实时时钟电路图设计
日 14:41 来源：互联网 作者：秩名 (0)
　　实时时钟功能是通过使用实时时钟芯片PCF8563实现的。PCF8563是PHILIPS公司推出的款带12C总线，具有极低功耗的多功能时钟／日历芯片。PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能使它能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。集成时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路（1．0V）以及两线制的12C总线通讯方式，不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性，当然作为时钟芯片PCF8563亦解决了2000年问题，因而PCF8563是一种性价比极高的时钟芯片。PCF8563的设计原理图如图3．7。
　　振荡器输入引脚OSCI和输出引脚OSCO之间接入32．768KHz标准手表晶振，晶振两端并联的电容是调节时钟快慢的，图中设计为多电容并联可调的方式是使时钟调节更准确。实际生产时可进行晶振筛选，并连接一只定值电容，这只电容往往是17pF。
　　PCF8563没有后备电池引脚，需要在外围电路中下功夫，使芯片具有掉电保护模式。当通过电源变换电路输出为芯片供电时，电源通过VCC-R2-A点为芯片提供电源，A点的电位大于3V。此时由于D1在电路中阴极电压（右侧）高于阳极电压（左侧），二极管Dl上没有电流通过，当系统意外断电，A点电压降落到3V以下时，Dl导通，由备用电池组BTl为芯片供电。电路中D2的作用是防止备用电池供电时，电流灌入其它连接在线路中的器件，过多消耗能量。电阻R2的作用是，由于芯片非常省电，典型工作电流O．25uA，动态电阻20MQ，串联一只lM左右的电阻后供电电压不会显著下降，但是这时候的电阻能够显著改善供电质量，所以连入电阻R2。电容C6也是改善供电质量的，它与电阻R2一起形成了一个阻容滤波电路。电容C5的作用是，当系统电源失去供电能力时，通过自身储存的能量为芯片供电。使用1000pF的高品质电容，电路设计得当，当断电时间小于3小时，电池组BTl也可以不设计。
　　电路中设计的电阻R4、R7、R8为上拉电阻。R7和R8的选择是由12C通讯接口设计规范决定的，当使用400KHz通讯时这个电阻的大小为IOK。由于芯片的INT引脚为开漏输出设计，为了在维持高电平时提供驱动能力连接上拉电阻。这里选择10K。
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对大多数的创业者──特别是硬件公司创业者──来说，害怕产品创...用于在网络中同步时钟的电路装置和方法
专利名称用于在网络中同步时钟的电路装置和方法
技术领域本发明涉及用于在网络中同步时钟的电路装置和方法，所述网络具有多个、 至少两个节点，其中至少两个这样的节点彼此能够通信，并且分别具有本地时 钟。
背景技术网络的高精确同步在许多新系统中是必需的，以便育滩给不同的事件在公 共的时间标度上分配唯一的时间点。如果事件在不同的站或者节点处发生，则 这也必须是可能的。对于时分多路运行，需要公共的时基特别用于能够干净地 彼此分开不同的信道。
为育,实现该高精确同步，迄今需要提供非常准确已知的频率的时钟脉冲
源。由此需要的对于串^Mt (Serienstreuung)和漂移的要求引起巨大的成本。 时钟脉冲源必须如此构造，使得它在老化的过程中以及也根据可变的环境条件 (例如波动的温度)在其频率方面仅仅轻微漂移。
这点迄今导致在TDMA网络(TDMA: Time Division Multiple Access /时 分多址)中使用较大的保护间隔(Guard-Intervalle)，以便保证干净地分开信道， 尽管不保证最优的同步性。这一方面导致要么减少的信道利用，要么非常长的 时隙，另一方面导致对于接收机不必要的长运行时间，因为接收机在保护间隔 期间必须已经在运行。
如果网络为协调执行元件和传感器而被使用，那么这里也存在非常经常的 实时要求，以便时间同步地控制、调节复杂的系统，或者还用以给测量值配备 准确的时间戳。对执行元件和/或传感器网络的同步的要求特别在现代的分布式 测量和调节网络中存在，亦即例如在自动化技术、运输工具技术、皿技术或 者机恭人技术中。
在无线电定位系统中网络节点的同步同样是中心任务。仅当在所有参与测 量的站中精确存在相同的时钟时间时，简单的信号运行时间测量才是可能的。 在GPS (全球定位系统)中在卫星中例如使用原子钟或者在其他的定位系统中
6^ffi复杂的同步方法，以便保证时钟同步性。不仅在测量系统而且在通信系统中都非常经常地使用己编码的或者已扩码(code-gespreizt)的发送信号和相关接收机，以便在接收机中保证改善的有用信 号对干扰信号比。经常使用的信号形式(其也称为扩频信号(spread spectrum signal)或者扩展信号(Spreizsignale))例如是伪随机相位或者振幅调制的脉冲 序列或者线性或者分级式频率调制的信号。已知在这种相关系统中，当发送机 和接收机预先同步时经常同样是非常有利的，因为于是相关器會,简单多地、 亦即以较少的计算耗费以软件或者也用比较简单的硬件相关器实现和/或能
少为相关所需要的持续时间。对于同步的问题的当前的解决方案迄今通常基于，站或者节点在本地产生 时钟脉冲或者时间标度，其然后通过同步协议向其他站提供使用。该本地时间 标度由此以主从系统的方式被提升为全局时间标度。M这种处理方式依然存在的问题是在单个站故障时该全局时间标度的稳 定性和可用性。特别是在无线电网络中在移动网络节点之间由此产生对于同步 的质量的强的限制。用于同步网络节点的己知的方法例如是NTP (Network Time Protocol (网络 时间协议))、PTP (Precision Time Protocol (精密时间协议))、TPSN (Timing-Sync Protocol for Sensor Networks (传感器网络时间同步协议))或者FTSP (Flooding Time Synchronization Protocol (泛洪时间同步协议))。NTP (Netwoik Time Protocol)基于手工分配的层(Srtata)，所述层在分配时 间时产生A人上而下的树结构，如这在Mills, D.: Network Time Protocol (version 3) Specification, Implementation and Analysis. RFC 1305 (Draft Standard), University of Delaware, 1992年3月版中所述。这里特点在于，在开关秒(Schaltsekunde)之 前维护长两个时间标度的时间- 一个用于直到该开关秒的时间间隔， 一个用于 从该开关秒起的时间间隔。以这种方式NTP同步的网络也育,以同步的方式提 供不连续的时间过程。PTP (Precision Time Protocol)使用所谓的最佳主时钟协议，以便确定可达 的最高值时钟，如这在正EE 1588: Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems中所说明的那样。接着在 这里时间也以和在NTP盼瞎况下相似的方式被分配。TPSN (Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)在彼此能够通信的节点下 运行树结构，并且在那里把时间标度分配给具有衝氐序号的那些参与的节点， 如从Ganeriwa^ S Kumar, R Srivastava^ Mani B., Timing-sync protocol for sensor networks, SenSys' 03: Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensor system, New Yorb ACM press, 2003中所矢口。FTSP (Flooding Time Synchronization Protocol)在每一个关联的树中有主机 (master),该主机通过以下方式来确定，即它具有最低的序号，如从Maroti M., Kusy B., Simon G, Ledeczi A.: The Flooding Time Synchronization Protocol, ISIS-04-501,日中所知。