Verfahren und Vorrichtung zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes, insbesondere eines Funknetzwerkes. In dezentral organisierten Netzwerken, die aus einer Mehrzahl von Netzwerkknoten bestehen, ist es häufig notwendig, dem Netzwerkknoten zusätzlich zu einer lokalen Zeit eine netzwerkweite einheitliche globale Netzwerkzeit zur Verfügung zu stellen. Dies erfordert eine Synchronisation der Netzwerkkno- ten, wobei für jeden Netzwerkknoten herkömmlicherweise in Relation zur lokalen Zeit des Knotens ein Zeitoffset, gegebe ^¬ nenfalls eine Frequenzkorrektur bestimmt wird. Dabei kann die Zeitsynchronisation durch Austausch und Vergleich von Zeitstempeln für bestimmte Ereignisse erfolgen.

In herkömmlichen dezentral organisierten Netzwerken bestehen potentielle Fehlerquellen, die zu Fehlern bei der Erzeugung von Zeitstempeln führen können. Beim Übertragen und Empfangen von Datenpaketen können Fehler auftreten, die beispielsweise durch Bit Flips die Zeitstempel verändern, ohne dass Fehler ^¬ tests, beispielsweise CRC-Checks, dies erkennen können. Beim Empfang eines Datenpakets durch einen Netzwerkknoten erhält das Datenpaket einen Zeitstempel, beispielsweise sobald eine Startsequenz seitens des empfangenden Netzwerkknotens erkannt worden ist. Falls das anschließend empfangene Datenpaket we ^¬ gen Bit-Fehlern verworfen wird, kann es zudem vorkommen, dass der zugehörige Zeitstempel nicht verworfen wird und einem späteren Datenpaket zugeordnet wird. Die beiden obengenannten Fehler können somit zu Zeitstempeln mit völlig fehlerhaften Werten führen, die jedoch nicht ohne Weiteres von Zeitstempeln, die von nicht synchronisierten Netzwerkknoten stammen, unterscheidbar sind. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes zu schaffen, bei dem derartige Fehler erkannt werden können und die damit verbundenen Folgen weitestgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes, das mehrere Netzwerkknoten aufweist, wobei Synchronisationsparameter, welche in einem Netzwerkknoten zur Bestimmung einer globalen Netzwerkzeit vorgesehen sind, anhand einer Zeitdifferenz zwischen einer globalen Sendezeit und einer globalen Empfangszeit mindestens eines Datenpaketes, welches durch den Netzwerkknoten von ei ^¬ nem anderen Netzwerkknoten des Netzwerkes empfangen wird, iterativ adaptiert werden.

Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes, welches besonders zu ^¬ verlässig arbeitet.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die lokale Sendezeit durch den Netzwerkkno ^¬ ten, welcher das Datenpaket an den empfangenden Netzwerkknoten sendet, in Abhängigkeit von einer lokal gemessenen Sende ^¬ zeit des sendenden Netzwerkknotens und in Abhängigkeit von lokal in dem sendenden Netzwerkknoten gespeicherten Synchronisationsparametern berechnet.

Bei einer möglichen Aus führungs form wird dabei das gesendete Datenpaket mit der berechneten globalen Sendezeit als Sende ^¬ zeitstempel versehen.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die globale Empfangszeit durch den Netzwerk ^¬ knoten, welcher das Datenpaket empfängt, in Abhängigkeit von einer lokal gemessenen Empfangszeit des empfangenden Netzwerkknotens und in Abhängigkeit von den lokal in dem empfan ^¬ genden Netzwerkknoten gespeicherten Synchronisationsparametern bei Empfang des Datenpaketes berechnet.

Dabei wird vorzugsweise das empfangende Datenpaket mit einem ersten Empfangsstempel versehen, welcher die berechnete glo ^¬ bale Empfangszeit angibt. Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen

Verfahrens weisen die in dem Netzwerkknoten vorgesehenen Synchronisationsparameter als einen ersten Synchronisationsparameter einen Zeitoffset zwischen der geschätzten globalen Netzwerkzeit des Netzwerkes und der lokal gemessenen Zeit des Netzwerkknotens auf.

Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die in dem Netzwerkknoten vorgesehenen Synchronisationsparameter als zweiten Synchronisations- parameter zusätzlich eine relative Zeitintervallabweichung zwischen der globalen Netzwerkzeit und der lokal gemessenen Zeit auf.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die lokal gemessene Zeit durch einen in dem Netzwerkknoten vorhandenen Zeitgeber bereitgestellt.

