算单元36计算的数据发送时刻T的时间戳TSB添加到由通信电路30接收的传感器数据(图5的步骤S108)。注意，由数据采集终端从设备2的时间戳添加单元26添加的时间戳TSA表示整数值，而由数据采集终端主设备3的时间戳校正单元37添加的时间戳TSB表示年、月、日、时、分和秒。由时间戳添加单元26添加的时间戳TSA可以由步骤S108中的过程删除，也可以被保留。
数据采集终端主设备3的通信处理单元35使通信电路31向高层网络4的服务器传送添加了时间戳TSB的传感器数据(包含有传感器数据和时间戳TSB的传感器数据分组)(图5的步骤S109)。因此，能够通过校正从数据采集终端从设备2到数据采集终端主设备3的数据发送时刻，将传感器数据传送至服务器。
服务器处理的示例是，通过分析由传感器1获取的用户的生命体征对用户进行诊断的过程。因为服务器处理不是本发明的必须的组成要素，所以将省略详细说明。
接下来，将参考图6和图7说明该实施例的时间同步过程。图6是用于说明时间同步过程的流程图。图7是用于说明时间同步过程的时序图。
首先，数据采集终端主设备3的伪分组发送单元38使通信电路30向数据采集终端从设备2发送用于时间同步的伪分组P1(图6的步骤S200)。随后，伪分组发送单元38从时钟单元34获取时间信息，并且在存储设备33中存储指示向数据采集终端从设备2发送伪分组P1的时刻的时间戳TS1(图6的步骤S201)。
当通信电路21接收到从数据采集终端主设备3发送的伪分组P1时(图6的步骤S202)，数据采集终端从设备2的返回分组生成单元27从时钟单元24获取时间信息(伪分组P1的接收时刻)，生成与伪分组P1对应的返回分组P2，从时钟单元24获取时间信息(返回分组P2的发送时刻)(图6的步骤S203)，并且向返回分组P2添加指示伪分组P1的接收时刻的时间戳TS2和指示返回分组P2的发送时刻的时间戳TS3(图6的步骤S204)。
数据采集终端从设备2的通信处理单元25使通信电路21向数据采集终端主设备3发送由返回分组生成单元27添加了时间戳的返回分组P2(图6的步骤S205)。
当通信电路30接收到从数据采集终端从设备2发送的返回分组P2时(图6的步骤S206)，数据采集终端主设备3的时间计算单元39获取该返回分组P2中包含的两个时间戳TS2和TS3并且将它们暂时存储在存储设备33中(图6的步骤S207)。随后，时间计算单元39从时钟单元34获取时间信息，并且将表示返回分组P2的接收时刻的时间戳TS4存储在存储设备33中(图6的步骤S208)。
然后，基于由步骤S201中在存储设备33中存储的时间戳TS1指示的伪分组P1的发送时刻、由步骤S208中在存储设备33中存储的时间戳TS4指示的返回分组P2的接收时刻、以及由步骤S207中在存储设备33中存储的时间戳TS2和TS3指示的伪分组P1的接收时刻和返回分组P2的发送时刻，时间计算单元39计算数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的同步偏差时间drift和数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的传播延迟时间delay，并且将计算结果存储在存储设备33中(图6的步骤S209)。
在图7中示出的示例中，数据采集终端主设备3向数据采集终端从设备2发送伪分组P1的时刻是T1，数据采集终端从设备2接收伪分组P1的时刻是T2，数据采集终端从设备2发送返回分组P2的时刻是T3，而数据采集终端主设备3接收返回分组P2的时刻是T4。
如上所述，T1和T4是由高精度实时时钟获取的时间，但T2和T3不是通用的unix时间或NTP时间，而是从用于保证单调性的增量时钟获取的时间。即，如果用Tcycle表示数据采集终端从设备2的增量时钟的已知的单位时间，则T2和T3可以表示如下：
T2＝Tcycle×N(T2) ...(1)
T3＝Tcycle×N(T3) ...(2)
在式(1)和(2)中，N(T2)是由时间戳TS2所指示的整数值，而N(T3)是由时间戳TS3指示的整数值。
根据非专利文献2中所公开的式子，数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的同步偏差时间drift和数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的传播延迟时间delay可以表示如下：
drift＝(T1+T4)/2-(T2+T3)/2 ...(3)
delay＝(T4-T1)/2-(T3-T2)/2 ...(4)
因此，数据采集终端主设备3的时间计算单元39可以根据式(1)至(4)估计同步偏差时间drift和传播延迟时间delay。
数据采集终端主设备3定期地针对每个数据采集终端从设备2执行图6和图7中所说明的过程。因此，同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值针对每个数据采集终端从设备2被存储在存储设备33中。
注意，在该实施例中，过去计算的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值在执行了图6和图7中所示的过程之后可以被删除。然而，在将在下文说明的实施例中，需要保留过去计算的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值。
现在将说明数据采集终端主设备3的校正时间计算单元36的操作的细节。如上所述，同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值被存储在数据采集终端主设备3的存储设备33中。
