用于无线设备的高效且灵活的时间同步的制作方法

本技术涉及一种用于将从设备的时钟重置为主设备的本地时间的方法、从设备以及包括从设备和主设备的系统。

背景技术：

1、微电网系统包含各种冲击性和非线性设备，并且其数量日益增加。这些非线性负载在电力系统中引起诸如电流波形畸变、电压波动和闪变之类的电能质量问题。如何在尽量减少线路改造的同时以低成本方式检测微电网的电能质量参数，已成为亟待解决和优化的问题。

2、监测诸如微电网系统等电网的一项主要内容是测量相关性能参数。通过为标准设备增加新功能，可以扩展监测覆盖范围。公开文献de 10 2018 213 522 a1提供了一个示例，其中标准熔断器配备有无线传输技术，以提供用于进一步分析的电流测量数据。该熔断器具有模块化设计，从而允许对配有常规熔断器的现有设施进行改装。由增强型熔断器（智能熔断器）提供的电流测量数据（例如，交流电的rms值和温度值）可以被发送到中央网关，例如公开文献de 20 2021 000 293 u1中提出的数据收集器。更全面的电网监测需要测量电压值，以确定诸如有效功率、视在功率和无功功率之类的性能参数，并计算诸如功率因数cos和潮流方向之类的参数（对上述参数的评估也常被称为电能质量评估）。

3、电能质量评估需要同步获得电流值和电压值，即，为了正确确定上述参数，测量时间需要匹配。上述智能熔断器确实提供电流值，但电压值会取自不同的测量设备。由智能熔断器提供给中央网关的电流值包括测量时间（时间戳）的指示，以便这些电流值能够与由不同测量设备提供的电压值相匹配。必须确保智能熔断器的时间戳能够与网关处的本地时间信息正确关联，即，需要确保相关时钟同步。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供不同设备的时钟之间的同步。

2、根据本发明，提出了一种用于将从设备的时钟重置为主设备的本地时间的方法。术语“主”和“从”用于表明同步由主设备的本地时钟支配，即，从设备的本地时钟将按照主设备进行调整。

3、根据该方法，从设备接收来自主设备的第一无线消息。该第一消息可以包括与在主设备的本地时间中第一消息的传输开始相对应的时间戳。此处，“本地时间”是指由主设备的本地时钟提供的时间。通常，主设备仅包括一个本地时钟，即，时间戳通常对应于第一消息在主设备的“所述”本地时间中的传输开始。

4、从设备测量接收第一消息的时间或持续时间（即，所接收的第一消息的处理时间），并使用与第一消息的接收的结束相对应的时间（例如，通过生成时间戳或启动定时器）。为了计算与第一消息中所包括的时间戳相对应的本地时间，从设备需要知道主设备处的处理时间。因此，来自主设备的第二无线消息包括发送第一消息的持续时间。该第二消息可以包括与第一消息的传输开始相对应的时间戳。

5、利用该信息，从设备可以计算主设备处的本地时间，并将从设备的时钟重置为主设备的本地时间。该方法基于以下观察：主设备与从设备之间的无线传输如此之快，以至于所产生的延迟可以忽略。传输和接收第一消息的持续时间δt的近似值由无线电传输之前主设备处的处理时间加上接收第一消息之后从设备处的处理时间给出。更形式化地表示为：

6、δt（first message）= t（end） - t（start） =

7、δt（processing master）+ δt（wireless transmission）+ δt （processingslave） ≈ δt（processing master）+ δt（processing slave）.

8、t （start）和δt （processing master）可以在主设备处被记录并发送到从设备。t （end）和δt （processing slave）可以在从设备处被记录。t（start）和δt（processingmaster）被发送到从设备。由于持续时间δt（processing master）测量第一消息的处理时间，因此其不能被包括在第一消息中。相比之下，与t（start）相对应的时间戳可以在第一消息中发送。还可以设想，这两个值t（start）和δt （processing master）仅被包括在第二消息中，或者被包括在第二消息和第三消息中（后一方案较差，因为同步被延迟）。

9、根据上述关系：

10、t（end） - t（start） ≈ δt（processing master） + δt（processing slave）

11、从设备处可得到按照主设备的本地时间的t（end）值。

12、原则上，存在两种方式将从设备的本地时钟重置为与主设备的本地时钟相对应的值。

13、一种方式是计算主设备处的时间，并将从设备的时钟设置为该值。这可以通过以下方式实现：对在从设备处的t（end）之后经过的时间δt（timer）进行计时，直到从设备处同时获得δt（processing master）和t（start）。从设备的本地时间可以通过下式设置为从设备的本地时间：

14、t = t（end）_master + δt （timer） = t （start） + δt （processing master）+δt （processing slave） + δt （timer）.