Bei einer möglichen weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in dem Netzwerkknoten vorgese- henen Synchronisationsparameter in einem lokalen Datenspeicher des Netzwerkknotens gespeichert und jeweils mit einer Korrektur des jeweiligen Synchronisationsparameters adap ^¬ tiert . Dabei hängt die Korrektur des jeweiligen Synchronisationspa ^¬ rameters vorzugsweise von der Zeitdifferenz zwischen der globalen Sendezeit und der in dem ersten Empfangszeitstempel an- gegebenen globalen Empfangszeit des empfangenen Datenpaketes ab .

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der zweite Synchronisationsparameter, bei dem es sich um die relative Zeitintervallabweichung handelt, wobei die Zeitperiode der globalen Netzwerkzeit und die Zeitperiode der lokal gemessenen Zeit des Netzwerkknotens ist .

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die globale Empfangszeit bei Empfang eines Il ^¬ ten Datenpaketes durch den empfangenden Netzwerkknoten in Abhängigkeit von dessen lokal gemessener Empfangszeit wie folgt berechnet : wobei Si, _n die gespeicherte zeitabhängige relative Zeitinter ^¬ vallabweichung und Oi, _n der gespeicherte Zeitoffset des empfangenden Netzwerkkno ^¬ tens ist und

die iterativ bestimmte

Offsetkorrektur aufgrund der Zeitintervallabweichung ist. Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die globale Sendezeit beim Senden des n-ten Datenpaketes durch den sendenden Netzwerkknoten in Abhängigkeit von dessen lokal gemessenen Sendezeit wie folgt berechnet : wobei

Sj, _n die gespeicherte relative Zeitintervallabweichung und Oj, _n der gespeicherte Zeitoffset des sendenden Netzwerkknotens (NWKj ) ist und

die gespeicherte iterativ

bestimmte Offsetkorrektur aufgrund der Zeitintervallabwei ^¬ chung ist.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gespeicherte Zeitoffset (Oi, _n ) eines emp ^¬ fangenden Netzwerkknotens wie folgt bei Empfang eines Daten ^¬ paketes adaptiert: wobei η eine zeitabhängige Adaptionsrate und

Ti, _n die Differenz der globalen Paket zeitstempel von Sender und Empfänger ist.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gespeicherte relative Zeitabweichung Si, _n eines empfangenden Netzwerkknotens wie folgt bei Empfang ei- nes Datenpaketes adaptiert: wobei η die zeitabhängige Adaptionsrate ist, ß ein einstell- barer Adaptionsfaktor, die Differenz der

globalen Paket zeitstempel von Sender und Empfänger und

die lokale Zeitdifferenz seit dem Empfang des letzten

Paketes ist. Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zeitabhängige Adaptionsrate η wie folgt iterativ angepasst: wobei α ein einstellbarer weiter Adaptionsfaktor und ein

Schwellenwert für eine Synchronisationsabweichung ist.

Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Integrität des empfangenen Da ^¬ tenpaketes geprüft und bei Weitergabe des geprüften empfange ^¬ nen Datenpaketes zur weiteren Datenverarbeitung ein zweiter Empfangszeitstempel generiert.

Dieser zweite Empfangszeitstempel wird vorzugsweise mit dem ersten Empfangszeitstempel verglichen, um eine Zeitdifferenz zwischen den beiden Empfangszeitstempeln zu ermitteln.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Empfangszeitstempel des empfangenen Datenpaketes verworfen, falls eine Abweichung zwischen der ermittelten Zeitdifferenz und einer paketlängenabhängigen Soll-Zeitdifferenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet .

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Datenpaket ein Broadcast-Datenpaket au welches von dem sendenden Netzwerkknoten ausgesendet wird.

Bei einer alternativen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Datenpaket ein Multicast-Datenpaket auf, welches von dem sendenden Netzwerkknoten ausgesendet wird.

Bei einer weiteren alternativen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Datenpaket ein Unicast- Datenpaket auf, welches von dem sendenden Netzwerkknoten ausgesendet wird. Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Datenpaket über eine drahtlose Kommunika ^¬ tionsverbindung zwischen den Netzwerkknoten übertragen.