对于，协议共同的是，必须识别主机的故障或者不可达性，然后尽可能快 地确定新的主机，并且必须使其时间标度适应。这一过程是非常时间临界，因 为在不同的节点之间力求达到的例如10ms的同步性和40ppm的石英时钟脉冲差 的情况下，如果主机不可达，同步在0.25s后已经丢失，并且一部分从机(slave) 已经跟随新的主机，而另外的从机继续外插(extrapolieren)老的主机的时间标 度。为使用这样的结构实现高精确同步，必须保持各个参考观糧之间的间隔非常 短。这导致单独通过同步弓胞的高的信道负荷程度以及在移动节点中巨大的能 量基本消耗。FTSP虽然通过AU人机向主机切换的节点首先夕卜插先前的主机的时间标度并 且由此模拟先前的主机，而缓和了该问题。如果主机丢失，通过该措施，网络 的站在其时间上仅慢慢漂移分开。但是在发觉主机消失并且确定新的主机前总 需要多个测量间隔的时间。从Olfati-Saber: Distributed Kalman Filter with Embedded Consensus Filters (CDC-ECC ，05: 12-15 Dec. 2005， P )中一般已知在网络中使用分布式 卡尔曼滤波器。在为时间估计使用已知的分布式卡尔曼滤波器的情况下例如外部传ii^信 息ffiil—致滤波器(Konsensfilter)，并且在此经历延迟。如果把分布式卡尔曼滤 波器的系统反应式表示为x'=Ax + BuP'=APAT + Q ，则需劉A-曰i、s成立，以j顿过该延迟引起的系统错误保持得小。这可以M:加快计时(Taktung)而实现，直至所谓的传播延迟(英语Propagation-delay) 在系统动力学方面短。在此，x是作为状态空间中的矢量表示的旧的估计的系统 状态，P是作为旧的系统估计的Mt参数的幼、方差。A是典型卡尔曼滤波器的系 统矩阵。矢量u再5舰系统的干预。干预作用矩阵B说明对于系统状态的影响。 此外，x邻P'是新的系统状态和新的系统估计的协方差。Q是所预期的干扰的协 方差。s是小的常数，其取决于对于滤波的要求。但是该分布式卡尔曼滤波器不适合用于同步的目的，因为卡尔曼滤波器仅 在具有等待时间的情况下才能够使用其他站的传自值。此夕卜，从Roehr, S Gulden, P Voss昧Martin: Method for High Precision Clock Synchronization in Wireless Systems with Application to Radio Navigation, p. 551-554, Radio and Wireless Symposium, Jan 2007正EE中获知用于 同步的方面。对于TOA和TDOA系统的基本扩展的提示例如存在于M. Vossiek^ L. Wiebking, P Guld叫J. Weighardt, C. Hoffinan禾口 P. Heide, "Wireless local positioning,"正EE Microwave Magazine, vol. 4, pp. 77-86,2003或者DEI 254206或 者DE 1240146、 DE 1214754、 US 3864681或者US 5216429和对于，定位系 统GPS的文献中。发明内容本发明的任务在于，如此改进用于在具有多个、至少两个节点的网络中同 步时钟的电路装置或方法，使得该同步能够以结构方面的或者方法技术方面的 小的耗费并且无需强制预先规定的参考时间源而特别高精确地实现。该任务通过具有权利要求1的特征的方法或者具有权利要求15的特征的电 路装置解决。有利的改进是从属权利要求的主题。因此 —种在具有多个、至少两个节点的网络、特别是通信网络或者数 据网络中用于同步时钟的方法，其中至少两个所述的节点彼此肖,通信，并且 分别具有本地时钟，其中在所述节点的接收节点中从所述节点的至少一个另外的发送节点接收所述节点的该发送节点的、从该所述节点的该发送节点发送的 全局时钟时间，并且根据被接收的发送节点的全局时钟时间以及接收节点的自 己的本地时钟的本地时钟时间，确定或者估计该接收节点的全局时钟时间。特另蛾及一种在具有高精确时钟的无线电支持的网络中用于同步时钟脉冲 设备和时间测量设备的方法。代替每一节点的本地时钟时间，可以为另外过程 的时间支持的处理使用所述每一节点的全局时钟时间。在此充分利用，不同节点的全局时钟时间比它们的本地时钟时间更准确地彼此适应。因此这样i^的节点是具有两个时钟或者两个时钟时间的网络部件。在此，本地时钟特别直接取决于本地振荡器，并且再现(wiedergeben)该节点的本地时钟时间。相反该 节点的全局时钟时间在也考虑自己的本地时钟时间下被表决到另外的这种节点 的相应的全局时钟时间。接收节点的全局时钟时间可以被确定或者估计，对此可理解为使用具有尽 可能准确的计算的计算方法或者用于估计大致时间值的估计方法。优选的是，接收节点的被确定的或者被估计的全局时钟时间从该接收节点 向另外的这样的节点发送。这是有利的，因为尽可能大数目的这样的节点的全 局时钟时间比它们的本地时钟时间如此更简单地并且特别还更准确地彼此同 步。在双方通信的情况下产生所有全局时钟时间的相互的更新和改善。这样越 多的节点彼M信，节点的各个全局时钟时间向虚构的公共的全局时钟时间的 相互近似越好。时钟时间或者相应的信号或者数据的发送或者接收tm被理解为M无线电接口发送或者接收。但是也可以理解为通过电缆支持的网络、特别^M信网 络的线路传输。在此，不仅在人之间的通信的意义上而且在交换数据和信号的 最广的意义上理解通信网络。该通信网络优选是实时通信网络。通信网络的节 点例如理解为部件，像通过线路支持的或者无线电支持的接口进行通信的数据 设备或者应答器。但是特别是移动无线电系统或者Ad-hoc网络的移动设备，当 它们根据该处理方式或者该设计的设备结构确定其时钟时间时，在更广泛的意 义上也可以归于这样的节点。如果当在节点中确定或者估计全局时钟时间时也一起使用该节点的先前的 自己的全局时钟时间，则是有利的。使用该节点的先前的或者直到确定新的全 局时钟时间为止有效的全局时钟时间，提高了对新的全局时钟时间的确定或者 估计的准确性。在此可以以加权的方式将先前的全局时钟时间包括到新的全局 时钟时间的确定中。在节点中对于其瞬时全局时钟时间可以确定用于确定或者估计该全局时钟时间的置信值。通皿样的使用可信度或者置信准则的处理方式，具有用于提 供中央全局时钟时间用以向所有各个节点转发的上级中央站的结构不是必要 的。因此不需要具有中姑时钟和多个取决于此的分散的从时钟的上-下结构。 在此，优选可以在节点中在确定或者估计该节点的全局时钟时间时一起使用该 节点的迄今的全局时钟时间的置信值。在节点中可以有利地在连同接收节点的给该所接收的全局时钟时间分配的 这种置信值一起接收另一节点的全局时钟时间后，在确定或者估计该接收节点 的全局时钟时间时，使用所接收的全局时钟时间和其所分配的置信值。由此这 样的节点的其他接收节点特别在确定它自己的全局时钟时间时肖^多确定以何 种尺度考虑另外的发送节点的所接收的全局时钟时间。该全局时钟时间可以可 选地在确定新的自己的全局时钟时间时相应地以加权方式予以考虑。4m地，在节点中确定或者估计在自己的全局时钟时间和自己的本地时钟 时间之间禾B/或在自己的全局时钟时间和从该节点外部接收的全局时钟时间之间 的偏差尺度。在此，可以在确定或者估计该节点的全局时钟时间时使用自己的节点的偏 差尺度和/或另一这样的节点的这样所接收的全局时钟时间的这样的偏差尺度。 通过考虑该偏差尺度有利地防止尤其对于所有节点的全局时钟时间相对于其本 地时钟的整体的共同移动的稳定性。特别在所述节点的至少两个节点中分别如此确定或者估计自己的本地时钟 时间的预先给定的特征值到全局时钟的特征值的变换，使得在节点中分别确定 至少一个这样的偏差尺度作为在相应的自己的本地时钟和自己的全局时钟之间 的关系的展开，和所述节点之一的偏差尺度可以在至少另一个这样的节点中用 作用于在至少该另一个节点中本地状态估计的输入值。因此该偏差尺度形成状 态估计的结果，该结果作为发送信号被传输给另外的节点。