基于由从接收的传感器数据获取的时间戳TSA指示的数据发送时刻、针对已经中继了传感器数据的数据采集终端从设备2所计算的同步偏差时间drift的最新值、以及针对同一个数据采集终端从设备2计算的传播延迟时间delay的最新值，校正时间计算单元36按照如下所示计算经校正的数据发送时刻T(步骤S107)：
T＝Tcycle×N(t)+drift-delay ...(5)
式(5)中的N(t)是由时间戳TSA指示的整数值。数据采集终端主设备3针对每个传感器1和每个数据采集终端从设备2执行图5中所示的过程。注意，为了执行步骤S107和步骤S108中的过程，当然需要在数据采集终端主设备3接收传感器数据之前，执行图6和图7中所示的过程至少一次。
如上文所述，该实施例能够准确地同步来自多个传感器1的传感器数据的发送时刻。即，即使在数据采集终端从设备2的计算性能和时钟精度很差时，也能精确同步的采样。
[第二实施例]
下文将说明本发明的第二实施例。该实施例是具有以下特征的、第一实施例中的传感***：从数据采集终端主设备3向数据采集终端从设备2发送的伪分组P1的大小、从数据采集终端从设备2向数据采集终端主设备3发送的返回分组P2的大小、以及从数据采集终端从设备2向数据采集终端主设备3传送的传感器数据分组的大小是相等的。
在本发明中，如果在数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间交换的分组的大小是不同的，那么在第一实施例中计算的传播延迟时间delay就产生差异。因为在计算中传播延迟时间delay的这种差异的1/2导致了***性的时间同步误差，所以数据采集终端主设备3与数据采集终端从设备2之间的通信的分组大小必须相等。通过使分组大小相等，能够比第一实施例执行更准确的时间同步。其余的配置与第一实施例中说明的相同。
[第三实施例]
下文将说明本发明的第三实施例。该实施例是具有以下特征的、第一实施例和第二实施例中的传感***：数据采集终端主设备3通过执行多次计算同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的过程，从而校正误差。在该实施例中，传感***的总体布置和传感器1及数据采集终端从设备2的布置与第一和第二实施例相同，因此将通过使用图1至图3中示出的附图标记做出说明。
图8是示出了该实施例的数据采集终端主设备3的布置的框图。该实施例的数据采集终端主设备3的控制单元32包括通信处理单元35、校正时间计算单元36a、时间戳校正单元37、伪分组发送单元38a、时间计算单元39a、以及用于计算同步偏差时间drift的误差的误差计算单元40。
该实施例的目标是，通过执行多次采样，减小同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的定时误差。除了由于重传等引起的长的分组延迟以外，这些误差通常服从正态分布。即，通过执行N次采样操作，这种正态分布的散度能够减小为√N。此外，低性能的时钟发生器通常在周期自身之中存在误差。在这种情况下，如果计算同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的过程只执行一次，则时间逐渐偏移。因此，该实施例通过多次执行计算同步偏差时间drift的过程，从而获取同步偏差时间drift的误差。
图9是用于说明该实施例的时间同步过程的流程图。该实施例的数据采集终端主设备3的伪分组发送单元38a和时间计算单元39a执行与第一实施例的伪分组发送单元38和时间计算单元39相同的过程。与第一实施例的区别在于，将步骤S200至步骤S209的过程执行N次(N是等于或大于2的整数)。在这种情况下，同步偏差时间drift和传播延迟时间delay被计算了N次，并且所有这些值都被存储在存储设备33中。
在步骤S200至步骤S209的过程被执行了N次之后(图9的步骤S210中的是)，数据采集终端主设备3的误差计算单元40计算数据采集终端从设备2的时钟的周期性误差(图9的步骤S211)。
在计算同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的过程被执行了一次时，所计算的同步偏差时间drift与数据采集终端主设备3计算该同步偏差时间drift时的时间TC之间的关系可以被表示如下：
drift＝a(Tc-T0)+b ...(6)
在式(6)中，T0是第一次计算过程中的数据采集终端主设备3的时间，a是数据采集终端从设备2的时钟的周期性误差，而b是第一次计算过程中的同步偏差时间drift的误差。时间Tc和T0能够从时钟单元34获取。因此，可以通过将步骤S200至步骤S209的过程执行N次，以获取第一次计算过程的T0、同步偏差时间drift的N个值、以及计算出上述同步偏差时间drift的N个值时的Tc的N个值。误差计算单元40通过最小二乘法，通过使用T0、drift和TC可以估计a和b的值。误差计算单元40将所计算的a和b的值存储在存储设备33中。数据采集终端主设备3针对每个数据采集终端从设备2定期地执行结合图9说明的上述处理。
图10示出了在该实施例中通过每1秒执行一次步骤S200至步骤S209中的过程获取的同步偏差时间drift的计算结果的图。当数据采集终端主设备3的时钟速率与数据采集终端从设备2的时钟速率完全匹配时，因为除了误差以外最初产生的drift的斜率变为0，所以同步偏差时间drift保持不变。
然而，在图10中示出的示例中，如果用y(μs)表示计算的同步偏差时间drift并且用x(sec)表示测量时间，则y＝-0.54411x+1.497×1012成立，这表明数据采集终端从设备2的时间每1秒变快了0.5μs。即，这就可以确定，在数据采集终端主设备3的时钟速率与数据采集终端从设备2的时钟速率之间产生了差异，因此，数据采集终端主设备3能够基于该速率差异来校正传感器数据的时间戳。
