1.一种面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：边界网关的TSN模块以从时钟状态与TSN网络2的TSN交换机进行时钟同步；

S2：在边界网关内部，TSN模块作为工业无线模块的主时钟，工业无线模块通过串口与TSN模块进行时钟同步；

S3：工业无线网络中的路由设备以从时钟状态和边界网关的工业无线模块通过信标帧同步方式进行时钟同步，同时路由设备又作为节点设备的主时钟，对节点设备进行时钟同步；

S4：终端侧转换节点以从时钟状态和工业无线网络的节点设备之间使用免时间戳同步方式进行时钟同步，最后TSN网络1的TSN交换机以从时钟状态和终端侧转换节点进行同步；

步骤S3中，将工业无线模块记为A，路由设备记为P1，节点设备记为P2；

节点A向节点P1发送时间消息的时刻到节点P1接收到该消息的时刻为节点A和节点P1之间交互的一个同步周期，节点A和节点P1间的这种过程重复N次产生N个同步周期；在每次两节点进行时间信息的单向交互后，即一个同步周期，节点P1通过时间戳信息计算出时钟频率偏移进行调整；

节点P1调整后，又向节点P2发送时间消息，节点P1向节点P2发送时间消息的时刻到节点P2接收到该消息的时刻为节点P1和节点P2之间交互的一个同步周期，节点P1和节点P2间的这种过程重复N次产生N个同步周期；在每次两节点进行时间信息的单向交互后，即一个同步周期，节点P2通过时间戳信息计算出时钟频率偏移进行调整；

在节点A和节点P1的第一个同步周期，节点A将其当前的时间信息 发送给节点P1，由P1记录的接收时间 表示为：式中， 表示节点P1在t0时刻相对于参考节点A的初始时钟偏移； 表示节点P1相对于参考节点A的时钟频率偏移； 表示时间信息收发过程中产生的固定时延； 表示时间信息收发过程中产生的随机时延； 表示时间信息收发过程中由于频率偏移而积累的同步误差；

进而，在节点A和节点P1的第一个同步周期参考节点A和待同步节点P1之间的收发时间戳的差值 表示为：为P1第一个周期的校正时刻；随后节点P1在 时刻利用差值 来调整自己的本地时钟，P1调整后的时间用 表示，且有

从初始时间t0到校正时刻 这段时间内，节点A和节点P1之间的真实时钟偏差为：

由公式(4)‑(2)得节点P1调整后新的时钟偏移量 为：在节点A和节点P1的第二个同步周期，节点A将其当前的时间信息 发送给节点P1，节点P1记录的接收时间 表示为：其中， 为节点A和节点P1的第二个同步周期时间信息收发过程中产生的随机时延；

进而，在节点A和节点P1的第二个同步周期，参考节点A和节点P1的收发时间戳的差值表示为：设P1在第一个同步周期调整后的时间为 该时刻对应的节点A的时间为 设公式(7)变为：

将 和 代入到公式(8)得：

从 到 这段时间内，即节点A和节点P1的第二个同步周期内，节点A和节点P1之间的真实时钟偏差 为：其中 为P1在节点A和节点P1的第二个周期的校正时刻；

由公式(10)‑(9)得节点P1在第二次调整后新的时钟偏移量 为：在节点A和节点P1的第i个同步周期，得到参考节点A和节点P1的收发时间戳的差值为：其中， 为节点A和节点P1的第i个周期时间信息收发过程中产生的随机时延；

