一种传感器网络高精度授时报文系统及方法与流程

本发明属于物联网，具体涉及一种传感器网络高精度授时报文系统及方法。

背景技术：

1、随着物联网技术的不断发展，传感器网络在不同领域的应用越来越广泛。传感器网络需要安全的高精度授时，传感器网络的高精度授时报文技术提高了授时的时间精度、提升了数据传输的安全性、同时实现了传感器网络的时间同步。传统的授时方法通常采用ntp协议，由于网络延迟和抖动等因素授时精度较低，同时传统的网络授时方法还存在着数据易被篡改和窃取的安全性问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的第一方面提供了一种传感器网络高精度授时报文系统，包括：时钟源校正模块、加密模块、授时模块、解密模块和时间同步模块。

2、所述时钟源校正模块以服务器为接口接收卫星报文并输出标准秒脉冲信号，所述服务器获取本地晶振，所述本地晶振输出本地秒脉冲信号，根据所述标准秒脉冲信号和所述本地秒脉冲信号对所述本地晶振校正，得到本地标准时钟源；

3、所述加密模块获取加密密钥(e,n)，其中，e为加密参数，n为计算模数，传感器根据所述加密密钥对请求授时报文进行加密得到加密请求授时报文；

4、所述授时模块获取所述加密请求授时报文，所述传感器向所述服务器发送所述加密请求授时报文，所述服务器记录请求发送时间戳ta，所述服务器接收所述加密请求授时报文，所述服务器记录接收请求时间戳tb；

5、所述解密模块获取解密密钥(d,n)，其中，d为解密参数，所述服务器根据所述解密密钥对所述加密请求授时报文进行解密得到所述请求授时报文；

6、所述授时模块获取所述请求授时报文，根据所述请求授时报文得到应答授时报文，所述服务器将所述应答授时报文发送给所述传感器，所述服务器记录应答发送时间戳tc，所述传感器接收所述应答授时报文，所述服务器记录应答接收时间戳td，计算所述传感器和所述服务器的时间偏差；

7、所述时间同步模块获取所述传感器的本地时间，根据所述时间偏差和所述本地时间得到所述传感器的同步时间。

8、具体地，获取所述本地标准时钟源的具体实现步骤为：

9、所述服务器接收所述卫星报文并输出标准秒脉冲信号，所述服务器获取所述本地晶振，所述本地晶振输出所述本地秒脉冲信号，根据所述本地秒脉冲信号与所述标准秒脉冲信号得到时间误差，对所述时间误差进行滤波去噪得到去噪时间误差，所述去噪时间误差根据公式得到电压控制量，所述公式为：

10、

11、其中，t为所述本地秒脉冲信号，u(t)表示为所述电压控制量，kp为比例系数，e(t)为所述时间误差，ti为积分控制时间，td为微分控制时间；

12、对所述电压控制量进行修正得到电压修正值。所述本地晶振根据所述电压修正值调整频率得到所述本地标准时钟源。

13、具体地，所述加密模块中的所述加密包括：

14、根据所述加密密钥和加密公式对所述请求授时报文进行所述加密，得到所述加密请求授时报文，所述加密公式为：

15、c≡memodn，

16、其中，c为所述加密请求授时报文，m表示所述请求授时报文，mod表示模运算，≡表示加密运算。

17、具体地，所述授时模块中的所述时间偏差的计算公式为：

18、

19、其中，ξ为所述时间偏差。

20、具体地，所述解密模块中的所述解密包括：

21、根据所述解密密钥和解密公式对所述请求授时报文进行解密，得到所述请求授时报文，所述解密公式为：

22、m＝cdmodn，

23、其中，m表示为所述请求授时报文。

24、具体地，所述时间同步模块中的所述同步时间包括：

25、根据计算公式得到所述同步时间，所述计算公式为：

26、ts＝tv+|ξ|，

27、其中，ts为所述同步时间，tv为所述本地标准时间，|ξ|为所述时间偏差的绝对值。

28、本发明的第二方面提供了一种传感器网络高精度授时报文方法，包括：

29、所述服务器接收所述卫星报文并输出所述标准秒脉冲信号，所述服务器获取所述本地晶振，所述本地晶振输出所述本地秒脉冲信号，根据所述标准秒脉冲信号和所述本地秒脉冲信号对所述本地晶振校正，得到所述本地标准时钟源；

30、所述传感器根据所述加密密钥对所述请求授时报文进行所述加密得到所述加密请求授时报文；

31、所述传感器向所述服务器发送所述加密请求授时报文，所述服务器记录所述请求发送时间戳ta，所述服务器接收所述加密请求授时报文，所述服务器记录所述接收请求时间戳tb；

32、所述服务器对所述加密请求授时报文进行所述解密得到所述请求授时报文；

33、根据所述请求授时报文得到应答授时报文，所述服务器将所述应答授时报文发送给所述传感器，所述服务器记录所述应答发送时间戳tc，所述传感器接收所述应答授时报文，所述服务器记录所述应答接收时间戳td，计算所述时间偏差；

34、获取所述传感器的所述本地时间，根据所述时间偏差和所述本地时间得到所述传感器的所述同步时间。

35、本发明的有益效果为：

36、(1)通过校正服务器的本地晶振得到本地标准时钟源，计算了传感器和服务器的时间偏差，提高了授时的精度；

37、(2)通过加密模块和解密模块对请求授时报文进行加密和解密确保了数据传输的安全性。

技术特征：

1.一种传感器网络高精度授时报文系统，包括时钟源校正模块、加密模块、授时模块、解密模块和时间同步模块，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于，所述时钟源校正模块中获取所述本地标准时钟源的具体实现步骤为：

3.根据权利要求1所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于，所述加密模块中的所述加密包括：

4.根据权利要求1所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于，所述授时模块中的所述时间偏差的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于，所述解密模块中的所述解密包括：

6.根据权利要求1所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于，所述时间同步模块中的所述同步时间为：

7.一种传感器网络高精度授时报文方法，应用于如权利要求1-6中任一所述的传感器网络高精度授时报文系统，其特征在于包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种传感器网络高精度授时报文系统及方法，属于物联网技术领域。其中，该系统包括：时钟源校正模块、加密模块、授时模块、解密模块和时间同步模块。服务器获取标准秒脉冲信号，根据标准秒脉冲信号校正服务器的本地晶振得到本地标准时钟源。获取加密密钥，传感器根据加密密钥对请求授时报文进行加密得到加密请求授时报文。获取解密密钥，服务器对请求授时报文进行解密得到请求授时报文。根据服务器的本地标准时钟源对传感器进行授时，计算传感器和服务器的时间偏差。获取传感器的本地时间，根据时间偏差得到传感器的同步时间。提高了对传感器的授时精度，确保了授时报文的安全传输，实现了时间同步。技术研发人员：施志川,王艳鹏,戴永刚受保护的技术使用者：上海朗尚传感技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18