CN117715171A - 时间同步方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及到无线传输技术领域，尤其涉及到一种时间同步方法、电子设备及存储介质该时间同步方法应用于基于低功耗蓝牙互联的从设备，包括：建立与主设备之间的时间同步通道；于第一时刻接收并解析主设备发送的广播包，以获取广播包中主设备进行时间同步***的***时钟；于第二时刻基于解析获取的***时钟更新自身***时钟；向主设备发送同步完成讯息。以上描述中可以看出，基于BLE实现主设备与从设备之间的时间同步，以结合BLE的优点，降低通信功耗和成本。
Description
技术领域
本公开涉及到无线传输技术领域，尤其涉及到一种时间同步方法、电子设备及存储介质。
背景技术
蓝牙低能耗（Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth LE、BLE，旧商标BluetoothSmart）也称低功耗蓝牙，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。
时间同步是通过对本地时钟的某些操作，达到为分布式***提供一个统一时间标度的过程。在集中式***中，由于所有进程或者模块都可以从***唯一的全局时钟中获取时间，因此***内任何两个事件都有着明确的先后关系。而在分布式***中，由于物理上的分散性，***无法为彼此间相互独立的模块提供一个统一的全局时钟，而由各个进程或模块各自维护它们的本地时钟。由于这些本地时钟的计时速率、运行环境存在不一致性，因此即使所有本地时钟在某一时刻都被校准，一段时间后，这些本地时钟也会出现不一致。为了这些本地时钟再次达到相同的时间值，必须进行时间同步操作。
如何采用BLE实现设备间的时间同步，是当下亟待解决的技术问题。
发明内容
本公开提供了一种时间同步方法、电子设备及存储介质，基于BLE实现设备间的时钟同步，以降低通信功耗和成本。
本公开一实施例提供了一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的从设备，包括：建立与主设备之间的时间同步通道；于第一时刻接收并解析主设备发送的广播包，以获取广播包中主设备进行时间同步***的***时钟；于第二时刻基于解析获取的***时钟更新自身***时钟；向主设备发送同步完成讯息。
在一个具体的可实施方案中，建立与主设备之间的时间同步通道的方法，包括：与主设备之间建立GATT连接；向主设备发起时间同步请求，并等待主设备的应答以建立时间同步通道。
在一个具体的可实施方案中，于第三时刻发送同步完成讯息，且第三时刻为第一时刻经过固定延时后获取。
在一个具体的可实施方案中，第一时刻与第二时刻的差值基于从设备的芯片类型获取。
在一个具体的可实施方案中，于第二时刻基于解析获取的***时钟更新自身***时钟之前，还包括：基于解析获取的***时钟和自身时钟获取同步偏差时钟；基于同步偏差时钟和本次时间同步与上次时间同步的时间同步间隔获取晶振偏差值；更新自身***时钟后，基于晶振偏差值调节***时钟。
在一个具体的可实施方案中，基于晶振偏差值调节***时钟之前，还包括：对晶振偏差值进行平滑处理。
本公开另一实施例提供了一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的主设备，包括：建立与从设备之间的时间同步通道；于第一初始时刻，将***时钟***待发送的广播包中；于第二初始时刻向从设备发送广播包；等待以接收从设备发出的同步完成讯息。
在一个具体的可实施方案中，第一初始时刻与第二初始时刻的差值基于主设备的芯片类型获取。
本公开又一实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如上述实施例提供的时间同步方法。
本公开又一实施例提供了一种存储介质，存储有计算机程序，包括：计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例提供的时间同步方法。
本公开实施中，基于BLE实现主设备与从设备之间的时间同步，以结合BLE的优点，降低通信功耗和成本。另外，在一些实施例中，通过对从设备的晶振调节，以降低从设备的时间同步频率，从而进一步降低通信功耗和成本。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制；为了更清楚地说明本公开实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的单次时间同步方法的时序示意图；
图2为本公开实施例提供的多次时间同步方法的时序示意图；
图3为本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开作进一步地详细描述。
本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本公开的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合，相互引用。
本公开一实施例提供了一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的从设备，基于BLE实现设备间的时钟同步，以降低通信功耗和成本。
参考图1，图1为本公开实施例提供的单次时间同步方法的时序示意图，时间同步方法应用于至少两个设备之间，以使同步后设备的时钟一致。