将说明实际的校正方法。图11是用于说明该实施例的传感器数据传送过程的流程图。图11的步骤S100至步骤S106中的过程与第一实施例中说明的过程相同。
在计算经校正的数据发送时刻T之前，该实施例的数据采集终端主设备3的校正时间计算单元36a计算同步偏差时间drift的误差edrift(图11的步骤S110)。更具体地，当响应于在步骤S105中接收传感器数据而计算经校正的数据发送时刻T时，校正时间计算单元36a基于从时钟单元34的时间信息获取的数据采集终端主设备3的时间Td、以及针对已经中继了传感器数据的数据采集终端从设备2计算的时钟周期性误差a，计算同步偏差时间drift的误差edrift，如下所示：
edrift＝a×Td ...(7)
随后，基于由从接收的传感器数据获取的时间戳TSA指示的数据发送时刻、针对已经中继了传感器数据的数据采集终端从设备2计算的同步偏差时间drift的最新值、针对同一个数据采集终端从设备2计算的传播延迟时间delay的最新值、以及在步骤S110中计算的同步偏差时间drift的误差edrift，校正时间计算单元36a计算经校正的数据发送时刻T，如下所示(图11的步骤S111)：
T＝Tcycle×N(t)+drift-delay-edrift ...(8)
图11的步骤S108和步骤S109中的过程与第一实施例中说明的过程相同。因此，在该实施例中，数据采集终端主设备3根据同步偏差时间drift的误差edrift校正传感器数据的时间戳。这可以进一步提高时间同步的精度。
[第四实施例]
下文将说明本发明的第四实施例。该实施例是具有以下特征的、第一实施例至第三实施例中的传感***：时间同步对象被扩展至末端的传感器。在该实施例中，传感***的总体配置和数据采集终端从设备2及数据采集终端主设备3的布置与第一和第二实施例中的相同，因此将通过使用图1、图3及图4中示出的附图标记做出说明。
图12是示出了该实施例的传感器1的布置的框图。该实施例的传感器1包括通信电路10、传感器电路单元11、控制单元12、存储设备13、以及时钟单元15。控制单元12包括通信处理单元14、时间戳添加单元16、以及返回分组生成单元17。
如第一实施例中所说明的，传感器1能够通过计算机和用于控制计算机的硬件资源的程序来实现，所述计算机包括CPU、存储设备和接口。类似于数据采集终端从设备2的时钟单元24，从时钟单元15输出的时间信息是时钟的计数结果，即，整数值。
将参考图13和图14说明该实施例的时间同步过程。图13是用于说明时间同步过程的流程图。图14是用于说明时间同步过程的时序图。
首先，数据采集终端主设备3的伪分组发送单元38使通信电路30向传感器1发送用于时间同步的伪分组P5(图13的步骤S300)。随后，伪分组发送单元38从时钟单元34获取时间信息，并且在存储设备33中存储指示向传感器1发送伪分组P5的时刻的时间戳TS5(图13的步骤S301)。
当通信电路21接收到从数据采集终端主设备3发送的伪分组P5时(图13的步骤S302)，数据采集终端从设备2的通信处理单元25使通信电路20向传感器1传送伪分组P5(图13的步骤S303)。
当通信单元10经由数据采集终端从设备2接收到从数据采集终端主设备3发送的伪分组P5时(图13的步骤S304)，传感器1的返回分组生成单元17生成与伪分组P5对应的返回分组P6(图13的步骤S305)，并且向返回分组P6添加指示伪分组P5的接收时刻的时间戳TS6和指示返回分组P6的发送时刻的时间戳TS7(图13的步骤S306)。
传感器1的通信处理单元14使通信电路10向数据采集终端主设备3发送由返回分组生成单元17添加了时间戳的返回分组P6(图13的步骤S307)。
当通信电路20接收到从传感器1发送的返回分组P6时(图13的步骤S308)，数据采集终端从设备2的通信处理单元25使通信电路21向数据采集终端主设备3传送返回分组P6(图13的步骤S309)。
当通信电路30经由数据采集终端从设备2接收到从传感器1发送的返回分组P6时(图13的步骤S310)，数据采集终端主设备3的时间计算单元39获取返回分组P6中包含的两个时间戳TS6和TS7并且将它们暂时存储在存储设备33中(图13的步骤S311)。随后，时间计算单元39从时钟单元34获取时间信息，并且将表示返回分组P6的接收时刻的时间戳TS8存储在存储设备33中(图13的步骤S312)。
然后，基于由步骤S301中在存储设备33中存储的时间戳TS5指示的伪分组P5的发送时刻、由步骤S312中在存储设备33中存储的时间戳TS8指示的返回分组P6的接收时刻、以及由步骤S311中在存储设备33中存储的时间戳TS6和TS7指示的伪分组P5的接收时刻和返回分组P6的发送时刻，时间计算单元39计算数据采集终端主设备3与传感器1之间的同步偏差时间drift’和数据采集终端主设备3与传感器1之间的传播延迟时间delay’，并且将计算结果存储在存储设备33中(图13的步骤S313)。
在图14中示出的示例中，数据采集终端主设备3向传感器1发送伪分组P5的时刻是T5，传感器1接收伪分组P5的时刻是T6，传感器1发送返回分组P6的时刻是T7，而数据采集终端主设备3接收返回分组P6的时刻是T8。
与第一实施例中一样，T5和T8是由高精度实时时钟获取的时间，而T6和T7是由具有被保证的单调性的增量时钟获取的时间。如果用T’cycle表示传感器1的增量时钟的已知的单位时间，则T6和T7可以表示如下：
T6＝T’cycle×N(T6) ...(9)
T7＝T’cycle×N(T7) ...(10)
在式(9)和(10)中，N(T6)是由时间戳TS6所指示的整数值，而N(T7)是由时间戳TS7指示的整数值。
数据采集终端主设备3与传感器1之间的同步偏差时间drift’和数据采集终端主设备3与传感器1之间的传播延迟时间delay’可以表示如下：
drift’＝(T5+T8)/2-(T6+T7)/2 ...(11)