Bei einer alternativen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Datenpaket über eine drahtgebundene Kom ^¬ munikationsverbindung zwischen den Netzwerkknoten übertragen.

Die Erfindung umfasst ferner einen Netzwerkknoten für ein Sensornetzwerk für ein dezentral zeitsynchronisiertes Netz ^¬ werk mit:

einem Datenspeicher zur lokalen Speicherung von Synchronisationsparametern, welche zur Bestimmung einer globalen Netzwerkzeit vorgesehen sind,

wobei die Synchronisationsparameter anhand einer Zeitdifferenz zwischen einer globalen Sendezeit und einer globalen Empfangszeit mindestens eines Datenpaketes, welches von dem Netzwerkknoten von einem anderen Netzwerkknoten des Netzwerkes empfangen wird, iterativ adaptiert werden.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Netzwerkknotens weist dieser eine Schnittstelle zum Empfangen und Senden von Datenpaketen auf.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Netzwerkknotens weist dieser zusätzlich eine Prüfeinheit zur Prüfung einer Integrität eines empfangenen Datenpaketes auf.

Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Netzwerkknotens weist dieser ferner einen Prozessor zur Berechnung der globalen Netzwerkzeit auf.

Bei einer weiteren möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Netzwerkknotens weist dieser ferner einen Zeitgeber zur Bereitstellung einer lokalen Zeit des Netzwerkknotens auf . Bei einer weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Netzwerkknotens weist dieser mindestens einen Sensor zur Er ^¬ fassung von Sensordaten auf, die in mindestens einem Datenpaket an einen anderen Netzwerkknoten über eine drahtgebundene oder drahtlose Übertragungsstrecke übertragen werden.

Die Erfindung umfasst ferner einen Netzwerkknoten, der über einen Datenspeicher zur lokalen Speicherung von Synchronisationsparametern verfügt, welche zur Bestimmung einer globalen Netzwerkzeit vorgesehen sind, wobei die Synchronisationspara ^¬ meter anhand einer Zeitdifferenz zwischen einer globalen Sendezeit und einer globalen Empfangszeit mindestens eines Da ^¬ tenpaketes, welches von dem Netzwerkknoten von einem anderen Netzwerkknoten des Sensornetzwerkes empfangen wird, iterativ adaptiert werden.

Des Weiteren werden mögliche Aus führungs formen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dezentralen Zeitsynchronisation eines Netzwerkes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschreiben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung eines aus mehreren

Netzwerkknoten bestehenden Netzwerkes, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren synchronisiert wird;

Fig. 2 ein Blockschaubild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzwerkkno ^¬ tens für ein entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dezentral zeitsynchronisierten Netzwerkes .

Wie man dem Diagramm gemäß Fig. 1 entnehmen kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur dezentralen Zeitsynchronisati ^¬ on eines Netzwerkes 1 eingesetzt werden, welches mehrere Netzwerkknoten 2 aufweist. Die Netzwerkknoten 2 sind über drahtlose oder drahtgebundene Schnittstellen miteinander verbunden. Über diese drahtlosen oder drahtgebundenen Schnittstellen können die Netzwerkknoten 2 untereinander Datenpakete austauschen. Beispielsweise kann es sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Netzwerk 1 um ein Funksensornetzwerk handeln, bei dem jeder Netzwerkknoten 2 über einen Sensor verfügt, wobei die erfassten Sensordaten als Nutzdaten in einem Datenpaket zu einem anderen Netzwerkknoten des Netzwerkes 1 übertra ^¬ gen werden können. Bei dem Netzwerkknoten 2 kann es sich um mobile Netzwerkknoten oder um Netzwerkknoten handeln, die an einem Ort fest vorgesehen sind. Die verschiedenen Netzwerkknoten 2 des Netzwerkes 1 sind untereinander zeitlich synchronisiert, wobei die Zeitsynchronisation mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dezentral durchgeführt wird. Dabei werden Synchronisationsparameter SP, welche in einem Netzwerkknoten 2 zur Bestimmung einer globalen Netzwerkzeit vorgesehen sind, anhand einer Zeitdifferenz zwischen einer globalen Sendezeit und einer globalen Empfangszeit mindestens eines Datenpaketes DP, welches durch einen empfangenen Netzwerkknoten 2-i von einem anderen Netzwerkknoten 2-j des Netzwerkes 1 empfangen wird, iterativ adaptiert. Bei der dezentralen Zeitsynchronisation wird dem dezentral organisierten Netzwerk 1 einem Datenpaket DP kurz vor dem Senden eine Zeitinformation bzw. ein Zeitstempel durch den sendenden Netzwerkknoten 2-j übergeben. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine in dem sendenden Netzwerkknoten 2-j gemessene globale Sendezeit des jeweiligen Datenpaketes DP. Diese Zeitinforma ^¬ tion wird in dem empfangenden Netzwerkknoten 2-i mit der dort gemessenen globalen Empfangszeit verglichen. Die Differenz zwischen der globalen Empfangszeit und der globalen Sendezeit wird benutzt, um einen Offset und eine Frequenzkorrektur in dem empfangenden Netzwerkknoten 2-i bzw. eine entsprechende Anpassung vorzunehmen.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die globale Sendezeit durch den sendenden Netzwerkknoten 2-j, welcher das Datenpaket DP an einen ande- ren Netzwerkknoten -i sendet, in Abhängigkeit von einer lo- kal gemessenen Sendezeit des sendenden Netzwerkknotens 2- j und in Abhängigkeit von lokal in dem sendenden Netzwerkkno ^¬ ten 2-j gespeicherten Synchronisationsparametern SP _j berechnet. Beim Senden des Datenpaketes DP versieht der sendende Netzwerkknoten 2-j das Datenpaket DP mit der berechneten globalen Sendezeit als Sendezeitstempel. Die globale Emp-