简单的但是已经有 效的偏差尺度已经独自构成了以下信息发送节点的全局时钟走得比它的本地 时钟是决还是漫，当对所述全局时钟没有进行干预时。该结果可选地还可以包括发送节点的全局时钟时间和作为偏差尺度包括偏 移、特别是为发送时亥顾测的、该全局时钟时间与自己的本地时钟时间的偏移和/或该全局时钟时间的可信度(Vertraulichkeit)。在此im地，如果可用的偏差尺度的可预先确定的部分皿高速阈值，则ii可以执行对全局时钟时间的较慢的额定速度的修正，和/或如果可用的偏差尺度 的可预先确定的部分未超过低速阈值，贝U执行对全局时钟时间的较快的额定速 度的修正。在节点中，该节点的本地时钟时间忧选地以对该节点的全局时钟时间的时间差{ 均衡(angleichen)，并且在此如此使与迄今的本地时钟时间有关的用于 估计或者确定该节点的全局时钟时的计算量或者参数匹配，使得不通过经均衡 的本地时钟时间影响该节点的全局时钟时间的随后的估计或者确定。如果从本 地时钟时间中减去该时间差值，则相应±也从用于确定全局时钟时间的算法或者 流程的计算量或者参数中相应地减去或者加上该时间差值或者与其相应的量。 否则该节点的下一全局时钟时间将显著与迄今的全局时钟时间偏离，并且首先 必须再次被调整。在此要被再次调整的全局时钟时间在向其他节点发送时在这 些节点中必要时同样会导致短时的增强的修正调整，直到所有全局时钟时间再 次被调节得尽可能接近理想的虚构的全局时钟时间。在节点中伏^i也在确定或者估计节点的全局时钟时间时另外^ffi参考时间 源的外部时钟时间作为附加的外部全局时钟时间，其中该参考时间源被分配给 不依赖于节点的网络的时间系统。参考时间源的外部时钟时间因此提供不依赖 于节点的本地和全局时钟时间的外部时钟时间。参考时间源例如可以是DCF时 间系统或者GPS系统，其发送DCF信号或者GPS信号，这^j言号又提供时间 信息作为外部时钟时间。由此如果也能接收这样的外部时钟时间的节点到达这 样的参考时间源的发送范围内，贝iJ节点的时间系统能够始终被表决至l坏依赖此 的参考时间系统。因此如果各个单元或者节点具有高精确的时间标准，例如GPS 时间，并且在确定全局时钟时间时以较强的加权方式接受(eingehen)所述高精 确的时间标准。优选一种方法，其中根据以下方面给外部时钟时间分配置信值，即参考时 间源源于哪种类型时间源。由此给按照高精确标准建立的和发送的或者通过节 点接收的外部时钟时间分配高值的置信度，而给劍氐可信的外部时钟时间分配 较小的置信度。这使得在接收节点中在重新估计全局时钟时间时會^多进行自动 最优加权。节点的所确定的或者所估计的全局时钟时间在将来的时刻向另一个这样的 节点发送，其中优选在发送前为该将来的时刻确定那时有效的全局时刻或者连同偏差尺度和/或置信值一起确定那时有效的全局时刻。这使得能够补偿计算时 间或者其他的影响，其在发送过程期间或者在发送过程的准备期间会导致所发 送的全局时钟时间的时间信息与进行实际发送的全局时钟时间的时间信息不对 应。还独立优选一种用于同步网络、特别是通信网络或者数据网络中的时钟的 电路装置，所述网络具有多个、至少两个节点，其中，至少两个这样的节点能 够彼llM信，以及分别具有本地时钟，并且其中所述节点中的至少一个接收节 点具有接收模i央，用于接收这样的节点中的发送节点的所发送的全局时钟时间， 和具有控制装置，其被设计和/或可控制，用于根据所接收的发送节点的全局时钟时间以及接收节点的自己的本地时钟的本地时钟时间来确定或者估计该接收 节点的全局时钟时间。这样的控制装置可以由硬件和/或借助软件控制的处理器来设计。在后一情 况下给所述控制装置分配存储器，其中至少存储算法或者软件程序，用于控制 处理器，使得能够执行相应的功能和方法步骤。该电路装置优选被构造，具有发送模块，用于从接收节点向另外的这样的 节点发送该接收节点的所确定的或者所估计的全局时钟时间。该电路體j继具有状劍古计器，其被设计和/或可控制，用于在节点中在 其瞬时全局时钟时间确定置信值。在至少两个节点中分别实现本地状态估计器，其分别被设计和/或可控制，用于分别确定偏差尺度作为在相应的自己的本地时钟和自己的全局时钟之间的 关系的展开，其中相应的控制装置被设计和/或可控制，用于把节点之一的偏差 尺度在至少另一个这样的节点中作为在该至少另一个这样的节点中的本地状态 估计用的输入值舰。，地，该电路装置具有表决模块，所述表决模块被设计或可控制，用于 确定或者估计在自己的全局时钟时间和自己的本地时钟时间之间的偏差尺度。 由此使得投票或者表决成为可能。另外或者可替代地，该表决模块被设计或可 控制，用于确定在自己的全局时钟时间和从该节点外部接收的全局时钟时间之 间的偏差尺度。特别是该后面提到的偏差尺度可以有利地用作用于滤波、特别 是卡尔曼滤波的输/v值。这样的电路装置的控制装置优选为执行优选的方法之一而被设计或可被控制。特另提相应偏差尺度在节点中用于影响相应的本地时钟和从不同节点的多 个偏差尺度导出量，用该量影响全局时钟。对于本地时钟的影响优选用于，最小化与全局时钟的其时间偏差，以及对 于全局时钟的影响用于，最小化全局时钟对多个节点的时钟的平均，偏差。节点相应地具有装置或者部件，用以执行测量。特别是给测量或者接收到 的翻分配关于节点的本地或者全局时钟的时基的时间戳。通信网络或者其节点可选地可以包括定位功能。优选与肖g够M本地雷达进《亍位置确定的系统结合，这点例如从WO 本身是已知的。因此特别提供一种禾,分布式彼此协作的状劍古计器的新型同步方法，用 该方法能够实现空间上分布式的系统单元的高精确同步。此外，介绍了一种后 面也称为协作卡尔曼滤波器的状态估计器。在此，卡尔曼滤波器互相提供其各 自当前的状态估计。该状态估计器在上述方面之外还能够在被观察的系统的系 统动态过大以致于不能有效地使用已知的分布式卡尔曼滤波器的所有地方被有 利地使用。否则在没有这样的处理方法情况下，己知的分布式卡尔曼滤波器由 于由通信延迟弓胞的问题将不能被使用。
下面根据附图详细说明实施例。图1示出通信网络的节点，所述节点彼此交换时间信息并由此相对于另外 节点的时钟同步其自己的时钟；图2示意示出这样的节点中的部件禾,于说明方法流程的方法步骤；图3以抽象的方式示出在通信网络处的三个节点，用于说明基本的方法构思；图4示出作为状^j古计器的协作的卡尔曼滤波器的基本原理； 图5示出第一节点中的状态估计器的时间图； 图6示出第二节点中的状劍古计器的相应的时间图； 图7示出从第一节点中的状态估计器的角度看两个节点的公共事件； 图8示出在考虑第一节点的数据后第二节点中的由此更精确的估计的相应 的时间图。
具体实施方式
如从图1所见，多个节点K1、 K2、 K3、 K4或者Ki M51网络的一个或者 多个信道CH进行通信，其中i作为位置标记(Platzhalter)代表相应的节点号 码i^、 2、 ...、 n、…、I。发送信号scl、 sc2、 sc3、 sc4或者sci fflil信道CH 来传输。因此可以看出，每一节点K1、 ...、 K4自己雌发送自己的发送信号 scl、 ...、 sc4，并且每一节点K1、 ...、 K4从t^^有其他的节点Ki接收相应 的发送信号sci。该网络可以作为通信网络和/或翻网络构建。此外节点Kl 、 ... 、 K4另外还可以彼此交换另外的有用娜或者信息娜。 然而在该图和说明书中当前仅说明用于同步各个节点Ki的时钟的数据、发送信 号和其他信息。还可以把为同步所需要的发送数据在例如其他传输系统的数据 帧中作为有用数据或者头段数据传输。例如图解地为第一节点Kl概略描述出对于执行用于在通信网络的节点Ki 中同步时钟的tt^方法所需要的各种部件和信号。此外，除信号外还概略描述 用于执行一种这样的方法的伏选电路装置的各个部件。M31接口，特另提天线，/A^您接收模块IO接收其他节点K2 - K4的相 应的发送信号sC1以及发送该第一节点Kl的发送信号scl 。所接收的发送信号 sd iM作为分别发出发送数据或者发送信号sC1的节点Ki的时间信息包括全局 时钟时间gd。全局时钟时间gci是在各节点Ki中确定的或者估计的时间信息。在此，更 精确iikll察，相应的全局时钟时间gci是虚构的(fiktive)全局时钟时间gci，各 节点Ki从该虚构的全局时钟时间gci出发，涉及物理上真实的实际的瞬时时间， 然而该瞬时时间必要时可能既与全局时钟时间gci也与该相应节点Ki的本地时 钟时间lci偏离。附加于全局时钟时间gci，在发送信号sd中优选包含置信值di，该置信值 说明，^!