delay’＝(T8-T5)/2-(T7-T6)/2 ...(12)
因此，数据采集终端主设备3的时间计算单元39可以根据式(9)至(12)估计同步偏差时间drift’和传播延迟时间delay’。数据采集终端主设备3针对每个传感器1定期地执行图13和图14中所说明的过程。因此，同步偏差时间drift’和传播延迟时间delay’的值针对每个传感器1存储在存储设备33中。
将参考15说明该实施例的传感器数据传送过程。当发送包含有由传感器电路单元11所测量的物理量和在存储设备13中预先存储的独有的传感器ID的传感器数据(分组)时，每个传感器1的时间戳添加单元16从时钟15获取时间信息(整数值)(图15的步骤S400)，并且向传感器数据添加指示这一时间信息的时间戳TSC(图15的步骤S401)。
传感器1的通信处理单元14使通信电路10发送添加了时间戳TSC的传感器数据(包含有传感器数据和时间戳TSC的传感器数据分组)(图15的步骤S402)。
当通信电路20接收到从传感器1发送的传感器数据分组时(图15的步骤S403)，数据采集终端从设备2的通信处理单元25使通信电路21向数据采集终端主设备3传送该传感器数据分组(图15的步骤S404)。
当通信电路30接收到从数据采集终端从设备2发送的传感器数据分组时(图15的步骤S405)，数据采集终端主设备3的校正时间计算单元36获取该传感器数据分组中包含的时间戳TSC(图15的步骤S406)，并且基于由所获取的时间戳TSC指示的数据发送时刻、针对已经发送了该传感器数据的传感器1计算的同步偏差时间drift’的最新值、以及针对同一传感器1计算的传播延迟时间delay’的最新值，计算经校正的数据发送时刻T，如下所示(图15的步骤S407)：
T＝T’cycle×N’(t)+drift’-delay’ ...(13)
式(5)中的N’(t)是由时间戳TSC指示的整数值。数据采集终端主设备3的时间戳校正单元37将指示由校正时间计算单元36计算的数据发送时刻T的时间戳TSD添加到由通信电路30接收的传感器数据(图15的步骤S408)。
随后，数据采集终端主设备3的通信处理单元35使通信电路31向高层网络4的服务器传送添加了时间戳TSD的传感器数据(包含有传感器数据和时间戳TSD的传感器数据分组)(图15的步骤S409)。因此可以校正从传感器1至数据采集终端主设备3的数据发送时刻，并且将传感器数据传送至服务器。
在该实施例中，时间同步可以针对传感器1执行，因此能够利用由传感器1向传感器数据添加的简单的时间戳来计算时间。即，在该实施例中，可以在传感器1中记录传感器1的CPU从传感器电路单元11读取输出时的时间戳。
在第一实施例中，数据采集终端从设备2向传感器数据添加时间戳，因此无法补偿传感器1与数据采集终端从设备2之间的通信延迟时间。然而，在该实施例中，传感器1自身向传感器数据添加时间戳。这在需要高精度时间同步时是非常有效的。
[第五实施例]
在第四实施例中，对传感器1执行了与第一实施例中相同的处理。然而，本发明不限于此，也可以对传感器1执行与第三实施例中相同的处理。在该实施例中，传感器1的布置与第四实施例相同，数据采集终端从设备2的布置与第一至第四实施例相同，而数据采集终端主设备3的布置与第三实施例相同，因此将通过使用图1、图3、图8和图12中的附图标记做出说明。
图16是用于说明该实施例的时间同步过程的流程图。该实施例的数据采集终端主设备3的伪分组发送单元38a和时间计算单元39a执行与第四实施例的伪分组发送单元38和时间计算单元39相同的过程。与第四实施例的区别在于步骤S300至步骤S313的过程被执行了N次。在这种情况下，同步偏差时间drift’和传播延迟时间delay’被计算了N次，并且所有这些值都被存储在存储设备33中。
在步骤S300至步骤S313的过程被执行了N次之后(图16的步骤S314中的是)，数据采集终端主设备3的误差计算单元40计算传感器1的时钟的周期性误差(图16的步骤S315)。
在计算同步偏差时间drift’和传播延迟时间delay’的过程被执行了一次时，所计算的同步偏差时间drift’与数据采集终端主设备3计算该同步偏差时间drift’时的时间TC之间的关系可以按照与式(6)相同的方式被表示如下：
drift’＝g(Tc-T0)+h ...(14)
在式(14)中，T0是第一次计算过程中的数据采集终端主设备3的时间，g是传感器1的时钟的周期性误差，而h是第一次计算过程中的同步偏差时间drift’的误差。因此，可以通过执行步骤S300至步骤S313中的过程N次，以获取第一次计算过程的T0、同步偏差时间drift’的N个值、以及计算出同步偏差时间drift’的这些值时的Tc的N个值。误差计算单元40通过最小二乘法，通过使用T0、drift和TC可以估计g和h的值。误差计算单元40将所计算的g和h的值存储在存储设备33中。数据采集终端主设备3针对每个传感器1定期地执行图16中所说明的过程。
图17是用于说明该实施例的传感器数据传送过程的流程图。图17的步骤S400至步骤S406中的过程与第四实施例中说明的过程相同。
在计算经校正的数据发送时刻T之前，该实施例的数据采集终端主设备3的校正时间计算单元36a计算同步偏差时间drift’的误差e’drift(图17的步骤S410)。更具体地，当响应于在步骤S405中接收传感器数据而计算经校正的数据发送时刻T时，校正时间计算单元36a基于从时钟单元34的时间信息获取的数据采集终端主设备3的时间Td、以及针对已经发送了传感器数据的传感器1计算的时钟的周期性误差g，计算同步偏差时间drift’的误差e’drift，如下所示：
e’drift＝g×Td ...(15)