具体地，时间同步方法用于将被同步者的设备时间调整至与同步者的设备时间相同。
需要说明的是，在本实施例后续的描述中，将同步者视为主设备101，将被同步者视为从设备102；在单次时间同步过程中，主设备101可以与单个从设备102进行时间同步，也可以分别与多个从设备102进行时间同步，且每一从设备102与主设备101之间的交互关系皆如图1所示。
对于从设备102，在时间同步过程中，首先需建立与主设备101之间的时间同步通道，且时间同步通道基于BLE建立。
具体地，从设备102向主设备101请求GATT连接，以建立与主设备101之间的GATT连接；对于GATT，GATT全称Generic Atribute Profile，用于定义两个BLE设备通过Service和Characteristic进行通信。GATT使用了ATT（Atribute Protoo）协议，ATT协议把Service和Characteristic对应的数据保存在一个查找表中，查找表通过16bit ID作为每一项的索引。一旦两个BEL设备建立起了连接，GATT即可生效。GATT连接需要特别注意的是：GATT连接是独占的。也就是一个从设备102同时只能被一个主设备101连接。一旦从设备102被连接，主设备101就会马上停止广播，这样主设备101就对其他从设备102不可见。当从设备102断开后，主设备101开始广播。且主设备101和从设备102需要双向通信的话，唯一的方式就是建立GATT连接。
建立GATT连接后，从设备102向主设备101发起时间同步请求，并等待主设备101的应答以建立时间同步通道，主设备101与从设备102之间的时间同步流程基于建立的时间同步通道完成。
具体地，从设备102于第一时刻T2接收并解析主设备101发送的广播包，以获取广播包中主设备101进行时间同步***的***时钟，此时的***时钟即主设备生成广播包的第一初始时刻T0。从设备102于第二时刻T3基于解析获取的***时钟更新自身***时钟，并向主设备101发送同步完成讯息。
第一时刻T2与第二时刻T3的时间差值为第三间隔时间△t3，第三间隔时间△t3为从设备102解析广播包获取主设备101中***时间所需的数据处理时间，不同芯片对数据的处理效率不同，即第一时刻T2与第二时刻T3的差值基于从设备102的芯片类型获取。具体地，在一些实施例中，第三间隔时间△t3由BLE芯片厂商测量获取，对于同款芯片而言，第三间隔时间△t3相同。
从设备102于第二时刻T3基于解析获取的***时钟更新自身***时钟，即将自身***时钟更改为T0+△t1+△t2+△t3，以实现主设备101与从设备102之间的时间同步。其中，第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的时间差值为第一间隔时间△t1，第一间隔时间△t1为主设备101将***时钟***待发送的广播包中所需的数据处理时间，不同芯片对数据的处理效率不同，即第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的差值基于主设备101的芯片类型获取。具体地，在一些实施例中，第一间隔时间△t1由BLE芯片厂商测量获取，对于同款芯片而言，第一间隔时间△t1相同。第二间隔时间△t2为广播包的数据传输时间，可以基于BLE协议计算获取。在一些实施例中，Δt2=(1+4+2+adv_len+3)*8us，其中adv_len表征广播包数据长度。
在一些实施例中，从设备102于第三时刻发送同步完成讯息，且第三时刻为第一时刻经过固定延时Δt4后获取。在一个例子中，第三时刻为第一时刻T2+150us，即固定延时Δt4=150us；在其他例子中，固定延时Δt4可以配置为130us、170us或200us。具体地，固定延时Δt4可以被配置为从设备102完成时间同步之后的任意时间，即第三时刻可以被配置为从设备102完成时间同步之后的任意时间节点。
由于时间同步比较占用资源，而对于已经同步过的主设备101和从设备102无法频繁同步，因此保证同步后从设备102的***时钟与主设备101的***时钟的一致性，可以降低主设备101和从设备102的同步频率，从而进一步降低通信功耗和成本。
具体地，设备的***时间通过芯片的晶振控制，主设备101与从设备102之间的晶振偏差经过长时间的累积反应到***时间上，会导致同步后主设备101与从设备102的***时间在此出现差异。
在一些实施例中，参考图2，图2为本公开实施例提供的多次时间同步方法的时序示意图，时间同步方法包括：于第二时刻基于解析获取的***时钟更新自身***时钟之前，还包括：基于解析获取的***时钟和自身时钟获取同步偏差时钟。
具体地，基于前文可知，主设备101和从设备102进行时钟同步的原理即将主设备101的***时钟同步至从设备102，在经过第1次时钟同步后，主设备101的***时钟A0同步至从设备102，此时从设备***时钟B0=A0。而第2次时钟同步的目的，即将主设备101此时的***时钟A1同步至从设备102，令从设备102此时的***时钟B1=A1，假设在第2次时钟同步过程之中，未同步前A1=A0+Δta，B1=B0+Δtb，此时主设备101与从设备102之间***时钟的偏差为Δtb-Δta，主设备101与从设备102之间的同步偏差时钟即Δtb-Δta。
需要说明的是，若Δtb=Δta，此时主设备101与从设备102之间不存在***时钟的偏差，则无需在执行时间同步。