并且发送该全局gci的节点Ki本身以什么样的可信度(Vertraulichkeit) 认为作为物理上真实的全局时钟时间的全局时钟时间gci的正确性。作为再另外的信息，在发送信号sC1中还 包含说明偏差尺度vi的数据。 4顿该偏差尺度vi，发送节点Ki用信号通知其余的接收节点Ki、 Kn，它是否 认为它自己的全局时钟时间gci相对于它自己的本地时钟时间lci走得太±央还是 太慢，或者在该发送节点Ki处对本地全局时钟时间的较快的或者较慢的通变是 否需要校正。因此在最简单的情况下该偏差尺度由用于过快或者过慢的状态的两个值组成。可选地，发送信号sd还可以具有关于发送节点Ki或者其全局或者本地时 钟的号码或者其他优选唯一标识信息的信息LQ-Nr，以便在接收节点中保持这 样的概况，即所接收到的发送信号中的所接收到的信息是否必须改写I日的信息， 或者是否来自另一节点，其中对所述另一节点还不存在数据。所接收的发送信号sci的数据在第一节点Kl内在存储器M中被暂存。在 此，给该暂存的数据、亦即特别是全局时钟时间gci、置信值di和可选偏差尺度 vi在节点Kl或者在其发齿接收模块IO中分配相应的本地接收时钟时间lcl。 换句话说，特别给每一个接收至啲全局时钟时间gci分配本地接收时钟时间lcl ， 其按照本地时钟LC1与各瞬时接收时刻相对应。例如，为第一本地接收时钟时间01: 51: 43,:从第四节点K4接收了值为01: 52: 56的全局时钟时间gc4。此外对于同一接收时刻从第二节点K2接收了值为01: 52: 55的全局时钟 时间gc2。对于具有值为01: 51: 44的本地接收时钟时间lcl的随后的接收时 亥lj，力Am三节点K3接收了值为0h 52: 57的全局时钟时间gc3。另外，可以把从发送器至蝶收器的传播持续时间的估计分配给所接收到的 发送信号和/或以这样的方式存储，使得能够从接收时刻推断出发送时刻。特别 在具有位置估计可能性的节点中可以把这样的措施用于进一步改善同步精度。此外给各全局时钟时间gc2 - gc4分别分配置信值d2 - d4和偏差尺度v2 -v4。例如第四节点K4以值为O:Ol的其置信值d4表示，它高度相信所传送的全 局时钟时间gc4。这例如由如下决定，第四节点K4另外具有模i央，通过该模块 它可以接收参考时间源XC的时间信息，当前是来自GPS系统的所接收的时间 信号的时间信息。此外第四节点K4传送信息其偏差尺度v4根据值0被设置。第二节点K2作为附加信息传送具有值0:05的置信值d2，该值表示较小的 可信度。此外，/Am二节点K2传送值为-2的偏差尺度v2，用以通知过慢的时 间行为。在第二节点K2的情况下涉及从本地计算机PC接收时间信息pes的节 点，其中给该时间信息pcs分配相应的置信值，其具有比在参考时间源XC的外 部时间值的情况下有效的可信度小的可信度。第三节点K3是独立的节点，不访问外部时间源，并且像第一节点K1 一样 仅根据所接收到的发送信号sci执行其时钟的同步。相应地给转交的全局时钟时 间gc3另外分配具有例如值0: 02的置信值d3和具有例如值1的偏差尺度v3。由雌知同样较小的可信度和它的时钟走得过快。第一节点的控制装置C从这些信息构建该第一节点的猜观啲或者估计的全 局时钟时间gcl。第一节点K1根据存储的数据和附加根据它自己的本地时钟时 间lcl以该全局时钟时间gcl为出发点涉及猜测的全局时钟时间，其最可能相 应于真实的全局时钟时间。为使通信的另外的节点k2 - k4同样育,同步其时钟，控制装置C提供用 于构建自己的发送信号SCl的相应信息。在此除自己的瞬时全局时钟时间gcl之外特别涉及置信值dl和偏差尺度vl ，其由控制装置C为该节点Kl的自己的全局时钟时间gcl确定或者计算。例如，第一节点K1在此已经确定具有值01:52: 55的新的当前全局时钟时间gcl作为可能最有根据的全局真实时钟时间。考虑到第一节点Kl中先前的全局时钟时间与现在有效的全局时钟时间gcl 的偏差，对于该新的全局时钟时间gcl有效的其置信值dl例如相应地被设置为 0: 02，以便根据计算结果通知相对高的可靠性。使用偏差尺度讥=-2，第一节 点K1通知它自己的本地时钟时间gcl比现在有效的新估计的全局时钟时间 gcl走得显著过慢，以致在其余的节点中在估计时也可能考虑这点。相应的要发送的数据然后在后来的时刻从发您接收模块IO向另外的节点 K2-K4发送。然而在发送前由控制装置C负责，被发送的信息不被分配给信 息提供的瞬时时刻，而是正确地分配给将来的发送时刻。可选地，控制装置C还可以促使提供本地时钟LC1或者为该本地时钟LC1 和第一节点K1的另外的部件输出时钟脉冲信号的振荡器OS，用于修正本地时 钟LC1或者另外的部件。相应地，例如从控制装置C向本地时钟LC1输出本地 修正信号12，以便使本地时钟时间lcl与第一节点K1的现在有效的全局时钟时 间gcl匹配。另一本地修正信号13相应可选地被施加给微调模块(Trimm-Modul) TM，该微调模块TM i!31微调信号to较決或较慢地控制振荡器OS 。图2表示作为例子的节点Kn，相对于图1具有关于部件、方法步骤和
或者信号的更多的细节。只要4顿和在图1中或者在另夕卜的图中相同的附图标 记，贝微及相同构造的或者相同作用的部件或者方法流程或者信号和数据。节点Kn再次具有发您接收模块IO作为第一部件。该发齿接收模±央10 j尤 选包括接收模块EM，其被构造用于接收或者获得其他节点的发送信号sci。特 别是接收模块EM已进行了对所接收的发送信号SC1的第一处理。于是从所接收的发送信号sci向时间戳TS输送全局时钟时间gci和给其所分配的置信值di， 在该时间戳TS内至少给这些数据部分、即所接收的全局时钟时间gci和所分配 的置信值di分配本地接收时钟时间lcl ，其对应于节点Kn的瞬时本地时钟时间。 借助时间戳TS已经在发您接收模块IO的区域内的该分配是有禾啲，因为由此 不损失处理时间，并且能够尽可能及时地(zetaah)用本地接收时钟时间lcl进 行所接收的数据的标记。作为选项可以估计传播持续时间并且在计算时予以考 虑。可选也可以用该时间戳TS给分另断接收的偏差尺度vi配备本地接收时钟 时间lcl 。然而在所示实施M方案中iM把所接收的偏差尺度vi直接施加给表 决模块VM。配备有本地接收时钟时间lcl的全局时钟时间gd (lcl)和给它分配的置信 值di (kl)被输送给状^fe计器KF。状态估计器KF借助在该状^i古计器中保 存的数据为所述节点Kn确定全局时钟时间(gcn)。此外，状^f古计器KF中的 卡尔曼滤波器或者另外的确定或者估计过程在节点Kn的确定的全局时钟时间 gen另外为该确定的全局时钟时间gen确定置信值dn。它们从状劍古计器KF被 输出，并且为在节点Kn中继续处理而被提供。优选地，状^f古计器KF在该处 理中同时确定在该节点Kn的本地时钟LCn和全局时钟GCn之间或者在本地时 钟时间len和全局时钟时间gen之间的时间漂移dr。该漂移dr说明，节点Kn 的全局时钟GCn和本地时钟LCn以何种速度彼此漂移开。这样确定的参数、亦即特别是全局时钟时间gcn、其置信值di和漂移dr， 从状态估计器KF被施加给可信度估计器VS。可信度估计器VS为本地时钟时 间lc的确定的时刻ts (len*)确定该节点Kn的那时有效的全局时钟时间gen及 其置信值的那时有效的偏差尺度vn。该偏差尺度vn
