一种用于异步通信的授时分发方法和数据路由协议与流程

本发明涉及异步通信，特别地，涉及一种用于异步通信的授时分发方法和数据路由协议。

背景技术：

1、异步通信是指两个不同步的设备之间通过定时机制或其他技术进行数据传输。在异步通信中，数据通常以字符或字节为单位在字符帧中传输，即发送端逐帧发送字符，接收端逐帧接收字符，其中字符帧一般由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等组成。随着自动驾驶等场景的智能化程度的提高，其应用中不同模块对时钟精度的要求越来越高，而且系统中数量较大的不同类型传感器使用不同异步通信协议进行传感器数据传输，对应用系统中传感数据的时效性和稳定性有较大影响，从而增加应用系统数据处理的复杂性。比如，在智能驾驶中，超声探头、摄像头、激光雷达等不同类型的传感器数据传输的稳定性和时效性对汽车自动驾驶的决策和安全性有着重要影响。

2、中国工程物理研究院电子工程研究所提出一项“一种可重构分布式节点高精度授时同步系统及方法”的专利(霍飞向、张祺、皇甫雅帆等，发明专利，申请号：202011392728.5，申请日：2020.12.02，申请公布号：cn 112468254a，申请公布日：2021.03.09)。该发明方案为：该系统由若干分布式节点组成，每个节点包括卫星导航设备、节点计算设备和节点通信外设。该方法包括首先启动分布式节点系统，分布式节点系统开始工作后，运行于节点计算设备上的授时同步管理模块经过各节点通信外设完成卫星导航状态的交互，明确所有节点的卫星导航状态；该发明根据使用场景与各节点卫星导航设备状态进行授时同步方式的无缝切换与优化，有效提高了系统的可靠性；该发明可应用于分布式、大规模、复杂环境下基于嵌入式开发平台的节点授时同步技术领域。不过该专利所述授时系统较复杂，不同节点均需要专门的授时同步模块，在较复杂的场景中成本和功耗较难降低。

3、陕西电器研究所提出“一种基于zigbee的北斗授时无线传感器采集系统”的专利(张超颖、王嘉康、梁伟健等，发明专利，申请号：202111539213.8，申请日：2021.12.15，申请公布号：cn 114495472 a，申请公布日：2022.05.13)。该专利方案为：一种基于zigbee的北斗授时无线传感器采集系统，不同传感器向mcu控制模块发送传感器检测数据；每个传感器节点独立运行、无需外部操控、外部供电与恒温工作环境，可高效的布设系统，节点与节点之间不存在数据干扰，易于维护与修复；数据采集系统均采用3.8v防爆锂电池供电，不会干扰舱内通信系统；可减少动态数据采集系统90％的传感器线缆铺设，减少80％的施工周期和人工成本，减少40％的系统费用，减少40％的系统体积；有效保证在同一时间同步采集传感器数据，确保数据采集的时序精度。该专利方案中通过北斗授时来确保各传感器的独立数据采集和传输，无授时分发和时钟校准功能，当传感器数量和类型较多时，会使得控制模块对传感器数据接收和处理的效率不高，无法满足系统对后续控制决策的稳定需求。

4、交控科技股份有限公司提出一种“物联数据模型管理系统”的专利(白文飞、郜春海、魏运等，发明专利，申请号：202210157142.3，申请日：2022.02.21，申请公布号：cn114710517 a，申请公布日：2022.07.05)。该专利方案为：提供一种物联数据模型管理系统，该系统包括元数据处理服务模块、数据模型订阅服务模块、数据路由服务模块和数据模型推送服务模块；元数据处理服务模块用于建立与数据采集服务模块的绑定关系，以建立每类设备状态数据与设备采集协议的映射；数据路由服务模块用于加载并根据元数据信息生成数据地址；数据模型订阅服务模块用于生成每类设备模型数据的订阅映射表，开放推送接口；数据模型推送服务模块用于接收每类设备模型数据。该专利提供的物联数据模型管理系统将设备状态数据与设备采集协议绑定，切换数据采集协议不影响设备状态数据的接入，同时通过数据路由服务模块查找每个设备的数据地址。不过，该专利所述系统没有授时模块，无法保证传输给数据模型推送服务模块的传感器数据时效性。

5、中国人民解放军国防科技大学提出“一种动态异轨复杂星座星间链路路由方法”的专利(刘思力、陈建云、吕蓉等，发明专利，申请号：202210263022.1，申请日：2022.03.17，申请公布号：cn 114614883 a，申请公布日：2022.06.10)。该专利方案为：本发明公开了一种动态异轨复杂星座星间链路路由方法，包括s1、将路由任务划分为低速控制数据路由和高速任务数据路由；s2、若是低速控制数据路由则执行步骤s3-s4，若是高速任务数据路由执行步骤s5-s7；s3、以最小跳数为优化目标，在每颗卫星保存全星座卫星的历书信息，计算获取分时段的多个静态路由表；s4、根据静态路由表获取相邻卫星节点号，建立网络拓扑并执行mpr的计算；s5、使用权值最小路径选择路由算法，获取高速任务数据路由协议有效路由条目；s6、各节点分布式计算到达所有其他网络内的节点的有效路由；s7、在路径中选择有效链路时长更容易保持的同升降轨道作为最佳路径。该发明可以实现动态异轨星座星间链路低速控制数据和高速任务数据路由。不过，该专利所述方法适用于卫星数据路由传输，没有授时分发功能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种用于异步通信的授时分发方法和数据路由协议，该发明能使系统中各应用模块获得精准授时信号，能同步传输多种不同类型的传感器数据，从而降低授时功能的复杂性，提高传感器数据传输的高效性和稳定性。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于异步通信的授时分发方法，包括授时分发系统，所述授时分发系统包括授时数据接收模块、时钟模块、以及触发模块，其中：

