用于通讯网络中的时间同步的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在通讯网络中的时间同步的方法，该网络包括具有主节点和多个从节点的大量网络节点。主节点利用主时钟获取主时间，从节点利用内部时钟获取从时间。在该方法中在通讯网络中传输同步报文，在从节点中接收的同步报文包括使从节点的从时间与主时间同步的同步信息。该方法的特征在于，同步报文在封闭的环或线形拓扑中传输，且从节点从不同传输方向接收第一和第二同步报文。从节点将第一时间与来自一传输方向的同步报文同步，并将第二时间与来自另一传输方向的同步报文同步。通过平均第一和第二时间能极准地确定主时间。其优点在于，从节点不必再估计上一从节点到它的传输时间。该方法的应用领域是自动化系统中的时间同步。

【技术实现步骤摘要】
用于通讯网络中的时间同步的方法
本专利技术涉及一种用于通讯网络中的时间同步的方法以及相应的通讯网络。
技术介绍
在通讯网络的多种技术应用中需要使参与通讯的网络节点在时间上同步，以便所有节点提供同步运行精确的时间信息。特别是在工业自动化设备中特别的重要性在于，自动化的工作过程要将不同的网络节点在时间上准确地相互协调。由现有技术中已知了对于通讯网络中的时间同步的不同标准，例如，IEEE1588，IEEE802.1AS和IEC61158。其中所谓的主节点的时间信息(该主节点利用主时钟获取时间)被传输给通讯网络的所有其他参与点，它们被称为所谓的从节点。所述时间信息包含在从节点所转发的同步报文中。在转发中，从节点将其所有已知的运行延时添加到同步报文的内容中。从节点以这种方式可以将其利用内部时钟获得的从时间与基于同步报文内容的主时间进行同步。在已知标准中，每个节点一方面将内部处理时间(所谓的网桥延迟Bridge-Delay)并且另一方面将传输时间(所谓的路径延迟Line-Delay)添加到同步报文的相应字段中。内部处理时间具体说明了节点在接收和再次发送之间处理报文需要的持续时间。与之相反，传输时间确定了在先前的网络节点中发送报文和在进行处理的节点中的接收之间的持续时间。通常通过在相邻节点之间单独地交换报文来估计该传输时间，这产生了额外的花费并导致估算误差。
技术实现思路
本专利技术目的在于，实现一种通讯网络中的时间同步的方法，其可以在通讯网络的网络节点中实现简单准确的时间同步。根据本专利技术的方法用于通讯网络中的时间同步，所述通讯网络包括具有主节点和多个从节点的大量网络节点，其中主节点利用主时钟获取主时间，并且每个从节点利用内部时钟获取从时间。在此，在通讯网络中传输同步报文，其中在从节点中所接收的同步报文包括同步信息，所述信息用于将从节点的从时间与主时间进行同步。在根据本专利技术的方法中，预设由在相邻的网络节点之间的通讯路径构成的封闭拓扑，其中封闭拓扑确定了在通讯网络的相邻节点之间的第一传输方向和相反的第二传输方向。同步报文从主节点出发这样在封闭拓扑中进行转发，即通讯网络的至少一部分从节点分别从第一传输方向获得第一同步报文，并且从第二传输方向获得第二同步报文。从节点的至少一部分的相应的从节点确定了第一时间和第二时间，第一时间基于第一同步报文的同步信息来同步，第二时间基于第二同步报文的同步信息来同步。通过第一和第二时间在数学上的平均然后确定了平均时间。在此，这样设计第一和第二同步报文的同步信息，即平均时间等于主时间。本专利技术所基于的认识在于，通过在封闭拓扑中由从节点在不同方向上所接收的同步报文，可以这样确定同步信息，即由从同步报文中得出的时间的平均可以推导出主时间，而不必传输对于在节点之间的传输时间的附加信息。在根据本专利技术的方法的一种变体中，封闭拓扑是环形拓扑，其中主节点在环形拓扑的第一传输方向上发送第一同步报文，并且在环形拓扑的第二传输方向上发送第二同步报文。封闭拓扑同样也可以是线形拓扑，其由主节点在第一传输方向上引导至反射从节点并从该处又引导回主节点。此时，主节点在第一传输方向上发送第一同步报文。第一同步报文在转发时通过反射从节点变为第二同步报文。本专利技术的一个特别优选的实施方式中，在通过封闭拓扑结构传输第一和第二同步报文的循环中，在转发第一和第二同步报文时，相应的从节点将第一和第二同步报文的接收和发送之间的内部处理时间(网桥延迟(Bridge-Delay))以及在循环中确定的预定传输时间添加到同步信息中。在此在环形拓扑中通过依次发送第一和第二同步报文来确定第一和第二同步报文的传输循环。在线形拓扑中，循环描述了从主节点至反射从节点并从该处又回到主节点的同步报文传输，其中同步报文直到反射从节点为止是第一同步报文，并且然后是第二同步报文。将前述预定传输时间在主节点中设置或调节至沿着一个通讯路径的第一或第二同步报文的平均传输时间。由此不必已知在各个网络节点之间的实际路径延迟(路径延迟(Line-Delay))。在上述实施方式的一个优选变体中，这样在主节点中实现至平均传输时间的调节，即主节点从在循环中所接收的第一或第二同步报文中确定一个误差，即在沿着封闭拓扑的所有通讯路径的实际累积的传输时间和根据第一或第二同步报文中的同步信息累积的传输时间之间的误差。主节点基于所述误差为下一次循环测定新的平均传输时间。