随后，基于由从接收的传感器数据获取的时间戳TSC指示的发送时刻、针对已经发送了该传感器数据的传感器1计算的同步偏差时间drift’的最新值、针对同一个传感器1计算的传播延迟时间delay’的最新值、以及在步骤S410中计算的同步偏差时间drift’的误差e’drift，校正时间计算单元36a计算经校正的数据发送时刻T，如下所示(图17的步骤S411)：
T＝T’cycle×N’(t)+drift’-delay’-e’drift...(16)
图17的步骤S408和步骤S409中的过程与第四实施例的过程相同。在该实施例中，如上所述，数据采集终端主设备3根据同步偏差时间drift’的误差e’drift校正传感器数据的时间戳。这可以进一步提高时间同步的精度。
注意，通过将第二实施例应用到第四实施例和第五实施例可以执行更准确的时间同步。即，仅仅需要使从数据采集终端主设备3向传感器1发送的伪分组P5的大小、从传感器1向数据采集终端主设备3发送的返回分组P6的大小、以及从传感器1向数据采集终端主设备3发送的传感器数据分组的大小相等。
[第六实施例]
下文将说明本发明的第六实施例。该实施例是具有以下特征的、第一至第三实施例中的传感***：数据采集终端主设备3具有向数据采集终端从设备2发送时间同步计算结果的功能，而数据采集终端从设备2具有在接收到时间同步计算结果之后校正时间的功能。在该实施例中，传感***的总体布置和传感器1的布置与第一至第三实施例相同，因此将通过使用图1和图2中示出的附图标记做出说明。
图18是示出了该实施例的数据采集终端从设备2的布置的框图。图19是示出了该实施例的数据采集终端主设备3的布置的框图。
该实施例的数据采集终端从设备2的控制单元22包括通信处理单元25、时间戳添加单元26、返回分组生成单元27、以及时间校正单元28，所述时间校正单元28用于基于从数据采集终端主设备3发送的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值，校正由时钟单元24测量的时间。
该实施例的数据采集终端主设备3的控制单元32包括通信处理单元35、校正时间计算单元36、时间戳校正单元37、伪分组发送单元38、时间计算单元39、以及时间同步计算结果发送单元41，所述时间同步计算结果发送单元41用于向数据采集终端从设备2发送由时间计算单元39计算的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值。
将参考图20和图21说明该实施例的时间同步过程。图20是用于说明时间同步过程的流程图。图21是用于说明时间同步过程的时序图。
图20的步骤S200至步骤S209中的过程与第一实施例中说明的过程相同。
数据采集终端主设备3的时间同步计算结果发送单元41使通信电路30向数据采集终端从设备2发送计算结果分组P7，该计算结果分组P7包含有在步骤S209中由时间计算单元39计算的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值(图20的步骤S212)。
注意，为了使数据采集终端从设备2能够执行时间校正，时间同步计算结果发送单元41必须将向数据采集终端从设备2发送的同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值取整到数据采集终端从设备2的时钟的单位时间Tcycle的精度。
当通信电路21接收到了从数据采集终端主设备3发送的计算结果分组P7时(图20的步骤S213)，数据采集终端从设备2的时间校正单元28从计算结果分组P7获取同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值(图20的步骤S214)，并且校正由时钟单元24测量的时间(图20的步骤S215)。更具体地，时间校正单元28将同步偏差时间drift和传播延迟时间delay的值增加到由时钟单元24计数的时钟计数值上。
因此，该实施例的数据采集终端从设备2能够校正由自身测量的时间。在该实施例中，在数据采集终端从设备2中需要执行将校正值写入时钟单元24的操作。然而，数据采集终端主设备3执行所有高负担的计算。因此，数据采集终端从设备2可以使用性能低的CPU，只要可以写入时钟单元24即可。
在该实施例中，在通信控制等中不仅可以使用传感器1的时间戳，也可以使用从设备自身的时钟。例如，可以执行时分通信并且可以增加每个空间中所容纳的传感器的数量。
注意，该实施例在时间同步计算中使用了第一实施例的方法，但是第三实施例当然也是适用的。
在第一至第六实施例中，数据采集终端主设备3被设置在数据采集终端从设备2与高层网络4的服务器(主装置)之间。然而，本发明不限于此，数据采集终端主设备3也可以设置在高层网络4中。
如上文所述，第一至第六实施例的传感器1、数据采集终端从设备2、以及数据采集终端主设备3中的每一个都能够通过计算机和程序实现。图22示出了该计算机的配置示例。计算机包括CPU 600、存储设备601、以及接口设备(下文将被简写为I/F)602。当该计算机构成传感器1时，I/F 602被连接至例如通信电路10和传感器电路单元11。当该计算机构成数据采集终端从设备2时，I/F 602被连接至例如通信电路20和21。当该计算机构成数据采集终端主设备3时，I/F602被连接至例如通信电路30和31。
工业实用性
本发明适用于包括许多不同类型的传感器的传感***。
附图标记的说明
1...传感器，2...数据采集终端从设备，3...数据采集终端主设备，4...高层网络，10，20，21，30，31...通信电路，11...传感器电路单元，12，22，32...控制单元，13，23，33...存储设备，14，25，35...通信处理单元，15，24，34...时钟单元，16，26...时间戳添加单元，17，27...返回分组生成单元，28...时间校正单元，36，36a...校正时间计算单元，37...时间戳校正单元，38，38a...伪分组发送单元，39，39a...时间计算单元，40...误差计算单元，41...时间同步计算结果发送单元。