3、授时信号接收模块用于接收北斗、gps卫星定位系统的授时数据，以获取授时报文中的pps信号；

4、时钟模块用于生成系统内部的时钟信号，并通过pps信号对时钟信号进行校准，以使系统内部获得精准的时钟信号；

5、触发模块用于将pps信号或校准后系统时钟信号发送给其他应用模块。

6、优选的，所述授时信号接收模块包括北斗、gps卫星定位系统的卫星信号接收天线、电路、信号处理器，以实时获取卫星数据中的pps信号，并将pps信号传输给时钟模块和触发模块，与时钟模块和触发模块相连。

7、优选的，所述时钟模块包括有源或无源时钟电路，生成系统所需的时钟脉冲信号，同时根据授时信号接收模块传输过来的pps信号对时钟脉冲信号进行校准，以获得更加精准的时钟信号，并将时钟信号传输给系统内部其他应用模块或者触发模块，与触发模块、系统内部其他应用模块相连。

8、优选的，所述触发模块包括触发信号电路，将接收到的pps信号或者时钟信号通过触发信号将其发送给外部应用模块或设置，以使其他应用或模块获得实时的授时信号。

9、优选的，所述授时分发系统的工作流程为：

10、第一步，通过授时信号接收模块获取pps信号，并将该pps信号传输时钟模块和触发模块；

11、第二步，时钟模块会根据接收到pps信号将所生成的时钟信号进行定期校准，以使系统所生成的时钟信号能达到卫星授时的精准性，同时，触发模块会将所接收到的授时信号以信号或数据报文传输的信号发送给外部应用模块或设备。

12、优选的，当处于卫星信号不佳的场所时，授时信号接收模块可能无法接收到完整pps信号，此时触发模块根据时钟模块传输过来的时钟信号，对外部应用模块或设备继续发送授时信号；当卫星信号恢复后，触发模块则根据授时信号接收模块发送过来的pps信号发送授时信号。

13、另外，还提供一种用于传感器数据传输的数据路由协议，以数据帧的形式传输数据，能让不同传感器的数据发送给不同的应用模块，包括配置位、数据位、路由位，其中：

14、配置位通过使用一定字长的字符段来表示传感器类型、传感器本地端物理地址、所传输数据的时间戳；

15、数据位表示该数据帧所要传输的数据内容，可以是传感器数据，也可是控制传感器的指令；

16、路由位是指传感器数据接收端的物理地址，一般根据本地端地址与接收端地址的路由表来确定。

17、优选的，所述配置位中传感器类型，包括超声探头、摄像头、激光雷达、拾音器，包括：以0001字符段表示超声探头，0010字符段表示摄像头。

18、优选的，所述配置位中本地端地址是指传感器所要传输数据的传感器的本地端物理地址，与传感器的设备参数信息绑定。

19、优选的，所述配置位中时间戳是指所传输数据的时间戳，由系统中的授时模块或时钟电路提供。

20、优选的，传感器、传感器控制系统本地端通过数据路由协议将数据帧传输到对应的接收端，其具体过程包括：

21、第一步，数据帧封装，本地端需要传输的原始数据片段作为数据帧中数据位，本地端的传感器类型、本地端地址、原始数据片段的时间戳信息作为数据帧中的配置位，接收本地端数据的设备信息作为路由位，将配置位、数据位、路由位信息进行校验后获得校验位，最后将配置位、数据位、路由位、校验位加上起始位和终止位，作为数据帧。

22、第二步，数据帧传输，数据帧以并行或串行方式进行传输。

23、第三步，数据帧接收，收端接收到数据帧后，通过校验位确认数据帧无更改后，接收端与数据帧中的路由位进行匹配，若匹配不符，接收端则放弃多该数据帧的配置位、数据位信息获取；若匹配符合，过配置位、数据位获取本地端所要传输过来的数据以及该数据的时间戳。。

24、相比于背景技术，本发明技术效果主要体现在以下方面：

25、本发明提出一种用于异步通信的授时分发方法和数据路由协议，通过系统时钟与所接收的北斗、gps等卫星定位系统授时数据进行综合校准，获得精准的授时信号，并将该授时信号加入用于传感器数据传输的数据路由协议的报文中，以使得系统中各模块根据数据路由中的授时报文获得授时信号。该发明能使系统中各应用模块获得精准授时信号，能同步传输多种不同类型的传感器数据，从而降低授时功能的复杂性，提高传感器数据传输的高效性和稳定性。