节点P1在第i次调整后新的时钟偏移量 为：

为了使计算更为简化，公式(12)化为如下表达式：

2

令 Qi是服从高斯分布的随机变量，即Qi～(0，δ)；使用最大似然估计方法对频率偏移 进行估计，公式(14)基于观测量 的对数似然函数表示为：

对 求偏导并令其为0有：

得其解为：

P1仅需要获取式(16)中的参数，即可估算出 通过选取适当的 值即可调整使节点P1和节点A的频率逐步接近，从而完成P1和A的时间同步；

步骤S3中，节点P1收到来自参考节点A的时间信息后，同样地节点P2以节点P1为参考节点，节点P1向节点P2发送时间信息；

在节点P1和节点P2的第一个同步周期，节点P1将其当前的时间信息 发送给节点P2，节点P2收到节点P1发送的时间信息的时间记为 表示为：式中， 表示节点P2在t0时刻相对于参考节点P1的初始时钟偏移； 表示节点P2相对于参考节点P1的时钟频率偏移； 表示时间信息收发过程中产生的固定时延；

表示时间信息收发过程中产生的随机时延； 表示时间信息收发过程中由于频率偏移而积累的同步误差；

在节点P1和节点P2的第一个同步周期节点P1和节点P2的收发时间戳差值 为：为P2节点P1和节点P2的第一个同步周期的校正时刻；然后节点P2在 时刻利用时间戳差值 调整本地时钟，调整后的本地时间用 表示，且有从初始时刻到校正时刻这段时间内，节点P1和节点P2之间的真实时钟偏差 为：由公式(20)‑(19)得节点P2在节点P1和节点P2的第一个同步周期调整后新的时钟偏移量 为：在节点P1和节点P2的第二个同步周期，参考节点P1需要在每个周期内利用节点A和节点P1在第一个同步周期的收发时间戳的差值 来校正自己的本地时钟，所以对于节点P2和P1，其收发时间戳的差值 表示为：其中 为节点P1和节点P2的第二个同步周期节点P1向节点P2发送同步消息的发送时间； 为节点P1和节点P2的第二个同步周期节点P2接收到同步消息的接收时间；

为节点P1和节点P2的第二个同步周期时间信息收发过程中产生的随机时延；

将 和 代入上式得在节点P1和节点P2的第二个同步周期节点P1和节点P2的收发时间戳差值 为：

其中 表示在节点P1和节点P2的第一个同步周期节点P2收到节点P1发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第一个同步周期节点P1收到节点A发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第一同步个周期节点A向节点P1发送时间消息的发送时间；

为P2在节点P1和节点P2的第二个周期的校正时刻；然后节点P2在 时刻利用时间戳差值 调整本地时钟，调整后的时间用 表示，且有在节点P1和节点P2的第一个同步周期节点P2在 时刻调整后的时间为 此时间对应的时刻到本次校正时刻 这段时间内，节点P2相较于P1之间真实的时钟偏差为：由公式(24)‑(23)得节点P2在节点P1和节点P2的第二个同步周期调整时间后的时钟偏移量 为：其中 为节点P1和节点P2的第二个同步周期节点P1向节点P2发送同步消息的发送时间； 表示在节点A和节点P1的第一个同步周期节点A和节点P1之间的收发时间戳的差值；

在节点P1和节点P2的第三个同步周期，参考节点P1需要在每个周期内利用节点A和节点P1在第二个同步周期的收发时间戳的差值 来校正自己的本地时钟，所以对于节点P2和P1，在节点P1和节点P2的第三个同步周期其收发时间戳的差值 表示为：将 和 代入上式得在节点P1和节点P2的第三个同步周期节点P1和节点P2的收发时间戳差值 为：

其中 表示在节点P1和节点P2的第二个同步周期节点P2收到节点P1发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第二个同步周期节点P1收到节点A发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第二个同步周期节点A向节点P1发送时间消息的发送时间； 表示在节点A和节点P1的第一个同步周期节点P1收到节点A发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第一个同步周期节点A向节点P1发送时间消息的发送时间；

对于节点P1和节点P2的第i个同步周期，参考节点P1需要在每个周期内利用点A和节点P1在第i个同步周期的收发时间戳的差值 来校正自己的本地时钟，所以对于节点P2和P1，其收发时间戳的差值 表示为：令