Claims (9)

1.一种传感***，包括：
一个以上传感器，被配置为发送传感器数据；
数据采集终端主设备，被配置为向主装置发送所述传感器数据；以及
数据采集终端从设备，被配置为在所述传感器与所述数据采集终端主设备之间中继所述传感器数据，
其中所述传感器包括：
第一时钟单元，被配置为测量时间；
时间戳添加单元，被配置为：在发送所述传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
返回分组生成单元，被配置为：在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述数据采集终端主设备的伪分组时生成返回分组，并且基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳、以及指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；以及
第一通信处理单元，被配置为：向所述数据采集终端从设备发送由所述时间戳添加单元添加了时间戳的传感器数据、以及由所述返回分组生成单元添加了时间戳的返回分组，以及
所述数据采集终端主设备包括：
第二时钟单元，被配置为测量时间；
伪分组发送单元，被配置为：在执行时间同步处理时，向所述传感器发送所述伪分组；
时间计算单元，被配置为：在接收到所述返回分组时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的传播延迟时间；
校正时间计算单元，被配置为：在接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
时间戳校正单元，被配置为：基于所述校正时间计算单元的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第二通信处理单元，被配置为：向所述主装置传送包含有由所述时间戳校正单元校正过的时间戳的传感器数据，
所述传感***的特征在于，
所述数据采集终端主设备还包括误差计算单元，所述误差计算单元被配置为：基于通过多次执行发送伪分组的过程和计算同步偏差时间及传播延迟时间的过程获取的、所述同步偏差时间的多个值以及所述数据采集终端主设备计算所述同步偏差时间时的时间，计算所述传感器的时钟的周期性误差，以及
其中，所述数据采集终端主设备的所述校正时间计算单元在计算所述经校正的数据发送时刻时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述数据采集终端主设备的时间、以及所述传感器的时钟的周期性误差，计算所述同步偏差时间的误差，并且基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、所述同步偏差时间和所述传播延迟时间、以及所述同步偏差时间的误差，计算所述经校正的数据发送时刻。
2.根据权利要求1所述的传感***，其特征在于，从所述数据采集终端主设备向所述传感器发送的所述伪分组的大小、从所述传感器向所述数据采集终端主设备发送的所述返回分组的大小、以及经由所述数据采集终端从设备从所述传感器向所述数据采集终端主设备发送的所述传感器数据的分组的大小是相等的。
3.一种传感***，包括：
一个以上传感器，被配置为发送传感器数据；
数据采集终端主设备，被配置为向主装置发送所述传感器数据；以及
数据采集终端从设备，被配置为在所述传感器与所述数据采集终端主设备之间中继所述传感器数据，
其中所述数据采集终端从设备包括：
第一时钟单元，被配置为测量时间；
时间戳添加单元，被配置为：在从所述传感器接收到所述传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
返回分组生成单元，被配置为：在接收到来自所述数据采集终端主设备的伪分组时生成返回分组，并且基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳、以及指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；以及
第一通信处理单元，被配置为：向所述数据采集终端主设备发送由所述时间戳添加单元添加了时间戳的传感器数据、以及由所述返回分组生成单元添加了时间戳的返回分组，以及
所述数据采集终端主设备包括：
第二时钟单元，被配置为测量时间；
伪分组发送单元，被配置为：在执行时间同步处理时，向所述数据采集终端从设备发送所述伪分组；
时间计算单元，被配置为：在接收到所述返回分组时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻及所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；
校正时间计算单元，被配置为：在接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
时间戳校正单元，被配置为：基于所述校正时间计算单元的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第二通信处理单元，被配置为：向所述主装置传送包含有由所述时间戳校正单元校正过的时间戳的传感器数据，
所述传感***的特征在于，
所述数据采集终端主设备还包括误差计算单元，所述误差计算单元被配置为：基于通过多次执行发送伪分组的过程和计算同步偏差时间及传播延迟时间的过程获取的、所述同步偏差时间的多个值以及所述数据采集终端主设备计算所述同步偏差时间时的时间，计算所述数据采集终端从设备的时钟的周期性误差，以及