fangszeit wird durch denjenigen Netzwerkknoten 2-i, wel

cher das Datenpaket DP von dem sendenden Netzwerkknoten 2-j empfängt, in Abhängigkeit von einer lokal gemessenen Emp- fangszeit des empfangenden Netzwerkknotens 2-i und in

Abhängigkeit von den lokal in dem empfangenden Netzwerkknoten

2-i gespeicherten Synchronisationsparametern SPi bei Empfang des Datenpaketes DP berechnet. Hierbei wird das empfangene

Datenpaket DP durch den empfangenden Netzwerkknoten 2-i mit einem ersten Empfangszeitstempel versehen, welcher die berechnete globale Empfangszeit angibt.

Bei jedem Netzwerkknoten 2 des in Fig. 1 dargestellten Netzwerkes 1 sind Synchronisationsparameter SP vorgesehen, die beispielsweise in einem dafür vorgesehenen Datenspeicher oder Speicherbereich gespeichert sind und iterativ adaptiert wer ^¬ den können. Der Netzwerkknoten 2 weist dabei bei einer möglichen Aus führungs form als einen ersten Synchronisationsparameter einen Zeitoffset 0 zwischen der geschätzten globalen Netzwerkzeit des Netzwerkes 1 und der lokal gemessenen Zeit des jeweiligen Netzwerkknotens 2 auf. Als zweiter Synchronisationsparameter verfügt der Netzwerkknoten 2 über eine relative Zeitintervallabweichung S zwischen der globalen Netzwerkzeit und der lokal gemessenen Zeit des Netzwerkknotens 2. Diese lokal gemessene Zeit wird in einer möglichen Ausfüh ^¬ rungsform durch einen in dem Netzwerkknoten 2 vorhandenen Zeitgeber bzw. Zähler bereitgestellt.

Bei einer möglichen Aus führungs form werden die in dem Netz- werkknoten 2 vorgesehenen Synchronisationsparameter SP, d.h. der gespeicherte Zeitoffset 0 und die relative Zeitintervall ^¬ abweichung s jeweils mit einer Adaptionsrate η des jeweiligen Synchronisationsparameters SP adaptiert. Diese Adaptionsrate η kann bei einer möglichen Aus führungs form von der Zeitdifferenz zwischen der globalen Sendezeit und der in dem ers

ten Empfangszeitstempel angegebenen globalen Empfangszeit

des empfangenen n-ten Datenpaketes DP abhängen.