其中 表示为节点P1和节点P2的第i个同步周期节点P1向节点P2发送同步消息的发送时间； 表示在节点P1和节点P2的第i‑1个同步周期节点P2收到节点P1发送的时间信息的接收时间； 表示在节点P1和节点P2的第i个同步周期时间信息收发过程中产生的随机时延； 表示在节点A和节点P1的第i‑1个同步周期节点P1收到节点A发送的时间信息的接收时间； 表示在节点A和节点P1的第i‑1个同步周期节点A向节点P1发送时间消息的发送时间； 表示为节点P1和节点P2的第i‑j‑1个同步周期节点P1向节点P2发送同步消息的发送时间； 表示在节点A和节点P1的第i‑j‑1个同步周期节点A向节点P1发送时间消息的发送时间；

使用最大似然估计方法对频率偏移 进行估计，公式(28)基于观测量的对数似然函数表示为：

式(29)两边对 求偏导有：

令式(30)等于0得其解为：

P2仅需要获取式(31)中的参数，即可估算出 通过选取适当的 值即可调整使节点P2和节点P1的频率逐步接近，从而完成P2和P1的时间同步。

2.根据权利要求1所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S1中，具体包括以下步骤：

S11：从时钟利用对等延迟测量机制获取时间戳t1、t2、t3、t4；

S12：从时钟求取主从时钟的链路延迟；

S13：从时钟求取处理时间记为time_process；

S14：将链路延迟和处理时间之和记为Δ1。

3.根据权利要求2所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S1中，利用延迟测量机制测量主从时钟间的链路延迟，从时钟和主时钟之间通过交换延迟请求报文Delay_rep和延迟响应报文Delay_resp来获取相应的时间戳，Delay_resp(t2)表示主时钟在t3时刻回复给从时钟的延迟响应报文中携带了t2这个时刻；Follow_up_delay_resp(t3)表示主时钟发送给从时钟的跟随延迟响应报文中携带了t3这个时刻；在Follow_up_delay_resp消息发送后，从时钟接收到时间戳t1、t2、t3、t4；从时钟和主时钟之间的链路延迟delay_resp计算如表达式(32)所示：处理时间即为本地时间，是主时钟接收时间同步事件消息与主时钟发送下一个后续时间同步事件消息之间的时间间隔的持续时间，处理时间记为time_process，此处即为t3；

将链路延迟和处理时间之和记为Δ1＝delay_resp+time_process。

4.根据权利要求1所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：边界网关包含一个工业无线模块和一个TSN模块，使用SLIP协议对IP数据包进行封装，通过SLIP串口来保证数据传输的透明性，使得数据在两网之间无缝连接。

5.根据权利要求4所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S2中，TSN模块时钟输出的同步脉冲信号为1PPS脉冲，工业无线模块通过检测TSN模块时钟输出的同步脉冲信号来调整自己的本地时间；包括以下步骤：S21：TSN模块将自身的初始时钟T0通过串口发送给工业无线模块，工业无线模块根据此时间设置自己的本地初始时间local_time0；

S22：启动中断程序开始检测TSN模块输出的1PPS脉冲信号，工业无线模块每检测到1次

1PPS信号，记接收到1PPS信号的时间为local_time1；

S23：工业无线模块对自己的本地时钟进行一次校正；

假设工业无线模块在local_time2时刻进行校正，则校正后的时间local_time满足以下表达式：local_time0＝T0+S/R           (33)local_time＝local_time2+N‑local_time1       (34)其中，S表示串口报文长度，R表示串口波特率，N表示工业无线模块接收到的脉冲个数。

6.根据权利要求1所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S4中，以工业无线网络的节点设备为主时钟，记为M，终端侧转换节点作为从时钟，记为S，节点S周期性地向节点M发送普通数据包，通过控制接收方对发送方的响应时间间隔Δi来隐式地传递同步信息；