其中，所述数据采集终端主设备的所述校正时间计算单元在计算所述经校正的数据发送时刻时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述数据采集终端主设备的时间、以及所述数据采集终端从设备的时钟的周期性误差，计算所述同步偏差时间的误差，并且基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、所述同步偏差时间和所述传播延迟时间、以及所述同步偏差时间的误差，计算所述经校正的数据发送时刻。
4.根据权利要求3所述的传感***，其特征在于，从所述数据采集终端主设备向所述数据采集终端从设备发送的所述伪分组的大小、从所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送的所述返回分组的大小、以及从所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备传送的所述传感器数据的分组的大小是相等的。
5.一种传感***，包括：
一个以上传感器，被配置为发送传感器数据；
数据采集终端主设备，被配置为向主装置发送所述传感器数据；以及
数据采集终端从设备，被配置为在所述传感器与所述数据采集终端主设备之间中继所述传感器数据，
其中所述数据采集终端从设备包括：
第一时钟单元，被配置为测量时间；
时间戳添加单元，被配置为：在从所述传感器接收到所述传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
返回分组生成单元，被配置为：在接收到来自所述数据采集终端主设备的伪分组时生成返回分组，并且基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳、以及指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；以及
第一通信处理单元，被配置为：向所述数据采集终端主设备发送由所述时间戳添加单元添加了时间戳的传感器数据、以及由所述返回分组生成单元添加了时间戳的返回分组，以及
所述数据采集终端主设备包括：
第二时钟单元，被配置为测量时间；
伪分组发送单元，被配置为：在执行时间同步处理时，向所述数据采集终端从设备发送所述伪分组；
时间计算单元，被配置为：在接收到所述返回分组时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻及所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；
校正时间计算单元，被配置为：在接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
时间戳校正单元，被配置为：基于所述校正时间计算单元的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第二通信处理单元，被配置为：向所述主装置传送包含有由所述时间戳校正单元校正过的时间戳的传感器数据，
所述传感***的特征在于，
所述数据采集终端主设备还包括时间同步计算结果发送单元，所述时间同步计算结果发送单元被配置为：向所述数据采集终端从设备发送由所述时间计算单元计算的所述同步偏差时间和所述传播延迟时间的值，以及
所述数据采集终端从设备还包括时间校正单元，所述时间校正单元被配置为：基于从所述数据采集终端主设备发送的所述同步偏差时间和所述传播延迟时间的值，校正由所述第一时钟单元测量的时间。
6.根据权利要求5所述的传感***，其特征在于，从所述数据采集终端主设备向所述数据采集终端从设备发送的所述伪分组的大小、从所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送的所述返回分组的大小、以及从所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备传送的所述传感器数据的分组的大小是相等的。
7.一种时间同步方法，包括：
第一步骤，使数据采集终端主设备在执行时间同步过程时向传感器发送伪分组；
第二步骤，使所述传感器在经由数据采集终端从设备接收到来自所述数据采集终端主设备的所述伪分组时生成返回分组，并且基于所述传感器中的第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳和指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；
第三步骤，使所述传感器向所述数据采集终端从设备发送添加了所述时间戳的返回分组；
第四步骤，使所述数据采集终端主设备在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述传感器的所述返回分组时，基于从所述数据采集终端主设备中的第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述传感器之间的传播延迟时间；
第五步骤，使所述传感器在发送传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息，向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
第六步骤，使所述传感器向所述数据采集终端从设备发送添加了时间戳的传感器数据；
第七步骤，使所述数据采集终端主设备在经由所述数据采集终端从设备接收到来自所述传感器的所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