15、第二种方式是计算从设备与主设备之间的时间偏移，并从从设备的本地时间中减去该时间偏移。这可以通过从设备针对第一消息的传输结束时的时间t（end）生成时间戳来实现。对于时间偏移δt （offset），存在以下关系：

16、δt（offset） = t （slave） - t （master） = t （end） - t （end）_master =t（end） - t （start） - δt （processing master） - δt （processing slave）

17、通过从从设备的本地时间中减去δt （offset），实现所述重置。请注意，上述t（start）是指主设备的本地时间，而t （end）是指从设备的本地时间。

18、因此，在重置从设备时钟时，使用与在主设备的本地时间中第一消息的传输开始相对应的时间戳、在从设备处接收第一消息的持续时间、发送第一消息的持续时间以及与第一消息的接收结束相对应的时间，并且设定从第一消息的传输开始到第一消息的接收结束所经过的时间对应于在从设备处接收第一消息的持续时间与从主设备接收到的发送第一消息的持续时间之和。

19、根据一个实施例，从设备包括mcu模块（微控制器单元）和无线通信模块（无线电模块），其中，mcu模块适于在通信协议栈的应用层处理第一消息，并且无线通信模块适于在通信协议栈的应用层以下各层处理第一消息。多数情况下，mcu模块和无线通信模块是分离的物理实体。然而，一些mcu制造商提供集成有无线通信模块的mcu。该实施例提供：测量在从设备处接收第一消息的延迟包括测量mcu模块处的处理时间和测量无线通信模块处的处理时间。从mcu处的传输过程开始到无线传输的时间延迟基本上由mcu处和无线通信模块处的处理持续时间构成，通常需要以不同方式确定这些处理持续时间。虽然在mcu处测量时间相当直接，但无线通信模块通常不具备直接时间测量功能。相反，可以监测其活动并测量活动的持续时间，例如，通过使用prs信道（prs：peripheral reflex system，外设反射系统）将指示无线通信模块活动的信号映射到mcu的定时器外设上。

20、类似地，可以测量在主设备处传输第一消息的持续时间。主设备可以包括mcu模块和无线通信模块（rf模块），其中，mcu模块适于在通信协议栈的应用层处理第一消息，并且无线通信模块适于在通信协议栈的应用层以下各层处理第一消息。测量在主设备处传输第一消息的持续时间可以包括测量mcu模块处的处理时间和测量无线通信模块处的处理时间。测量无线通信模块处的处理时间可以包括监测无线通信模块的活动，例如，通过使用prs信道将指示无线通信模块活动的信号映射到mcu的定时器外设上。

21、根据本发明的方法可以用于将多个从设备（例如，用于测量三相电路的不同相的电流值的从设备）的时钟同时重置为同一主设备的本地时间。在该场景中，第一消息可以作为组播消息发送至多个从设备。

22、本发明还包括被配置为执行根据本发明的方法的从设备。该从设备可以被配置为测量电流。用于测量电流的这种从设备的一个实施例包括罗氏线圈、整流单元、电流传感器、模式切换单元、功率转换器单元、信号调理单元、微控制器单元和无线发射器单元。其可以被设计为连接到熔断器模块。

23、本发明还包括一种系统，该系统由上述从设备和被配置为执行根据本发明的一个实施例的方法的主设备构成。从设备可以是zigbee终端设备，并且主设备可以是zigbee协调器。

24、本发明实现了有效且通用的同步。特别地，本发明还适于用于同步休眠设备，即，并非始终通电的设备，例如从受监测电路获取电力的电流测量设备。