同样作为对所接收的偏 差尺度vi附加的偏差尺度vn被施加给表决模块VM。此外状态估计器KF的参数、特别是全局时钟时间gcn、置信值dn和偏差 尺度vn被输送给发送参数模块，该发送参数模块被设计用于为从该节点Kn发 送而提供发送信号scn。发送信号sen的提供如此进行，使得为对于将 地时 间lcn的计戈啲将来发送时刻ts (lcn*)，提供那时从该节点Kn看是有效的全局 时钟时间gen连同那时所属的参数、亦即置信值dn和偏差尺度vn。该如此为将来的时刻确定的和提供的发送信号sen然后被提供给发齿接收模块IO的发送模块S，以便从该发送模块S在正确的、预先规定的将来的发送时刻ts (lcn*)被发送。另一有利的部件是全局干预模块(Globaleingriffsmodul) GM，它为状^f古 计器KF产生全局干预参数ge并且施加给状劍古计器KF。全局干预参数ge用 于当表决模i央(Abstimm皿gsmodul) VM中的表决提供需要进行全局干预的表 决结果erg时相应地改变作为卡尔曼滤波器构造的状劍古计器中的参数。此外全 局干预模±央GM为表决模块VM提供复位信号rst。该复位信号rst促使丢， 储器中的已为全局干预而被运用的偏差尺度。以这种方式防止这样的偏差尺度 进入多次表决。此外可选地可以借助本地干预模块LM执行本地干预，以便改变本地时钟 LCn中的参数。此外可以在状^i古计器KF或者在它的卡尔曼滤波器中以及可 选在微调器TM中为匹配它们的参数而使用本地干预参数。为此本地干预模块 LM从状^[古计器KF获得本地干预控制信号。此外从本地干预模块LM再次向 本地时钟lcn或者向微调模块TM施加相应的本地修正信号12、 13。状态估计器 修正信号11从本地干预模块LM向状态估计器KF施加，以便在本地干预的情 况下不仅使本地时钟时间lcn匹配，而且在状态估计器中与该本地时钟时间有关 的量、特别是与所接收的发送信号参数相逻辑连接的本地接收时钟时间lcl，相 应于本地时钟时间lcn的变化而同样改变，确切说以这样一种方式改变，即全局 时钟于此尽可能不受影响纟 续运行。对于设置可选的微调模块TM的情况，该微调模块可以被设计，用以根据 从本地干预模块LM所施加的控制信号13为可信度估计器VS提供微调信号以 及为振荡器OS和/或本地时钟LCn提供微调信号to。本地振荡器OS再次用于 向本地时钟LCn施加适当的时钟脉冲信号。但是可选地该振荡器OS也可以给 电路装置的其他部《權供该时钟脉冲信号或者其他时钟脉冲信号。所示的节点Kn另外还具有发齿接收模块的可选的另一接口 ，以便从参考 时间源XC接收信号。在此，特别可以涉及锁定位系统(GPS)的GPS信号， 或者涉及例如按照DCF标准的时间信号dcf标准化了的时间信号。这样接收的 信号作为外部全局时钟时间gc^由发您接收模i央IO作为另外的全局时钟时间 提供。但是因为该外部全局时钟时间gcP既不具有置信值di、也不具有偏差尺 度，因为这样的参数不由它们的时间源预先规定，所以发齿接收模块KM她另外具有可信度分配模块xcv，用于分ra当的置信值(11*和/^^分配的偏差尺度vi*。由此接收到的外部全局时钟时间gW能够Mil节点Kn的另外的部件和 方法流程像从其他节点接收到的发送信号sen或者其数据一样被处理。各种不同的模块还可以是必要时甚至仅具有唯一的处理器和相应的端子的 组合式装置，其借助纯软件算法执行相应的数据处理。但是原理上各个模块也 可以舰硬件部件或者组合式硬件和软件部件构成。在存储器M或者另外的存 f，置中可以存储相应的程序，以便适当地控制不同的方法流程。为说明伏选的处理方式和电路装置的基本思想，图3示出3个节点Kl、 K2、 K3，它们通过一个或者多个信道CH通信。^h节点K1-K3在调节， 2中执行对全局时间的相应的调节。在此在理想的情况下理论上所有节点Kl -K3都得到同一全局时钟时间。然而实际上全局时钟时间将总是彼ib怪少少Wf扁 离，因为在不同的节点K1 - K3中的各个部件不等同，因此在内部时钟的时间 运行方面总具有波动。不同节点K1 - K3的如此确定的全局时间于，/AJ^以 主机1向其余的节点Kl - K3分配，这在各个节点Kl - K3内被看作为观懂或 者接收参考时间。换句话说，该系统可与树结构比较，在该树结构中虚拟主机l 为不同的下级节点Kl - K3进行时间预定。该戯以主milil节点Kl - K3的加 权的共同作用自己形成。因此相对于实际主机的不同在于，不是为各个节点K1 -K3预先规定唯一的参考时间，而是给各个节点Kl - K3发送大量不同的全局 时间，之后於节点Kl - K3 M它们的状劍古计器试图从接收至啲全局时钟 时间中确定自己的全局时钟时间。禾拥所述自己的全局时钟时间，节点K1-K3 于是分别自身得以控制，！^卜ilil向另外的节点Kl -K3传输，也會,实现这 些另外的节点K1-K3的同步。图4表示用于说明基本思想的另一装置。各个节点Kl - K3 M—个或者 多个信道CH通信。在此通过它们的发送/接收模块10发生传感器联合 (Sensorvereinigung)，其中全局时钟时间或者发送信号scl-sc3由分别另外的传 感器或者节点接收。已接收的并且用时间戳标记的数据然后被输送给相应的状 劍古计器KF，所述状劍古计器作为 本地卡尔曼滤波器构造并皿行全局时 钟时间的重新确定。相应的全局时钟时间、系统状态xl-x3或者相应的发送信 号scl - sc3然后为在节点Kl - K3内的另外的处理被提供，或者再次通过一个 或者多个信道CH被传输。换句话说，用于时间同步节点中的时钟的方法或者电路装置的基本方面在 于，在多个这样的节点上实现状态估计器。使用状态估计器KF的概念，在本说 明书的框架内可以理解数学模型或者通过硬件和域软件的其技术转换在包括 其他节点Kl的测量数据或者接收到的数据的情况下使该模型的状态尽可能好地近似真实的被建模的系统的状态。此外所述状态估计器KF可以基于卡尔曼滤波 器、粒子滤波器、自适应滤波器、蒙特卡罗方法和减以贝叶斯(Bayes)统计为 基础的模型。状^f古计器如此被构造，使得所述状态估计器分另诉,本地时间脉冲源或 者本地时钟时间lcn、 lci估计带有所属的置信dn、 di的全局时钟时间gcn、 gd。 祁媳时钟LCi、 LCn、 GCi、 GCn当前可被理解为时间脉冲装置和/或时间测量装 置。这样的时钟的特征值是其运行速度，亦即其时钟脉冲速率，以及绝对时钟 时间，亦即计数器读数或者与各节点Kn、Ki内的可协商的时间基准点有关的数。 节点Kn、 Ki可以如此被构造，使得所述节点肖,把在第一节点Ki、 Kn上的本 地状^f古计的结mffi知给在至少一个另外的第二节点Kn、 Ki上的另一状^j古计 器KF。当前在该第二节点Kn、 Ki上的状态估计器KF现在使用第一节点Ki、 Kn的状^(古计作为用于其自己的状态估计的输入值。该协作过程《在所有节 点Ki、 Kn之间相互执行。在所建议的装置中由原理决定地不产生主节点，而是各个节点上的状态估 计器彼此如此连接，使得它们收敛至U—致的公共的时间表示或者公共的虚构的 全局时钟时间。从外部观察，不同节点的全局时钟在理想瞎况下提供相同的或 者几乎相同的全局时钟时间值。i^f述的方法和装置中示出新型的协作状态估计器的一般原理。相对于具 有^A式一致滤波器(Konsensfilter)的已知的常见分布式卡尔曼滤波器的特别 的优点是这样的事实新型的协作状态估计器在缓慢计时时也收敛。在己知的 分布式卡尔曼滤波器中这点不起作用，因为变化过快，以致于不能用缓慢的计 时来检测和修正。该收敛通过考虑由于状态估计而引起的延迟的以下流程而可 能。特别优选的流程如下第一节点Kn it^它发送状劍古计的发送时钟时间或者发送时刻ts (lcn*)。 然后该第一节点Kn为正好该将来的发送时钟时间而估计其状态，亦即其全局时钟时间gcn。如果达到该发送时刻ts (lcn*)，贝U第一节点Kn发出该状^j古计， 然后该状态估计可以由第二节点Ki接收。第二节点Ki确定接收信号的到达时亥诉n/或借助传播持续时间估计确定接收到的信号的发送时刻，并且从其旧的已有的估计和接收到的估计结合到达时刻或发送时刻，确定该第二节点Ki的全局 时钟时间gci的新的改善的自己的估计。该估计然后优选再次被提供给其他节点 使用，就像在图1或者图4中所概略表示的那样。tt^使用所述协作卡尔曼滤波器作为状^f古计器KF用于同步，其方式是， 如此设计协作卡尔曼滤波器，使得该协作卡尔曼滤波器估计全局时钟GQ、 GCn 的状态。如果各个站或者节点Ki、 KnSil特别是外部参考时间源XC具有按照 DCF、 GPS、...的信号，贝U所述於站或者节点被视为给出关于全局时钟GCi、 GCn的状态的消息的传感器。因为通常的时间源XC不提供置信尺度，所以可 以确定适宜的正确测定的置信值cP并且分配它的值。这点可以通过估计、物理 考虑、测量、或者仪启迪学方式实现。不同节点Kn、Ki的状^f古计器KF中的协作卡尔曼滤波器收敛到相应全局 时钟GCn的最大一致的状态估计并且以这种方式提供虚构的公共时间标度供使 用。在此有禾啲是，如果不存在例如按照GPS标准或者DCF标准的外部参考 时间源XC,贝彻、作卡尔曼滤波器也收敛到一致的状劍古计。如果不存在特别是实时源形式的传感器输入，则需要根据本发明的附加机 制，以便在其速度方面把全局时钟保持接近真实时间。否则可能是，虽然协作 卡尔曼滤波器收敛为一致的表示，但是它们运行明显过快或者过慢。