In der globalen Zeit T und der lokalen Zeit ti des Netzwerkknotens 2 besteht ein linearer Zusammenhang wie folgt: wobei ai(r) ein zeitlich veränderliches Verhältnis zwischen der globalen und lokalen Zeitgeberfrequenz und ο± ein konstanter Zeitoffsetwert ist. Typischerweise variieren die Fre ^¬ quenzen von Zeitgebern in einem Bereich von 10 - 100 ppm. Die Verhältnisabweichung S± bzw. relative Zeitintervallabweichung kann wie folgt definiert werden: Bei diskreten Ereignissen, insbesondere dem Austausch von Datenpaketen DP oder bei der Erfassung von Sensordaten, kann das Verhältnis angepasst werden. Daher kann der in Gleichung (1) angegebene Zusammenhang derartige diskrete Ereignisse un ^¬ ter Berücksichtigung der Gleichung (2) wie folgt angegeben werden:

Dabei ist S± die gespeicherte relative Zeitintervallabwei ^¬ chung und

Oi der gespeicherte Zeitoffset des empfangenden Netzwerkkno ^¬ tens 2-i. Dabei ist die iterativ

bestimmte Offsetkorrektur aufgrund der Zeitintervallabweichung. Die globale Empfangszeit bei

Empfang eines n-ten Datenpaketes DP durch den empfangenden Netzwerkknoten 2-1 kann in Abhängigkeit von dessen lokal gemessener Empfangszeit wie folgt berechnet werden:

In analoger Weise kann die globale Sendezeit beim Senden des n-ten Datenpaketes DP durch den sendenden Netzwerkknoten 2-j NWK _j in Abhängigkeit von dessen lokal gemessener Sendezeit wie folgt berechnet werden:

wobei Sj die gespeicherte relative Zeitintervallabweichung und

Oj der gespeicherte Zeitoffset des sendenden Netzwerkknotens ist. Ferner ist die gespeicherte iterativ bestimmte Offsetkorrektur aufgrund der Zeitintervallabweichung.

Weiterhin gilt: wobei die globalen ZeitSchätzungen eines Ereig- nisses n bei einem Knoten 2-j und einem Knoten 2-i angibt. ist eine zeitabhängige Offset-Adaptionsrate: Die zeitabhängige Adaptionsrate η wird iterativ angepasst. Dabei stellt einen einstellbaren Adaptionsfaktor und o ^~ _t hr einen Schwellenwert für eine Synchronisationsabweichung dar.

Die gespeicherte relative Zeitabweichung S± eines empfangen ^¬ den Netzwerkknotens 2-i kann wie folgt bei Empfang eines Da ^¬ tenpaketes DP adaptiert werden: wobei η die zeitabhängige Adaptionsrate ist und ß ein

einstellbarer Adaptionsfaktor ist.

Wird der Adaptionsfaktor aus einem Bereich zwischen 0 und 1 gewählt, kann die Adaptionsrate in einem Intervall zwischen 0 und 1 liegen. Die Adaptionsrate wird geringer, falls die Syn ^¬ chronisationsabweichung unterhalb eines konstanten

Schwellenwertes bleibt. Dies bietet den Vorteil, dass

schwach synchronisierte Netzwerkknoten 2 oder Netzwerkknoten 2', welche in das Netzwerk 1 eintreten, schnell mit dem verbleibenden Netzwerk 1 synchronisiert werden können und die bereits in dem Netzwerk 1 vorhandenen Netzwerkknoten 2 nahezu unbeeinflusst von dem unsynchronisierten Netzwerkknoten 2' bleiben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann einem Zeitstem- pel der MAC-Schicht einsetzen, wobei keine weiteren Daten ausgetauscht werden müssen. Der Netzwerkknoten 2 enthält einen gespeicherten Zeitoffset Oi, _n und eine Adaptionsrate

beispielsweise in einem dafür vorgesehen Datenspeicher. Die Offset-Adaption gemäß der obigen Gleichungen führt zu einer schnellen Konvergenz der globalen Zeitschätzungen und die dabei auftretende Drift der Offset-Werte aufgrund der unter ^¬ schiedlichen Zeitgeberfrequenzen wird Rechnung getragen, indem man ein Abweichsignal minimiert und indem man die Adapti ^¬ on der relativen Zeitabweichung S± durchführt: Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst robust gegenüber Störungen. Der zusätzliche Adaptionsfaktor ß«l führt eine dynamische Hierarchie ein, d.h. die Abweichungswerte adaptie ^¬ ren sich mit einer geringeren Adaptionsrate im Vergleich zu den Zeitoffset-Werten . Hierdurch können Instabilitäten aufgrund von Fluktuationen vermieden werden, welche durch ein asynchrones Update-Schema hervorgerufen werden können. Ferner ist dies konsistent mit einer erwarteten geringen Änderung der relativen Zeitintervallabweichung, beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen. In einer möglichen beispielhaften Implementierung betragen die Werte für die Adaptionsfaktoren , ß: = 1/4 und ß = 1/64.

