煤矿井下时间敏感网络分布式精确时间同步算法

宋昊明¹，黄友锐¹，陈珍萍²，徐善永¹，张超¹

1. 安徽理工大学电气与信息工程学院2. 苏州科技大学电子与信息工程学院

摘 要：为满足煤矿井下网络海量节点间时间同步高精度、低能耗需求,基于多Sink节点非均匀分簇结构的煤矿井下时间敏感网络（TSN）,提出了一种分布式精确时间同步算法。煤矿井下TSN分为3层:包含所有Sink节点的TSN汇聚层;Sink节点与各自通信半径内所有簇首节点组成的主网络;簇首节点与簇中普通节点组成的次网络。TSN汇聚层应用gPTP算法实现Sink节点间纳秒级时间同步;主网络中采用基于卡尔曼滤波的优化算法预测并补偿频偏、相偏和噪声误差,提高网络时间同步精度;次网络利用基于广播的单双向混合同步算法减少同步消息包数。仿真结果表明,该算法能有效提高网络时间同步精度与稳定性,减少网络时间同步能耗。

关键词：时间敏感网络;时间同步;多Sink节点;非均匀分簇;卡尔曼滤波;