为避免这 点，,所有参与的站在其真实本地时钟LCn、 LCi和其全局时钟GCn、 GCi 之间定期执行比较。3!51—致机制或者多个、伏选所有节点Kn、 Ki执行的表决， 一方面决定是否应该对全局时钟时间gcn、 gci调节干预，另一方面决定是否应 该减慢或者加速全局时钟时间gcn、 gci。以这种方式实现全局时钟时间gcn、 gd通常會,自由运行，并且因此非常均匀地划分时间，但是它不能以其运《瑰 度从参与的节点Kn、 Ki的真实时钟的运行皿的确定的分位点(Quantil)脱离。 取决于应用和4顿的一致机制可以适当选择该分位点。 一种适当的选择例如是， 全局时钟时间gcn、 gci不能从参与的节点Ki、 Kn的33% - 66%分位点脱离 (ausbrechen)。另外的泰述是，采用调节干预，其中当全局时钟的时钟脉冲速率落入到在作为低速度阈值的33%之下的分位点中，贝lj所述调节干预提高全局时 钟的时钟脉冲速率，而如果全局时钟的时钟脉冲速率达到在作为高速度阈值的66%之上的分位点，贝lj所述调节干预降低全局时钟的时钟脉冲速率。调节干预的大小可如此被测定， 一方面不过大，因为那时冑^I多导致不稳定，另一方面， 至少必须这样大，使得全局时钟不继续向下分位点或者上分位点推进，亦即不 继续在错误的方向上移动，于是总流程如下通信网络中的时钟被同步，其方式是，在多个节点上实现本地状劍古计器KF，所述本地状劍古计器借助本地时钟时间lcn、 lci估计全 局时钟时间gcn、 gC1，并且借助网络中的通信给其他的节点Ki、 Kn提供该估计 的全局时钟时间gcn、 gci，这在其侧育的多由此改善它们的全局时钟时间gcn、 gci 的本地估计。这点例如在图5到图8中说明。图5和图6为相应的状^f古计器 ^两个节点A和B的全局和本地时间标度ttokalA和tlokal3相对于其各自的全局 时钟时间tgkMA和的特性曲线。在此特征线与二分象限的直线的偏差基于 本地和全局时钟时间的不同的变化。虚线举例说明本地和全局时钟时间的另外 可能的特性曲线。图7根据节点A的状态估计器示出事件(例如发送无线电报)的时刻，所 述无线电报包含另一节点Ki的发送信号sd。给该事f粉配相应的本地或者全局 时刻或者本地接收时钟时间lcl (图l、 2)。因为事件仅以确定的准确度知晓， 所以为事件的物理全局时钟时间产生概率分布，而本地接收时钟时间lcl可以通 过接收器确定。图8相对于图6通过由优选的算法进行的修正示出全局时钟时间对本地时 钟时间的由此产生的特性曲线。表示出在考虑节点A的数据后节点B中更精确 的估计。明显看出，特性曲线中时钟时间彼此较小的偏差。转换该基本方面的一种可能性例如是在状态估计器KF中使用本地卡尔曼 微器。卡尔曼滤波器在要被观察的系统的状态空间表示上运行。在该种情况下应 用的模型是这样一种本地时钟lcn，该本地时钟lcn与自己的全局时钟gcn 偏移S和本地时钟LCn的不同的运行速度相对于全局时钟GCn偏离。23作为在第n个节点Kn中在离散时刻k的系统状态x^包含这些参数，并且构成 在离散时刻k在节点n的本地和全局时钟LCn、 GCn之间或者在它们的时钟时 间lcn、 gcn之间的所估计的变换Wobal = W。kal + 1 + ■ . (tkM _ lastupdaten)。此外要记录，在本地时间的哪个时刻存在本地时钟LCn的该状态的 lastupdate化并且lastupdate "作为最新系统状态w的本地时间在节点Kn中保 存。由此节点Kn的系统状态的变换的当前估计的全局时刻如下Wm = Wokal + & +似.(tlokal - lastupdaten)。这意赠，如果要给节点Kn的事件分配本地时间值tn^，则该事件根据 节点Kn的估计在全局时刻t^ote!发生。这样的事件特别是将来的发送时刻ts(lcn*)，在该将来的发送时刻，节点 Kn把它的由它计算的全局时间gcn向其他节点发送。为该将来的发送时刻 ts(lcn"预测的偏移do为do = 5njc + (prvk (tiokai - lastupdatCn) o附加于表示所估计的系统状态的、可映射为状态矢量的系统状态x^，运用误差协方差矩阵&formula&formula see original document page 24&/formula&其中cj作为用于协方差的统计符号，该误差协方差矩阵描述系统估计的准确性Pnjc。准确性Pn,k或者从其导出的量作为节点Kn或者其他的节点Ki (i扭)的 置信值dn或者di被提供。ttiMk，该置信值dn作为给全局时钟时间gcn分配 的量在该节点Kn中用于确定它的全局时钟时间gcn。与全局时钟时间gcn —起 的发送也使其他的节点Ki育,考虑所接收的全局时钟时间gcn的预测的准确性 或者置信度。置信值dn或者di特另何以包括该误差协方差矩阵或者考虑其他干 扰量的协方差矩阵，或者在考虑所述误差协方差矩阵或考虑其他干扰量的协方 差矩阵的情况下被确定。只要没有测量结果、特别是接收到的全局时钟时间ga和/或GPS时间信号 等可供使用，则该系统的发展能够通过从该系统中产生的系统方程利用系统矩阵&formula&formula see original document page 25&/formula&来估计。利作为lastupdate 的将来值的nown，节点Kn中的新的系统状态为、》+l =《A: ' ^"》0新的误差协方差矩阵为a 7"尸二《A:"尸a《hl + 2"力1 o为考虑模型误差，在此把误差协方差矩阵放大了模型误差矩阵Qa。在此 考虑在现实中出现、但不舰系统矩阵再现的影响。属于这样的影响的特别是由于振荡器的误差Mil本地时钟LCn的相位噪声 引起的全局和本地时钟GCn、 LCn的偏移变化、通过振荡器电压的电压波动引 起的频率变化、通过振荡器的温度改变弓胞的频率变化和通过振荡器和必要时 构成并且围绕该时钟的电路装置的不希望的寄生电容引起的频率变化。此外，伏^i也注意，在系统方程的数字计算时发生常见的取整(Rundung)。 这也可以视为模型误差。只要相位噪声在应用中未达到相关的大小，则模型误差矩阵可以置为&formula&formula see original document page 25&/formula&
在此，dDrift是用于估计振荡器的和从而本地时钟关于物理时间的漂移的 常数。在^顿未加热的石英振荡器作为本地时钟脉冲源时的实用值在初试范围 内处于0.0125 ppm2/s。如，行测量、也就是说接收GPS时间等或者还有其他节点Ki的全局时 钟时间gci，那么除各个测量值M外应该适当地知道该测量的准输性。 协方差矩阵R来说明。在一方面为在节点Kn中发生的或者被接收到的事件E 对节点Kn的全局时刻tg!。晦的自己的估计和另一方面该事件的由另一发送节点 Ki (i扭)通知的全局时刻t、gkM之间的当前偏移yw被测量。由此在时刻k+l 适用于当前偏移yk+i =所测量的当前偏移。漂移通常不能测量，而大多必须fflil卡尔曼滤波器来估计。因为所观懂的偏移yk+1作为可处理的量是一维矢量，所以协方差矩阵R具有大小lxl并且仅 包含观i遣值M的TO (Streuung) &+1。下式成立该偏移测量的测量值M的翻寸Rw由ffiil发送站的可信度确定的部分、无 线电报的运行时间的确定的不准输性、和在确定接收时刻时的不准确性组成。为现在借助测量值改善系统的状态描述，在状态矢量w的展开的先验估 计和所接收的不同观懂值等的观懂结果之间进行加权。 地，单独直接处理 每一个测量值。在此，这样选择加权，使得系统的产生的方差矩阵具有最小的 矩阵范数。是卡尔曼增益，是表示改善了的变换的矢量。因此状态估计器KF中的本地卡尔曼滤波器估计在节点Kn的本地时钟时间 lcn和该节点Kn的全局时钟时间gcn之间的变换。该估计被提供给时隙管理， 所述时隙管理由此會,在确定的全局时钟时间gcn触发动作，例如发送过程、 会^开关边沿或者运行HF接收部件。通过本地调节干预，优i^t也全局时钟GCn的本地时钟脉冲源或者振荡器 OS也被跟踪，由itbii免在相应要执行的软件程序中浮点变量的过分增长，否则 这会导致丧失表示准输性。表决例如通过相加或者力口权相加来计数用于加速或制动多个全局时钟时间 gci、 gcn的从其他站接收至啲投票(Stimme)或者偏差尺度vi，并且在干预瞎 况下促使干预不同节点Ki、 Kn的相应全局时钟。