在第i个周期发送节点S在 时刻向接收节点M发送一个普通数据包，接收节点M在时刻收到该数据包，并且在等待响应时间间隔Δi后，在 时刻向发送节点S返回一个响应报文，发送节点S在 时刻收到该响应报文，随后记录下收发的本地时刻并存储在本地缓存中，伴随着节点数据包收发过程的重复进行，节点可利用本地缓存的收发时间估计出时钟频率偏移。

7.根据权利要求6所述的面向工业无线与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S4中的时间同步次数设为N，有A∈{2，3，4，...N‑1}，任取素数P、Q、D，其中N＝P*Q，当(D*E)mod((P‑1)*(Q‑1))＝1成立，则有Ci＝(AiEXP D)mod N，其中1＜i＜N，则Ci就是生成的随机数，同时用Ci表示第i次同步过程中接收节点需等待的响应时间间隔Δi；

设fs、fM分别是节点S和节点M的晶振频率，定义节点S相对于节点M的时钟频率偏移第一个同步周期，当节点S在 时刻向节点M发送一个普通数据包，节点M收到该数据包的时间 表示为下式：其中， 表示节点S相对于节点M的初始时钟偏移；d1表示数据包在收发过程中产生的固定时延；X1表示数据包在收发过程中产生的随机时延；

节点M发送响应报文的时间 可根据RSA算法获得，即 节点S收到节点M发送的响应报文的时间记为 则：

其中，d2是响应报文在传输中的固定时延，且d2＝d1‑m，这里m的大小与上行的数据包报文长度和下行的响应报文长度差成正比；Y1是第一个同步周期中下行链路随机时延；

第二个同步周期，节点S在 时刻向节点M发送一个普通数据包，节点M在 时刻收到该数据包，根据RSA算法得到第二个同步周期的响应时间间隔Δ2的值，此时节点M发送响应报文的时间 则：其中，d2是数据包在第二个同步周期数据包收发过程中产生的固定时延；Y2第二个同步周期中下行链路随机时延；

第三个同步周期，节点S在 时刻向节点M发送一个普通数据包，节点M在 时刻收到该数据包，根据RSA算法得到第三个同步周期的响应时间间隔Δ3的值，此时节点M发送响应报文的时间 则：其中，Y3表示第三个同步周期中下行链路随机时延；

第i个同步周期，节点S在 时刻向节点M发送一个普通数据包，节点M在 时刻收到该数据包，根据RSA算法可得第i个周期的响应时间间隔Δi的值，此时节点M发送响应报文的时间 节点S在 时刻受到节点M返回的响应报文，可得，Δi∈(Δ2，Δ3，...，ΔN‑1)(41)

其中Xi表示第i个周期数据包在收发过程中产生的随机时延；Yi表示第i个周期下行链路随机时延；

N‑1个同步周期后，发送节点S获得一组本地时间戳对 接收节点M获得一组本地时间戳对 结合响应时间间隔Δi，利用最大似然估计方法估计出节点间的频率偏移和固定延迟；

用式(40)‑(39)可得：

2

因为Xi和Yi是均值为0，方差为σ的高斯随机分布，令Vi＝Xi+Yi，所以Vi是均值为0，方差2

为2σ的高斯随机分布，令 则式(43)简化为：

其中， 则式(44)表示为下列矩阵形式：

2

式(45)关于参数(α,d1,σ)最大似然函数表示为：对式(46)两边取对数有：

对式(47)求关于α的一阶偏导数有：

对式(47)求关于d1的一阶偏导数有：

(MS)

令式(48)和式(49)为0，联立求解可得ρ 和d1的最大似然函数为：所以，响应报文在传输中的固定时延d2＝d1‑m；

在终端侧转换节点和工业无线网络的节点设备完成同步后，TSN网络1的TSN交换机以从时钟状态和终端侧转换节点完成同步，其同步方法和步骤S1一致。