Bei einer möglichen Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst eine Integrität eines empfangenen Datenpaketes DP geprüft und bei Weiterleitung des geprüften empfangenen Datenpaketes zu einer weiteren Datenverarbeitung ein zweiter Empfangszeitstempel generiert. Dieser zweite Emp ^¬ fangszeitstempel wird mit dem ersten Empfangszeitstempel ver ^¬ glichen, um eine Zeitdifferenz zwischen den beiden Empfangszeitstempeln zu ermitteln. Bei einer möglichen Ausführungsform wird dabei der erste Empfangszeitstempel des empfangenen Datenstempels verworfen, falls eine Abweichung zwischen der ermittelten Zeitdifferenz und einer paketlängenabhängigen Soll-Zeitdifferenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert ist bei einer möglichen Ausführungs ^¬ form anpassbar.

Bei den übertragenen Datenpaketen DP kann es sich um Broad- cast-, Multicast-, aber auch um Unicast-Datenpakete handeln. Die Datenpakete DP lassen sich über eine drahtlose oder über eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung übertragen.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines in dem erfindungsgemäßen Netzwerk 1 enthaltenen Netzwerkknotens 2-i. Der Netzwerkknoten 2 verfügt dabei über mindestens eine Schnittstelle 2A zum Senden und Empfangen von Datenpaketen DP. Ein empfangenes Datenpaket DP gelangt zu einer Empfangseinheit 2B, die den Empfang eines Datenpaketes, beispielsweise anhand einer bestimmten Start ^¬ bitfolge SFD (start frame delimiter) , erkennt. Der Netzwerk- knoten 2 verfügt ferner über einen Prozessor 2C zur Berechnung bzw. Schätzung einer globalen Netzwerkzeit T des Netzwerkes 1. Dieser Prozessor 2C kann über einen integrierten Zeitgeber 2D zur Bereitstellung einer lokalen Zeit t des Netzwerkknotens 2 verfügen. Alternativ erhält der Prozessor 2C die lokale Zeit von einem separaten Zeitgeber, der in dem Netzwerkknoten 2 vorgesehen ist. Der Prozessor 2C kann bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel an einen Sensor 2E angeschlossen sein, welcher Sensordaten erfasst. Die Sensordaten können von dem Netzwerkknoten 2 als Nutzdaten in einem Datenpaket DP über die Schnittstelle 2A an andere Netz ^¬ werkknoten des Netzwerkes 1 übertragen werden. Ferner ist der Prozessor 2C mit einem lokalen Datenspeicher 2F verbunden, der zur lokalen Speicherung von Synchronisationsparametern SP vorgesehen ist. Die gespeicherten Synchronisationsparameter SP sind iterativ adaptierbar. Dabei erfolgt die iterative

Adaption der Synchronisationsparameter SP anhand einer Zeitdifferenz zwischen einer globalen Sendezeit und einer globalen Empfangszeit mindestens eines Datenpaketes DP, das der Netzwerkknoten 2 von einem anderen Netzwerkknoten des Netz- werkes 1 empfängt. Die gespeicherten Synchronisationsparame ^¬ ter SP können als ersten Synchronisationsparameter ein Zeitoffset 0 zwischen der geschätzten globalen Netzwerkzeit T des Netzwerkes 1 und der lokal gemessenen Zeit r des Netz ^¬ werkknotens 2 aufweisen. Hierbei wird die lokal gemessene Zeit r durch den in dem Prozessor 2C vorgesehenen Zeitgeber 2D bereitgestellt. Es wird in dem Datenspeicher 2F als zwei ^¬ ter Synchronisationsparameter eine relative Zeitintervallab ^¬ weichung S zwischen der globalen Netzwerkzeit T und der lokal gemessenen Zeit r gespeichert. Die lokal gemessene Zeit τ kann ebenfalls in dem Datenspeicher 2F zwischengespeichert werden und iterativ für Berechnungen angepasst werden. Weitere mögliche Parameter, die in dem lokalen Datenspeicher 2F gespeichert sind, umfassen eine zeitabhängige Adaptionsrate η, die in Abhängigkeit eines einstellbaren Adaptionsfaktors und eines Schwellenwerts für eine Synchronisationsabweichung angepasst wird. Dabei kann in den Datenspeicher 2F der einstellbare Adaptionsfaktor a abgelegt werden. Der Netz- werkknoten 2 bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ferner eine Prüfeinheit 2G auf, die eine Integri ^¬ tät des empfangenen Datenpaketes DP überprüfen kann. Dies kann beispielsweise mittels einer CRC-Prüfsumme überprüft werden .