发送和/或接收装置10或者相应的例，，歸负责在已给的硬件上发送禾嗾 收特别是无线电报形式的数据，在此在确定发送和接收时刻时肖雜实现尽可能 好的准确性。在接收分组时的流程特别存在于下面的步骤，这些步骤特别可根据图2来 理解。发送和/或接收装置IO在第一步骤进行对其他节点Ki 的分组或者所接收的 发送信号sC1的接收，并且根据节点Kn的本地时钟LCn的瞬时本地接收时钟时间(lcn)确定该接收时刻lcl为时间戳。该分组或者所接收的发送信号sci以及带有本地接收时钟时间lcl的所分配 的时间戳在第二步骤中提供给带有卡尔曼滤波器的状劍古计器KF 。卡尔曼滤波器在第三步骤中对本地接收时钟时间lcn进行预测步骤，其中 以前面的公式设置变量lastupdate，使得该新设置的变量lastupdate对应于新的本 地接收时钟时间lcl。借助在该分组或者在所接收的发送信号sci中说明的所接收的全局时钟时 间gci，卡尔曼滤波皿第四步骤进行修正步骤。与第二步骤的不同在于，在第 三和第四步骤中描述了卡尔曼滤波器中的流程。第五步骤也可在第二至條四步骤之前或者与之并行i舰行，在所述第五步 骤中，发傲接收模块10把分组或者所接收的发送信号sci交给表决模块VM。 在此，发齿接收模块IOiM地如此被构造，使得在向其余的硬件转交事件时产 生尽可能小的抖动。最后在第六步骤中，表决模块VM计数得到的各个投票，所述投票以偏差 尺度vi、 vn的形式被施加给该表决模块。此外，定期执行全局干预，以便使节点Kn的全局时钟时间gcn分别与接 收到的时钟时间匹配。为此，表决模i央确定关于所施加的偏差尺度vi、 vn的表决的结果。之后结 颇全局时钟GCn或者全局时钟时间gcn的干预，其中4继考虑阈值sh、 st。 最后状态估计器KF或者其卡尔曼滤波器使它的变换估计与新的全局时钟时间 gcn匹配。此夕KM还定期地执行本地干预，以便使节点Kn的本地时钟时间lcn分别 与全局时钟时间gcn匹配。为此观察本地时钟LCn和估计的全局时钟GCn之间的变换，并且根据需 要计划对本地时钟LCn或者本地时钟时间lcn的操纵，以便使其与全局时钟时 间gcn相适应。然后控制装置C在需要时执行适当的干预，以便例如通舰当 的寄生电容制动或者加速本地时钟或者振荡器OS。此外状态估计器KF如此使估计匹配于卡尔曼滤波器中的变换，使得所估 计的全局时钟时间gcn不依赖于本地时钟时间lcn的匹配而均匀地继续运行。此外，为使其他节点Ki同样能够匹配其全局时钟时间gci，伏选执行定期的发細呈。在此，在第一步骤中例如借助时隙管理针对本地时钟时间lcn的确定的将 来时刻ts(lcn"计划发送。在第二步骤中，状^j古计器KF和/或控制装置C为该 将来时刻ts(lcn"估计那时适用于该节点n的全局时钟时间gcn。在第三步骤中， 所有对其他节点Ki的时间同步重要的信息和/或必要时有用数据被插入到要发 送的分组或者发送信号，并且必要时被编码。最后，发送信号sen随后在第四步 骤中在节点N的物理时间上将来it^」的本地时刻ts(lcn"或者相应的全局时刻 gcn从其发您接收模块IO被发送。在这种情况下特殊性在于，不存在真实传感器、亦即不存在精确的外部时 钟或者时间服务。不同节点Kn的状劍古计器KF的卡尔曼滤波t^M;交换相应 的自己的全局时钟gcn、 gci的状态估计而得到公共的时间标度或者全局时钟 gcn、 gd的彼ltkS相接近的时间值。完全放弃例如为上级主时钟或者外部参考时间源XC形式的真实传感器的 副作用是整个系统对于所谓的自满足的预言的缺乏抵抗性。这例如在明显比真 实时钟走得快的虚构全局时钟中表现出来。为防止这点，要么给各个节点Kn(图 2)、 K2、 K4 (图l)提供观懂外部时间源的可能性，要么网謝昔助偏差尺度vn、 vi执行对全局时钟的监视，并且通自全局时钟的被表决的调节干预以可接受 的运行速度负责均匀的运行。优选可以如下执行对虚构的全局时钟的相应监视只要多于三分之二的站或者节点Kn、 Ki确定运行速度的同样的偏差，贝树全局时钟进行抵抗该偏差的 调节干预。运行速度的同样的偏差可通过与全局时钟时间一同接收的偏差尺度 vn、 vi来检测。以这种方式实现，全局时钟通常能够自由运行，并且因此非常 均匀地分配时间。但是它们不能从参与的节点Kn、 Ki的例如33%—66%分位点 脱离(ausbrechen)。分位点的测定也可以不同地 行，例如用较高的或者较 低的阈值。本发明的另外的实施形式包括具有例如对应于GPS时间标准的较高绝对 时间准确性的节点。这些节点的分组或者数据于是在表决方法中以对应于相对 其他节点较高的准确性增益的加权被考虑。本方法或者这样的电路装置可以有利地在实时网络中、在基于TDMA的网 络中以及特别还在定位系统中被使用。如果一种这样的方法与在WO 中所描述的方法结合，则产生 特别有利的扩展方案。在WO 中所描述的方法fflil交换频率调制的 信号肖滩实现两个时钟的极准确的比较。因此该方法非常出色地适合用于确定4继按照WO 构造的、 由第二节点Ki接收的接收信号的到达时刻。也即，第一节点Kn必须生皿送 信号/电报，该发送信号/电报既包含其状态估计的数据，也产生用于按照WO 精确地测量时间的信号。这种组合例如肯滩使无线电节点比1 ns更 好地准确同步，以及时钟脉冲速率在ppb范围内准确同步。使用这样准确同步 的节点Ki、 Kn，于是能够非常简单地构建所谓的TOA (time of arrival /至lj达时 间)或者TDOA (time difference of arrival /到达时间的时间差)定位系统。附图标记列表da、 da'置信值，置信反比于da、 da的大小 dcf 夕卜部时间信号，特别是DCF信号 dn、 di gcn或者gci的置信值 di* gc浐的置信值do
在ts(lcn"预测的偏移+似(tlQkal—lastupdaten)dr
在LCn和GCn之间的时间漂移gci
节点Ki的全局时钟时间gci*
XC的外部全局时钟时间gcn
节点n中的全局时钟时间gps
外部时钟时间，特别是GPS信号gsti 节点循环 ， i=l、 2、 3、…、n、…、Ilcl
节点n中的本地接收时钟时间 lcn
节点n中的本地时钟时间12 用于LC1的本地修正信号13 用于TM的本地修正信号 lcn* 将来的本地时钟时间lastupdate^ 本地时钟LCn的状态的本地时间 n 当前观察的节点的循环
(Laufindex)pes 本地计^n时间 rst 复位信号sci、 senKi或者Kn的作为状态估计的结果(gci、 di、 gcn、 dn、 vn)的发送信号 sh 高速阈值 st 低速阈值tnjc^
Kn中的当前估计的本地时刻t^obai Kn中的当前估计的全局时刻to 用于LCn或者OS的微调信号tr 用于VS的微调信号似CJ12 CCH固GCnGM10KFKi、 Kn LCn LM M OS PCs相对将絲地时钟时间lc一的发送时刻用于gci、 gcn的偏差尺度节点n中在时刻k的偏移在lcn和gcn之间的运行时间差从LCn到GCn的特征值的变换统计学协方差符号 虚拟主机用于gci的调节装置信道 接收模块节点n中的全局时钟全局干预模块发離收模块状劍古计器，特别是卡尔曼滤波器节点i、当前观察的节点n节点n中的本地时钟本地干预模块存储器本地计對几 发送模块SM 发送参数模块，为lci^确定scn (gcn、、 dn、 vn)TM 微调模块 TS 时间戳VM 用于vi、 vn的erg的表决模块VS 用于vn的可j言度估计器 XC 外部参考时间源 XCV 可信度分配模块
1.用于在网络中同步时钟的方法，所述网络具有多个、至少两个节点(Ki、Kn，i＝1、2、...、J，n∈i)，其中，所述节点中的至少两个节点(Ki、Kn)能够彼此通信，并且分别具有本地时钟(LCi、LCn)，其特征在于，-在所述节点中的接收节点(Kn)中从至少一个进行发送的其他这样的节点(Ki，i≠n)接收由所述节点中的该发送节点(Ki，i≠n)发送的、所述节点中的该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)，和-根据所接收的该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)以及接收节点(Kn)的自己的本地时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)，确定或者估计该接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，接收节点(Kn)的确定的或者估计 的全局时钟时间(gcn)从该接收节点(Kn)向另外的这样的节点(Ki， i扭) 发送。