基于前文可知，A1=A0+Δta，B1=B0+Δtb，因此，从设备在本次时钟通过的过程中，可以通过本次时钟同步中广播包中的***时钟以及上次时钟同步中广播包中的***时钟获取Δta，并基于上次时钟同步后的***时钟以及当前***时钟获取Δtb，从而获取同步偏差时钟。
从设备102在获取***偏差时钟后，基于同步偏差时钟和本次时间同步与上次时间同步的时间同步间隔获取晶振偏差值，其中，本次时间同步与上次时间同步的时间同步间隔即Δta。由此可知，晶振偏差值=（Δtb-Δta）/Δta，用于衡量主设备101与从设备102之间的相对晶振偏差。
从设备102在更新***时钟后，基于晶振偏差调节***时钟，具体地，假设上次时间同步后的时间为T10，计算得到相对晶振偏差为slop，过了ΔT时间后，获取的时间=T10-（ΔT*slop)，从而使主设备101与从设备102的***时钟变化相对一致，以降低主设备101与从设备102之间时间同步的频率。
结合图2可知，对于非第1次同步的其他同步，例如第2次同步、第3次同步等过程中，每1同步过程中都会获得一个晶振偏差值，以调节***时钟。在一些实施例中，在基于晶振偏差值调节***时钟之前，对晶振偏差值进行平滑处理，即基于先前晶振偏差值和当前获取的晶振偏差值去平均处理。在一个例子中，假设第2次同步过程后，晶振偏差值为P2，从设备102基于晶振偏差值P2调节***时钟；在第3次同步过程中，获取的晶振偏置值为△P3，此时从设备102基于晶振偏差值P3=（P2+△P3）/2调节***时钟。在第4次同步过程中，获取的晶振偏置值为△P4，此时从设备102基于晶振偏差值P4=（P3+△P4）/2调节***时钟。
需要说明的是，由于实际应用中，晶振偏差的数值非常小，因此在获取晶振偏差值的过程中，可以扩大处理，之后调节***时钟的过程中在对晶振偏差值进行缩小处理。例如，获取晶振偏差值时晶振偏差值=（Δtb-Δta）/Δta*0Xfffff，在基于晶振偏差值调节***时钟时，假设上次时间同步后的时间为T10，计算得到相对晶振偏差为slop，过了ΔT时间后，获取的时间=T10-（ΔT*slop/0Xfffff)。
通过对晶振偏差值进行平滑处理，以使得从设备102调节后的晶振逐渐缩小与主设备101的晶振差异，从而进一步降低通信功耗和成本。
综上可知，本实施例提供的时间同步方法，基于BLE实现主设备101与从设备102之间的时间同步，以结合BLE的优点，降低通信功耗和成本。另外，在一些实施例中，通过对从设备102的晶振调节，以降低从设备102的时间同步频率，从而进一步降低通信功耗和成本。
需要说明的是，上述实施例所提供的时间同步方法中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，可以得到新的时间同步方法实施例。
本公开另一实施例提供了一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的主设备，基于BLE实现设备间的时钟同步，以降低通信功耗和成本。
继续参考图1，对于主设备101，首先需建立与从设备102之间的时间同步通道，且时间同步通道基于BLE建立。
具体地，主设备101接收并响应从设备102的GATT连接请求，以建立与从设备102之间的GATT连接；建立GATT连接后，主设备101接收并应答从设备102发起的时间同步请求，以建立时间同步通道，主设备101与从设备102之间的时间同步流程基于建立的时间同步通道完成。
具体地，主设备101于第一初始时刻T0时，将当前***时钟***待发送的广播包中，并于第二初始时刻T1时，向从设备102发送该广播包，之后等待以接收从设备102发出的同步完成讯息。
第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的时间差值为第一间隔时间△t1，第一间隔时间△t1为主设备101将***时钟***待发送的广播包中所需的数据处理时间，不同芯片对数据的处理效率不同，即第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的差值基于主设备101的芯片类型获取。具体地，在一些实施例中，第一间隔时间△t1由BLE芯片厂商测量获取，对于同款芯片而言，第一间隔时间△t1相同。主设备101在等待从设备102发出同步完成讯息的过程中，从设备102于第一时刻T2接收并解析主设备101发送的广播包，以获取广播包中主设备101进行时间同步***的***时钟，此时的***时钟即主设备生成广播包的第一初始时刻T0。从设备102于第二时刻T3基于解析获取的***时钟更新自身***时钟，并向主设备101发送同步完成讯息。
第一时刻T2与第二时刻T3的时间差值为第三间隔时间△t3，第三间隔时间△t3为从设备102解析广播包获取主设备101中***时间所需的数据处理时间，不同芯片对数据的处理效率不同，即第一时刻T2与第二时刻T3的差值基于从设备102的芯片类型获取。具体地，在一些实施例中，第三间隔时间△t3由BLE芯片厂商测量获取，对于同款芯片而言，第三间隔时间△t3相同。
