基于ZigBee技术的公共时钟系统构建

　　引言

　　在科学技术、社会生活和生产活动中，时间是个基本参量。随着科技的进步，许多公众场所聚集了大量的设备系统，这些系统必须依照统一的时间运行，才能保证整个公众场所的活动有序协调地进行。公共时钟系统功能就是为公众场所提供统一的标准时钟，它对公共场所活动的正常工作起着非常重要的作用。因此，公共时钟系统是一种重要的基础设备，已有越来越多的公众场所建立这样的公共时钟系统。

　　公共时钟系统是个分布式网络系统，标准时钟通过这个网络传递到公众场所各系统中。目前，人们已经利用局域网、CAN网和RS485网实现了公共时钟系统。这些公共时钟都是基于有线网络的，有其自身的缺陷，如需要事先规划布线、成本高、系统构建不灵活等。

　　随着无线传感器网络的发展，其非布线、自组织等优点，为公共时钟系统的实现提供了新的技术途径。目前无线技术有多种，如蓝牙、WiFi及WLAN等。相比它们，ZigBee技术具有传输距离远、成本低和组网性能好等优势，已经成为目前市场前景最广阔的无线通信与网络新技术之一。

　　本文以ZigBee技术为基础，构建了一种公共时钟系统：首先依照ZigBee的簇状拓扑结构及设备类型，构建了公共时钟系统总体结构;然后考虑到ZigBee传输的低速性，设计了一种精度高但简单的时钟同步算法;最后选择了一种ZigBee专用芯片，设计了系统的硬件结构，基于ZigBee协议栈，编制了系统软件。所设计的公共时钟系统在某电站办公综合楼经过了一年的实验运行，实验结果表明系统时钟同步精度高，运行稳定可靠。

　　1 系统总体设计

　　ZigBee技术具有网络自组织的特点，它支持星型结构、网状结构和簇状结构。星型结构网络覆盖地域有限，而网状结构网络复杂，实际中实现起来困难。因此，本文采用簇状结构结构来构建公共时钟系统，如图1所示。

　　系统中主要包括时钟源、中继路由器、时钟终端和监控系统。

　　时钟源：接收GPS标准时间;通过路由器向时钟发送标准时间;作为协调器组织网络，指定路径进行通信。

　　中继路由器：按同步算法接收标准时间，反馈本地时钟给监控系统，做信息的转发工作。

　　时钟终端：按同步算法接收标准时间，反馈本地时钟给监控系统，在LED显示屏上显示标准时间。

　　监控系统：负责接收、处理和管理接收来的同步系统状态数据，是台PC机。

　　公共时钟系统时间同步所有的任务都从协调器开始，在组网时每一个节点都只有一个父节点，协调器是最大的父节点，协调器通过建立一个节点信息库来管理整个网络。同步系统通过中继路由器将时间信息传递到时间源的广播范围之外，实现整个网络的时间同步。