Durch den Prozessor 2C kann eine globale Empfangszeit in Ab ^¬ hängigkeit von einer lokal gemessenen Empfangszeit des emp ^¬ fangenden Netzwerkknotens 2 und in Abhängigkeit von den lokal in dem Datenspeicher 2F des Netzwerkknotens 2 gespeicherten Synchronisationsparametern SPi bei Empfang eines Datenpaketes DP durch die Empfangseinheit 2B berechnet werden. Dabei wird das empfangene Datenpaket DP mit einem ersten Empfangszeit ^¬ stempel versehen, welcher die durch den Prozessor 2C berechnete globale Empfangszeit angibt.

Die Prüfeinheit 2G überprüft eine Integrität des empfangenen Datenpaketes DP und generiert bei Weitergabe des geprüften empfangenen Datenpaketes zu dessen weiteren Datenverarbeitung einen zweiten Empfangszeitstempel. Der zweite Empfangszeit- Stempel wird vorzugsweise mit dem ersten Empfangszeitstempel verglichen, beispielsweise durch den Prozessor 2C, um eine Zeitdifferenz zwischen den beiden Empfangszeitstempeln zu ermitteln. Falls eine Abweichung zwischen der ermittelten Zeitdifferenz und einer paketlängenabhängigen Soll-Zeitdifferenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der erste Empfangszeitstempel des empfangenen Datenpaketes DP verwor ^¬ fen. Es wird bei dieser Aus führungs form neben dem Empfangszeitstempel des Datenpaketes DP ein weiterer Zeitstempel ge ^¬ neriert, sobald der Empfang des kompletten Datenpaketes an eine höhere Schicht gemeldet wird. Durch Regression lässt sich eine paketlängenabhängige Soll-Zeitdifferenz bestimmen. Weicht die gemessene Zeitdifferenz zu stark von der Soll- Zeitdifferenz ab, wird die Zeitinformation für die Zeitsynchronisation durch den Netzwerkknoten 2 verworfen.

Beim Übertragen und Empfangen von Datenpaketen DP können möglicherweise sogenannte Bit Flips auftreten, die Zeitstempel verändern, ohne dass diese beispielsweise durch CRC-Checks erkannt werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden derartige Fehler durch Ausnutzen statistischer Eigenschaften vermieden. Dadurch kommt es zu einer deutlich reduzierten Anzahl von Ausreißern bei der Zeitsynchronisation und einem geringeren mittleren Synchronisationsfehler.

Wird beispielsweise ein empfangenes Datenpaket DP wegen eines Bit-Fehlers verworfen, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der dazugehörige Zeitstempel nicht verworfen und einem späteren Datenpaket zugeordnet werden. Da eine weitestgehend konstante und nur von der Paketlänge der abhängigen Bearbei ^¬ tungszeit zwischen dem Erkennen eines Datenpakets DP und dem Zeitpunkt des vollständigen Datenpaketempfangs besteht lässt sich eine paketlängenabhängige Soll-Differenz bestimmen. Mit Hilfe der paketlängenabhängigen Soll-Zeitdifferenz lässt sich ein Empfangszeitstempel auf dessen Plausibilität hin überprü ^¬ fen. Ein Vorteil besteht hierin in der geringen Anzahl von Ausreißern in den Messungen für die Zeitsynchronisation.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere bei der dezentralen Zeitsynchronisation von Sensornetzwerken mit einer Vielzahl von Sensornetzknoten einsetzen. Einige Netzwerkknoten 2 können neben Sensoren auch Aktuatoren aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt mit einem minimalen Kom- munikations-Overhead aus und bietet eine sehr genaue Synchro ^¬ nisation von Netzwerkknoten selbst über mehrere Verbindungen bzw. Hops hinweg. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren robust gegenüber Fehlfunktionen von Netzwerkknoten 2, Knotenverbindungen oder sonstigen Verarbeitungsfehlern.