从设备102于第二时刻T3基于解析获取的***时钟更新自身***时钟，即将自身***时钟更改为T0+△t1+△t2+△t3，以实现主设备101与从设备102之间的时间同步。其中，第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的时间差值为第一间隔时间△t1，第一间隔时间△t1为主设备101将***时钟***待发送的广播包中所需的数据处理时间，不同芯片对数据的处理效率不同，即第一初始时刻T0与第二初始时刻T1的差值基于主设备101的芯片类型获取。具体地，在一些实施例中，第一间隔时间△t1由BLE芯片厂商测量获取，对于同款芯片而言，第一间隔时间△t1相同。第二间隔时间△t2为广播包的数据传输时间，可以基于BLE协议计算获取。在一些实施例中，Δt2=(1+4+2+adv_len+3)*8us，其中adv_len表征广播包数据长度。
综上可知，本实施例提供的时间同步方法，基于BLE实现主设备101与从设备102之间的时间同步，以结合BLE的优点，降低通信功耗和成本。
本实施例可与上一实施例提供的时间同步方法互相配合实施。上一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。
本公开又一实施例提供一种电子设备，如图3所示，图3为本公开实施例提供的电子设备的结构示意图，电子设备包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述时间同步方法实施例。
其中，存储器201和处理器202采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如***设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。
总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器202处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器202。
处理器202负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时、***接口、电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器201可以被用于存储处理器202在执行操作时所使用的数据。
本公开又一实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述时间同步方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备（可以是单片机，芯片等）或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本公开的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。
Claims (10)
1.一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的从设备，其特征在于，包括：
建立与主设备之间的时间同步通道；
于第一时刻接收并解析所述主设备发送的广播包，以获取所述广播包中所述主设备进行时间同步***的***时钟；
于第二时刻基于解析获取的所述***时钟更新自身***时钟；
向所述主设备发送同步完成讯息。
2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述建立与主设备之间的时间同步通道的方法，包括：
与所述主设备之间建立GATT连接；
向所述主设备发起时间同步请求，并等待所述主设备的应答以建立所述时间同步通道。
3.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，于第三时刻发送同步完成讯息，且所述第三时刻为所述第一时刻经过固定延时后获取。
4.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述第一时刻与所述第二时刻的差值基于所述从设备的芯片类型获取。
5.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，包括：
所述于第二时刻基于解析获取的所述***时钟更新自身***时钟之前，还包括：基于解析获取的所述***时钟和自身时钟获取同步偏差时钟；
基于同步偏差时钟和本次时间同步与上次时间同步的时间同步间隔获取晶振偏差值；
更新自身***时钟后，基于所述晶振偏差值调节***时钟。
6.根据权利要求5所述的时间同步方法，其特征在于，所述基于所述晶振偏差值调节***时钟之前，还包括：对晶振偏差值进行平滑处理。
7.一种时间同步方法，应用于基于低功耗蓝牙互联的主设备，其特征在于，包括：
建立与从设备之间的时间同步通道；
于第一初始时刻，将***时钟***待发送的广播包中；
于第二初始时刻向所述从设备发送所述广播包；
等待以接收所述从设备发出的同步完成讯息。
8.根据权利要求7所述的时间同步方法，其特征在于，所述第一初始时刻与所述第二初始时刻的差值基于所述主设备的芯片类型获取。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1~6或者7~8中任一所述的时间同步方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~6或者7~8中任一所述的时间同步方法。
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