在一个特别优选的实施方式中，至平均传输时间的调节基于以下方程来实现：LD(k+1)＝LD(k)+ki·e(k)(1)其中LD(k)是当前循环的平均传输时间；其中LD(k+1)是下一次循环的新的平均传输时间；其中e(k)是实际累积的传输时间和根据同步信息累积的传输时间之间的误差；其中ki是调节参数。为达到稳定调节特别是这样设置调节参数，即，适用：|1-ki·(N+1)|<1,其中N等于封闭拓扑中的从节点的数量。在本专利技术的另一个变体中，在第一和第二同步报文的字段中传输预定的传输时间，由此各个从节点获知了由主节点确定的传输时间。在另一个特别优选的实施方式中，第一和第二同步报文的同步信息包括在发送相应的第一和第二同步报文的时间点的主时间以及至少一个修正字段，相应的从节点在转发第一和第二同步报文时将其内部处理时间和预定传输时间添加至所述字段中。优选地，至少一个修正字段其中包括第一字段和第二表字段，仅将内部处理时间添加到第一字段中，仅将预定的传输时间添加到第二字段中。在另一个实施方式中，相应的从节点借助于估计的比率补偿因数(RCF-Factors,RCF＝RateCompensationFactor)测定从时间，比率补偿因数等于主时钟的时钟脉冲频率与相应的从节点的内部时钟的时钟脉冲频率的比值。在此，比率补偿因数以及它的估值充分地由现有技术已知，并且不继续赘述。通常，为了估计比率补偿因数而引入了相邻节点之间的传输时间以及内部处理时间。在本专利技术的一个优选的变体中，将第一和第二字段设置为同步报文中的修正字段，仅在使用第一字段的情况下估计比率补偿因数。由此可以保证，在估计比率补偿因数时并不引入不等于实际传输时间的预定传输时间。从这种方式保证了对比率补偿因数的正确估计。根据本专利技术的另一设计中，其中使用环形拓扑，第一同步报文的同步信息不包括对于沿着通讯路径的传输时间的信息。在通过封闭拓扑结构传输第一和第二同步报文的循环内，相应的从节点在此在转发第一同步报文时仅将其在第一同步报文的接收和发送之间的内部处理时间添加到同步信息中。类似地，相应的从节点在转发第二同步报文时仅将其在第二同步报文的接收和发送之间的内部处理时间添加到同步信息中。但是相应的从节点还将在主节点中估计的、沿着封闭拓扑的所有通讯路径累积的传输时间作为第二同步报文的同步信息的一部分进行传输。优选地，累积的传输时间在此被添加到在发送第二同步报文的时间点的主时间中。由此可以通过简单方式实现与主时间同步，而不需要传输预定的平均传输时间。在一个优选变体中，相应的从节点再次借助于上文已经描述的估计比率补偿因数测定从时间。在此优选地，只在使用第一和/或第二同步报文中的内部处理时间而不考虑沿着通讯路径的传输时间的情况下得出比率补偿因数。在根据本专利技术的另一个变体中，其中使用线形拓扑作为封闭拓扑，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在通讯网络中的时间同步的方法，所述通讯网络包括具有主节点(MA)和多个从节点(SL1，SL2，...，SL6)的大量网络节点(MA，SL1，SL2，...，SL6)，其中所述主节点(MA)利用主时钟获得主时间，并且每个所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)利用内部时钟获得从时间，其中在所述通讯网络中传输同步报文(SYN1，SYN2)，并且在所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中接收的所述同步报文(SYN1，SYN2)包括同步信息，所述同步信息用于使所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)的所述从时间与所述主时间同步，其中：‑预定由在相邻的所述网络节点(MA，SL1，SL2，...，SL6)之间的通讯路径(PA1，PA2，...，PA7)构成的封闭拓扑，其中所述封闭拓扑确定了在相邻的所述网络节点(MA，SL1，SL2，...，SL6)之间的第一传输方向和相反的第二传输方向；‑所述同步报文(SYN1，SYN2)从所述主节点(MA)出发在所述封闭拓扑中如下地转发，即所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中的至少一部分从节点分别从所述第一传输方向接收第一同步报文(SYN1)并且从所述第二传输方向接收第二同步报文(SYN2)；‑所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中的至少一部分中的相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)确定了第一时间(t1)和第二时间(t2)，所述第一时间基于所述第一同步报文(SYN1)的所述同步信息来同步，所述第二时间(t2)基于所述第二同步报文(SYN2)的所述同步信息来同步；‑通过所述第一时间和所述第二时间(t1，t2)的在数学上的平均来确定平均时间(ta)，其中所述第一同步报文和所述第二同步报文(SYN1，SYN2)的所述同步信息如下地设计，即所述平均时间(ta)等于所述主时间。...