3. 根据权利要求l或2所述的方法，其中，当在节点(Kn)中确定或者估 计全局时钟时间(gcn)时也一起使用节点(Kn)的自己先前的全局时钟时间
4. 根据，权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中确定或者估 计在自己的全局时钟时间(gcn)和自己的本地时钟时间(lcn)之间和/或在自 己的全局时钟时间(gcn)和从该节点(Kn)外部接收的全局时钟时间(gci) 之间的偏差尺度(vn)。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，在确定或者估计节点(Kn)的全局 时钟时间(gcn)时，l顿自己的节点(Kn)的偏差尺度(vn)和/或另外的这 样的节点(Ki)的这样的被接收的全局时钟时间(gC1)的这样的偏差尺度(vi)。
6. 根据，^l利要求之一、特别是根据权利要求4或5所述的方法，其中， -在所述节点的至少两个节点(Ki(i扭)、Kn)中分别确定或者估计自己的本地时钟时间(lcn)的预先给定的特征值到全局时钟(GCn)的特征值的变换， 使得在节点(Ki; Kn)中分别确定至少一个这样的偏差尺度( vi)作为在 相应的自己的本地时钟(LCn)禾口自己的全局时钟(GCn)之间的关系的展开， 和-节点(Kn; Ki)之一的偏差尺度( vi)在至少另一个这样的节点(Ki; Kn)中作为用于在至少该另一个节点(Ki; Kn)中进行本地状^[古计的输入值 来鹏。
7. 根据权利要求4到6之-"所述的方法，其中，-如果可用的偏差尺度(vn， vi)的可预先确定的部分ffit高速阈值(sh)， 则执行对全局时钟时间(gcn)的较慢额定M的修正，和/或-如果可用的偏差尺度(vn， vi)的可预先确定的部分未皿低速阈值(st)， 贝U执行对全局时钟时间(gcn)的较快额定Jlit的修正。
8. 根据Jd^权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中对于其瞬时 全局时钟时间(gcn)确定用于确定或者估计该全局时钟时间(gcn)的置信值 (dn)。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，在节点(Kn)中在确定或者估计该 节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时一起使用节点(Kn)的迄今的全局时钟 时间的置信值(dn)。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中，在节点(Kn)中在接收到另 一个节点(Ki)的全局时钟时间(gci)连同接收节点(Kn)的给该所接收的全 局时钟时间(gd)所分配的这种置信值(di)后，在确定或者估计接收节点(Kn) 的全局时钟时间(gcn)时使用所接收的全局时钟时间(gci)和其所分配的置信 值(di)。
11. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中，-在节点(Kn)中以对该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)的时间差值 均衡该节点(Kn)的本地时钟时间(lcn)，禾口-在此使与迄今的本地时钟时间(lcn)有关的用于估计或者确定该节点 (Kn)的全局时钟时间(gcn)的计算量或者参数匹配，使得不通过经均衡的本 地时钟时间(lcn)影响该节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)的随后的估计或 者确定。
12. 根据，权利要求之一所述的方法，其中，在节点(Kn)中在确定或 者估计节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)时另外使用参考时间源(XC)的外 部时钟时间(gps)作为附加的外部全局时钟时间(gci*)，其中该参考时间源(XC) 被分配给不 于节点(Kn， Ki)的网络的时间系统。
13. 根据权利要求12禾口权利要求8到10之一所述的方法，其中，根据以 下方面给外部时钟时间(gci*)分配置信值(dn*)，即参考时间源(XC)源于 何种，的时间源。
14. 根据，权利要求之一所述的方法，其中，节点(Kn)的所确定的或 者所估计的全局时钟时间(gcn)在将来的时刻ts(lcn"向另一个这样的节点(Ki， i扭)发送，并且在发送前为该将来的时刻ts(lcn"确定那时有效的全局时刻(gcn) 或者连同偏差尺度(vn)和/或置信值(dn) —起确定那时有效的全局时刻(gcn)。
15. 用于在网络中同步时钟的电路装置，所述网络具有多个、至少两个节 点(Ki、 Kn， i=l、 2、 ...、 J， n曰)，其中，所述节点中的至少两个节点(Ki、 Kn)育,彼lt腿信，并且分别具有本地时钟(LCi、 LCn)和用于产生本地时钟 (LCi、 LCn)的时钟脉冲的本地振荡器(OS)，其特征在于，-所述节点中的至少一个接收节点(Kn)具有接收模块(EM; 10)，用于 接收这样的节点中的发送节点(Ki，询)的所发送的全局时钟时间(gci， i弁)， 和-具有控制装置(C)，其被设计和/或可控制，用于根据该发送节点(Ki， i扭)的所接收的全局时钟时间(gci， i扭)以及接收节点(Kn)的自己的本地 时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)来确定或者估计该接收节点(Kn)的全局
16.根据权利要求15所述的电路^a，具有发送模i央(S; 10)，用于从接 收节点(Kn)向另外的这样的节点(Ki， i扭)发送该接收节点(Kn)的所确定 的或者所估计的全局时钟时间(gcn)。
17. 根据权利要求15或者16所述的电路装置，具有状^f古计器(KF)，其 被设计和/或可控制，用于在节点(Kn)中对其瞬时全局时钟时间(gcn)确定 置信值(dn)。
18. 根据权利要求17所述的电路装置，具有在至少两个节点(Ki (i扭)、 Kn)中分别实现的本地状态估计器(KF)，所述本地状^f古计器被设计和/或可 控制，用于分别确定偏差尺度( vi)作为在相应的自己的本地时钟(LCn) 和自己的全局时钟(GCn)之间的关系的展开，其中相应的控制装置(C)被设 计和/或可控制，用于把节点(Kn; Ki)之一的偏差尺度( vi)在至少另一 个这样的节点(Ki; Kn)中作为用于在该至少另一个这样的节点(Ki; Kn)中进行本地状劍古计的输入值( dn)来使用。
19. 根据权利要求15到18之一所述的电路装置，具有表决模块(VM)， 其被设计或可控制，用于确定或者估计在自己的全局时钟时间(gcn)和自己的 本地时钟时间(lcn)之间禾B/或在自己的全局时钟时间(gcn)和从该节点(Kn) 外部接收的全局时钟时间(gcO之间的偏差尺度(vn)。
20. 根据权利要求15到19之一所述的电路装置，其中，控制，(C)被 设计和/或可控制，用于执行根据权利要求1到14之一所述的方法。
本发明涉及用于同步网络中的时钟的电路装置和方法，所述网络具有多个、至少两个节点(Ki、Kn，i＝1、2、...、J，n∈i)，其中，至少两个这样的节点(Ki、Kn)能够彼此通信，并且分别具有本地时钟(LCi、LCn)，其中，在进行接收的这种节点(Kn)中从至少一个进行发送的其他这种节点(Ki，i≠n)接收从该发送节点(Ki，i≠n)发送的、该发送节点(Ki，i≠n)的全局时钟时间(gci，i≠n)，并且根据该发送节点(Ki，i≠n)的所接收的全局时钟时间(gci，i≠n)以及接收节点(Kn)的自己的本地时钟(LCn)的本地时钟时间(lcn)来确定或者估计该接收节点(Kn)的全局时钟时间(gcn)。
文档编号G04G5/00GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者F·柯希, M·沃西克, P·古尔登 申请人:西米奥有限责任公司