第八步骤，使所述数据采集终端主设备基于所述第七步骤中的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第九步骤，使所述数据采集终端主设备向主装置传送包含有校正过的时间戳的传感器数据，
所述时间同步方法的特征在于，还包括第十步骤，所述第十步骤使所述数据采集终端主设备基于通过多次执行发送伪分组的过程和计算同步偏差时间及传播延迟时间的过程获取的、所述同步偏差时间的多个值以及所述数据采集终端主设备计算所述同步偏差时间时的时间，计算所述传感器的时钟的周期性误差，
其中，所述第七步骤包括以下步骤：在计算所述经校正的数据发送时刻时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述数据采集终端主设备的时间、以及所述传感器的时钟的周期性误差，计算所述同步偏差时间的误差，并且基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、所述同步偏差时间和所述传播延迟时间、以及所述同步偏差时间的误差，计算所述经校正的数据发送时刻。
8.一种时间同步方法，包括：
第一步骤，使数据采集终端主设备在执行时间同步过程时向数据采集终端从设备发送伪分组；
第二步骤，使所述数据采集终端从设备在接收到所述伪分组时生成返回分组，并且基于所述数据采集终端从设备中的第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳和指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；
第三步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的返回分组；
第四步骤，使所述数据采集终端主设备在接收到所述返回分组时，基于从所述数据采集终端主设备中的第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；
第五步骤，使所述数据采集终端从设备在从传感器接收到传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
第六步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的传感器数据；
第七步骤，使所述数据采集终端主设备在从所述数据采集终端从设备接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
第八步骤，使所述数据采集终端主设备基于所述第七步骤中的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第九步骤，使所述数据采集终端主设备向主装置传送包含有校正过的时间戳的传感器数据，
所述时间同步方法的特征在于，还包括第十步骤，所述第十步骤使所述数据采集终端主设备基于通过多次执行发送伪分组的过程和计算同步偏差时间及传播延迟时间的过程获取的、所述同步偏差时间的多个值以及所述数据采集终端主设备计算所述同步偏差时间时的时间，计算所述数据采集终端从设备的时钟的周期性误差，
其中，所述第七步骤包括以下步骤：在计算所述经校正的数据发送时刻时，基于从所述第二时钟单元的时间信息获取的所述数据采集终端主设备的时间、以及所述数据采集终端从设备的时钟的周期性误差，计算所述同步偏差时间的误差，并且基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、所述同步偏差时间和所述传播延迟时间、以及所述同步偏差时间的误差，计算所述经校正的数据发送时刻。
9.一种时间同步方法，包括：
第一步骤，使数据采集终端主设备在执行时间同步过程时向数据采集终端从设备发送伪分组；
第二步骤，使所述数据采集终端从设备在接收到所述伪分组时生成返回分组，并且基于所述数据采集终端从设备中的第一时钟单元的时间信息，向所述返回分组添加指示所述伪分组的接收时刻的时间戳和指示所述返回分组的发送时刻的时间戳；
第三步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的返回分组；
第四步骤，使所述数据采集终端主设备在接收到所述返回分组时，基于从所述数据采集终端主设备中的第二时钟单元的时间信息获取的所述伪分组的发送时刻和所述返回分组的接收时刻、以及从所述返回分组的时间戳获取的所述伪分组的接收时刻和所述返回分组的发送时刻，计算所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的同步偏差时间和所述数据采集终端主设备与所述数据采集终端从设备之间的传播延迟时间；
第五步骤，使所述数据采集终端从设备在从传感器接收到传感器数据时，基于所述第一时钟单元的时间信息向所述传感器数据添加指示数据发送时刻的时间戳；
第六步骤，使所述数据采集终端从设备向所述数据采集终端主设备发送添加了时间戳的传感器数据；
第七步骤，使所述数据采集终端主设备在从所述数据采集终端从设备接收到所述传感器数据时，基于从所述传感器数据的时间戳获取的数据发送时刻、以及所述同步偏差时间和所述传播延迟时间，计算经校正的数据发送时刻；
第八步骤，使所述数据采集终端主设备基于所述第七步骤中的计算结果，校正所述传感器数据的时间戳；以及
第九步骤，使所述数据采集终端主设备向主装置传送包含有校正过的时间戳的传感器数据，
所述时间同步方法的特征在于，还包括：
第十一步骤，使所述数据采集终端主设备向所述数据采集终端从设备发送在所述第四步骤中计算的所述同步偏差时间和所述传播延迟时间的值；以及
第十二步骤，使所述数据采集终端从设备基于从所述数据采集终端主设备发送的所述同步偏差时间和所述传播延迟时间的值，校正由所述第一时钟单元测量的时间。
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