【技术特征摘要】
2013.04.29 EP 13165771.01.一种用于在通讯网络中的时间同步的方法，所述通讯网络包括具有主节点(MA)和多个从节点(SL1，SL2，...，SL6)的大量网络节点，其中所述主节点(MA)利用主时钟获得主时间，并且每个所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)利用内部时钟获得从时间，其中在所述通讯网络中传输同步报文，并且在所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中接收的所述同步报文包括同步信息，所述同步信息用于使所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)的所述从时间与所述主时间同步，其中：-预定由在相邻的所述网络节点之间的通讯路径(PA1，PA2，...，PA7)构成的封闭拓扑，其中所述封闭拓扑确定了在相邻的所述网络节点之间的第一传输方向和相反的第二传输方向；-所述同步报文从所述主节点(MA)出发在所述封闭拓扑中如下地转发，即所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中的至少一部分从节点分别从所述第一传输方向接收第一同步报文(SYN1)并且从所述第二传输方向接收第二同步报文(SYN2)；-所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)中的至少一部分中的相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)确定了第一时间(t1)和第二时间(t2)，所述第一时间基于所述第一同步报文(SYN1)的所述同步信息来同步，所述第二时间(t2)基于所述第二同步报文(SYN2)的所述同步信息来同步；-通过所述第一时间(t1)和所述第二时间(t2)的在数学上的平均来确定平均时间(ta)，其中所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的所述同步信息如下地设计，即所述平均时间(ta)等于所述主时间，其中，在通过所述封闭拓扑传输所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的循环中，在转发所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)时，相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)将在所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的接收和发送之间的内部处理时间(BD)以及在所述循环中确定的预定的传输时间(LD)添加到所述同步信息中，其中将预定的所述传输时间(LD)在所述主节点(MA)中设置或调节至所述第一同步报文或所述第二同步报文沿着通讯路径(PA1，PA2，...，PA7)的平均的传输时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述封闭拓扑是环形拓扑，其中所述主节点(MA)在所述环形拓扑的所述第一传输方向上发送所述第一同步报文(SYN1)，并且所述主节点在所述环形拓扑的所述第二传输方向上发送所述第二同步报文(SYN2)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述封闭拓扑是线形拓扑，将所述线形拓扑从所述主节点(MA)在所述第一传输方向上引导至反射的从节点(SL4)并从该反射的从节点处再次引导回所述主节点(MA)，其中所述主节点(MA)在所述第一传输方向上发送所述第一同步报文(SYN1)，其中所述第一同步报文(SYN1)在通过所述反射的从节点(SL4)转发时变成所述第二同步报文(SYN2)。4.根据权利要求1所述的方法，其中，如下地实现至平均的所述传输时间(LD)的调节，即所述主节点(MA)从在循环中接收的所述第一同步报文(SYN1)或所述第二同步报文(SYN2)中确定在沿着所述封闭拓扑的所有所述通讯路径(PA1，PA2，...，PA7)实际累积的所述传输时间和根据来自所述第一同步报文(SYN1)或所述第二同步报文(SYN2)的所述同步信息累积的所述传输时间之间的误差，其中在所述主节点(MA)中基于所述误差为下一个所述循环测定新的平均传输时间。5.根据权利要求4所述的方法，其中，如下地说明至平均的所述传输时间(LD)的所述调节：LD(k+1)＝LD(k)+ki·e(k)其中LD(k)是当前的所述循环的平均的所述传输时间；其中LD(k+1)是下一次所述循环的所述新的平均传输时间；其中e(k)是实际累积的所述传输时间和根据所述同步信息累积的所述传输时间之间的所述误差；其中ki是调节参数。6.根据权利要求1或4或5所述的方法，其中，在所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的字段中传输预定的所述传输时间(LD)。7.根据权利要求1或4或5所述的方法，其中，所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的所述同步信息包括在所述主节点(MA)中发送所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文(SYN2)的时间点的所述主时间以及至少一个修正字段，相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)在转发所述第一同步报文(SYN1)或所述第二同步报文(SYN2)时将所述从节点的所述内部处理时间(BD)和预定的所述传输时间(LD)添加至所述修正字段中。8.根据权利要求7所述的方法，其中，至少一个所述修正字段包括第一字段和第二字段，仅将所述内部处理时间(BD)添加到所述第一字段中，仅将预定的所述传输时间(LD)添加到所述第二字段中。9.根据权利要求8所述的方法，其中，相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)借助于估计的比率补偿因数测定从时间，所述比率补偿因数等于所述主时钟的时钟脉冲频率与相应的所述从节点(SL1，SL2，...，SL6)的所述内部时钟的时钟脉冲频率的比值，其中优选地仅在使用所述第一字段的情况下估计所述比率补偿因数。10.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一同步报文(SYN1)的所述同步信息不包括对于沿着所述通讯路径(PA1，PA2，...，PA7)的传输时间的信息，其中在通过所述封闭拓扑传输所述第一同步报文(SYN1)和所述第二同步报文...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·伯恩哈德·布赫尔，德拉甘·奥布拉多维奇，鲁克桑德拉·沙伊特尔，京特·施泰因德尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE