用于在时变和有损网络上的时钟同步的方法、系统和装置制造方法及图纸

本发明专利技术针对允许在网络上的全系统定时信息的改进同步的方法、系统和装置。因此，从时钟能够同步到高质量时钟、例如主时钟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在时变和有损网络上的时钟同步的方法、系统和装置
本专利技术针对一种方法，其允许提供主时间的客户端时钟到若干客户端时钟的同步。服务器机器运行参考时钟，并且形成全系统时间的基础，该全系统时间因此必须分布于网络。本专利技术提供一种改进机制，其允许以高同步精度将若干客户端机器耦合到特定服务器机器。本专利技术还针对一种提供经同步的客户端时钟和服务器时钟的系统。此外，提出一种客户端，其能够运行于分布于网络的若干场合，并且然后与这个服务器时间同步。
技术介绍
对于许多应用，处于分布式位置的时钟必须同步。这能够通过在连接时钟的通信网络上交换时间消息而进行。但是，通信网络的时变特性影响同步性能。本专利技术涉及减轻不可靠通信网络对同步性能的影响的方法。已知方法之一是网络时间协议NTP，其是用于在分组交换、可变等待时间数据网络上同步计算机系统之间的时钟的网络协议。NTP的基本思路是提供时间戳，用于网络中的发送和接收操作并且根据网络延迟时间同步时钟。在文献中描述了许多方法以应对不可靠传输对同步性能的影响。最简单来说，原始时钟偏移测量(表示为θk)能够求平均或者通过某种低通来滤波。要降低延迟异常值的影响，现有技术将滤波器的输入削波到某个经验3σ等级。对于最佳滤波，已知方法使用数学时钟模型来得出卡尔曼滤波器，以便从θk来估计服务器时钟状态(相位和频率)。卡尔曼滤波器对θk的随机高斯误差是最佳的，但是对于对延迟异常值并且因此对θk中的偶尔大尖峰感兴趣的情况，卡尔曼滤波器已知为过于敏感。但是，存在关于健壮卡尔曼滤波器的大量文献在这里能够应用：在一种已知方法中，如果测量因网络故障而丢失，则简单地抑制状态估计的递归更新。在另一已知方法中，将更新步骤中的新息(innovation)向量削波到某个等级b，以便在某种极小极大意义上选择。一种已知方法组合这些概念：如果新息(的范数)大于阈值，即，检测到异常值，则抑制状态估计的更新。上述方法修改递归滤波以应对异常值。一种已知方法指示非递归(批量)过程在异常值存在的情况下可能表现更好。具体对于同步，描述了批量线拟合方法。假定时钟服务器周期地广播时间消息，并且考虑客户端与服务器时间戳之间的连续差。延迟异常值则始终为正，因而简化异常值检测和直线拟合。NTP按照自组(ad-hoc)方式使用最近八个测量来检测异常值。US2014/068315A1涉及用于偏斜估计中的时钟偏移的方法和装置，其中从时钟采用单独自激时钟和递归估计技术来估计从与主时钟之间的时钟偏移和时钟偏斜。US2012/0269204A1涉及一种用于生成定时传递系统中的定时校正以评估本地时钟偏移的短期、中期和长期测量的加权平均的方法。WO2015/049480A1涉及用于时间和频率同步的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术是与来自应对测量异常值的递归处理的概念相结合将批量处理应用于同步。时钟服务器具有高质量时钟(主时钟)，其提供参考时间。通信链路将时钟服务器连接到客户端时钟(从时钟)。任务是将客户端时钟同步到服务器时钟，即，控制客户端时钟，使得客户端时间xC(t)紧密追随服务器时间xS(t)。在众所周知的基于网络的同步方法(又称作“回波”或“乒乓”方法)中，通过在服务器与客户端时钟之间交换定时消息，并且对消息传输和接收时间T1至T4加时间戳，来测量客户端时钟偏移θ。这在图1A中示出。如果客户端时钟的频率误差是可忽略的，则瞬时时钟偏移为其中，Δd＝dCS-dSC是从客户端到服务器的消息延迟dCS和服务器到客户端的消息延迟dSC的不对称性。实际上，这些延迟是未知的。但是，通常假定双向链路是对称的，即，Δd＝0，因此是客户端时钟的瞬时测量偏移(在时间tk＝T1)。这个公式是众所周知的，并且是标准化同步协议NTP[RFC5905]和PTP[IEEE1588]的基础。要解决的问题是通过测量序列{θk}的适当处理来减轻这些影响，并且因而改进基于网络的同步的性能。因此，本专利技术的目的是提供一种在网络中的改进同步方法。此问题通过具有如权利要求1所述的特征、用于客户端时钟到服务器时钟的基于网络的同步的方法来解决。相应地，提供一种用于在网络上将客户端时钟同步到服务器时钟的方法，包括下列步骤：通过在客户端与服务器时钟之间交换时间同步消息，在网络上确定至少一个时钟偏移、优选地为多个时钟偏移，其中仅在所提供时间范围之内考虑时钟偏移。所提出的方法还包括利用测量精度对所确定的时钟偏移进行加权，以便得到加权时钟偏移，其可包括估计时钟相位和时钟频率。加权时钟偏移可为滤波器的输出，例如使用卡尔曼滤波器从所确定的时钟偏移序列来产生估计时钟相位和时钟频率，或者优选地，加权时钟偏移可为通过使用如后面所述的等式(3)移动时域直线(horizonline)拟合所得到的时钟相位和时钟频率。在时钟偏移的加权之后，客户端时钟能够根据加权时钟偏移来调整，使得客户端时钟同步到服务器时钟。当同步在网络上执行时，独立权利要求的所提出主题能够基于网络来实现。本领域技术人员理解，能够应用用于确定至少一个时钟偏移的若干方式，例如这类值的计算、估计、测量或读出。虽然客户端-服务器架构是本专利技术的典型应用情形，但是本领域技术人员理解，所涉及的参与者也能够按照对等方式表现。因此，在下文中，服务器机器以及客户端机器均可通过独立对等体来提供，其再次能够实现为硬件资源或软件构件。基于网络的同步包括诸如定时请求消息和/或定时响应消息(又称作同步和延迟测量消息)的定时消息的交换。本领域技术人员理解，定时消息可包括延迟测量，并且因此延迟测量消息能够被交换。此外，要交换的定时消息能够称作在NTP、PTP和其他类似协议中使用的同步消息或者时间同步消息。按照IEEE1588，PTP消息是同步消息的通用术语，其中最相关的是：Sync、Delay_Req、Follow_Up、Delay_Resp。关于按照IEEE1588的时间同步，Sync在t1被发送，以及Delay_Req在t3被发送。对于这种定时消息的各发送操作并且对于各接收操作，提供时间戳。因此，有可能测量网络的延迟时间，其表示发送与接收消息之间的传输时间。这个过程能够反复执行，使得进行若干测量，并且因此能够更准确地评估网络的等待时间。在网络上按照不同性质来发送消息也可以是有利的。例如，可测量超大消息的传输时间，并且将那些评估结果与多种超短消息的传输时间进行比较。因此，能够确定总体网络特性。由于仅仅当前网络特性是相关的，所以能够确定时间范围。因此，对于评估网络参数仅考虑特定数量的消息或者特定时间跨度或时间间隔。由于这个过程能够执行若干次，所以确定至少一个时钟偏移，其根据至少一个消息的至少一个传输时间来确定。一旦确定或测量至少一个时钟偏移，则对其相应地加权。这能够通过选择所提供加权因子、例如测量方差的逆来执行。一旦正确地检测网络特性，客户端时钟能够根据加权的至少一个时钟偏移来调整。这可通过将延迟时间添加至客户端定时来执行。在下文中，提供与本专利技术的技术背景有关的其他信息。本领域技术人员理解，本专利技术的以下数学背景和方面仅提供技术教导的方面，而不是限制本主题的范围。尤其，通过附加因数或参数来修正所提供技术教导可以是有利的。虽然所提供的数学模型通过数学公式清楚地定义，但是本领域技术人员理解，那些公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在网络上将客户端时钟同步到服务器时钟的方法，包括：‑ 在所提供的时间范围之内(103)通过在所述客户端与服务器时钟之间交换(100；101)同步消息来确定(102)时钟偏移；‑ 利用其测量精度对所述时钟偏移进行加权(104)，以得到加权时钟偏移；以及‑ 根据所述加权时钟偏移来调整(105)所述客户端时钟，使得所述客户端时钟同步到所述服务器时钟，其中所述加权时钟偏移包括估计时钟相位和时钟频率，以及其中所述时间范围应用于一组估计技术(103)中的一个，所述组包括移动时域估计或在滑动窗口技术上的直线拟合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.29 EP 15165756.61.一种用于在网络上将客户端时钟同步到服务器时钟的方法，包括：-在所提供的时间范围之内(103)通过在所述客户端与服务器时钟之间交换(100；101)同步消息来确定(102)时钟偏移；-利用其测量精度对所述时钟偏移进行加权(104)，以得到加权时钟偏移；以及-根据所述加权时钟偏移来调整(105)所述客户端时钟，使得所述客户端时钟同步到所述服务器时钟，其中所述加权时钟偏移包括估计时钟相位和时钟频率，以及其中所述时间范围应用于一组估计技术(103)中的一个，所述组包括移动时域估计或在滑动窗口技术上的直线拟合。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述时钟偏移根据在发送与接收所述同步消息之间所测量的传输时间来确定(102)。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述客户端时钟根据时间戳确定(102)所述时钟偏移，各时间戳指示所述同步消息的发送或接收操作。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述时间戳基于本地自激振荡器。5.如上述权利要求中的任一项所述的方法，利用所述测量精度进行加权(104)的步骤通过选择测量方差参数作为逆加权参数来执行。6.如权利要求5所述的方法，其中，在正确执行全部发送和接收操作(100；101)的情况下，为所述方差参数提供缺省值。7.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述发送或者所述接收操作(100；101)失败的情况下，为所述方差参数提供无限值。8.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在一个所确定(102)的时钟偏移与先前确定(102)的时钟偏移相差所指定程度的情况下，为所述方差参数提供无限值。9.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述时间范围通过一组技术中的至少一种来确...

【专利技术属性】
技术研发人员：D德祖恩格，T罗伊克斯塔德，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH