基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置及方法，其装置包括接收先入先出队列FIFO模块，帧解析模块，接收侦听模块，固化模块，压缩模块，团检测模块，时钟模块和帧合成模块。方法包括：数据缓存，侦听到达时间以及帧解析，获取固化时间，获取压缩时间，检测团结，校准时钟，帧合成。本发明专利技术在以太网中存在某些时钟偏差大的交换设备情况下，解决了交换设备频繁失步的问题，提高了交换设备时钟同步的稳定性，同时在接收到以太网中未同步交换设备时间信息的情况下，解决了交换设备发生假同步的问题，提高了交换设备时钟同步的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置及方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及以太网
中的一种基于美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准的交换设备时钟同步装置及方法。本专利技术按照美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准对交换设备进行时钟校准，用于以太网中交换设备的时钟同步，同时保障交换设备间的无冲突同步通信。
技术介绍
随着系统日益庞大复杂，分布化程度越来越高，诸多领域对网络的实时性和确定性有了更高要求，时钟同步协议的研究与实现也越来越重要。在同步协议的发展史上主要有：网络时间协议NTP(NetworkTimeProtocol)、简单网络时间协议SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)、精确时钟同步协议标准IEEE1588和美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准。其中网络时间协议NTP采用纯软件实现，时钟同步精度低；简单网络时间协议SNTP实现简单、安装方便、成本较低且无需硬件支持，但只适用于同步精度要求不高的场合；精确时钟同步协议标准IEEE1588标准是以传输线路的对称性为前提进行的延时测量,如果系统规模庞大结构复杂，网络的对称性就会变差，同步精度就会降低，同时系统节点数量庞大会使网络延迟的计算量很大，对以太网交换设备运算和处理数据的要求很高；美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准中采用“透明时钟+固化函数”相结合的方法，使得网络延迟时间的计算简单精确，同时网络延迟计算量受网络节点数目的影响很小。此外，美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准中定义的压缩函数及同步服务都是可容错的，即集群中出现有限数目的故障节点时，仍可以实现集群中节点间的时钟同步。黄韬在其发表的论文“TTE时间同步协议关键算法研究和仿真分析”(中航工业西安航空计算技术研究所，2014.05)中公开了一种基于美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准的时间同步方法。该方法实施步骤是：第一，当收到各个链路上的不同同步帧后，集中控制器CM对这些同步帧的接收时间点进行时序保持算法，消除各个链路传输时延不同引入的时延误差，以恢复同步帧的接收顺序与其发送顺序一致；第二，对这些同步帧所包含的时间信息进行集中处理，取得折中的时间点；第三，将得到的折中的时间点与集中控制器CM预设时间点计算差值，并根据计算出的差值，校准集中控制器CM的本地时钟，完成集中控制器CM的时钟同步。该方法存在的不足之处是，由于以太网中存在某些时钟偏差大的交换设备，而导致待同步交换设备频繁失步的问题，使该同步方法不能用于时间触发以太网的网络场景，同时，由于该同步方法中没有结团检测机制，使其无法保证同步网络的可靠性。杭州华三通信技术有限公司在其申请的专利文献“时间同步装置、时间同步系统和时间同步方法”(申请号：200810085173.2，公开号：CN101547083A)中公开了一种时间同步装置、时间同步系统和时间同步方法。该时间同步装置设有一一对应的IEEE1588以太网端口；该时间同步装置通过其IEEE1588以太网端口与支持IEEE1588标准的以太网交互以太网帧；根据该高精度时间协议PTP类型以太网帧数据域内携带的时间信息以及该以太网帧的接收时间点，进行IEEE1588以太网端口与以太网的时间同步。其装置包括以太网帧收发模块、时间戳生成模块、复用模块、解复用模块、中央处理模块。所述以太网帧收发模块，用于该装置中以太网帧的接收和发送；所述时间戳生成模块，用于该装置中接收时间点的生成；所述复用模块，用于IEEE1588以太网端口与普通以太网端口数据的复用；所述解复用模块，用于IEEE1588以太网端口与普通以太网端口数据的解复用；所述中央处理模块，用于计算该装置接收到的以太网帧时间信息与本地时钟的差值，进而校准本地时钟；该装置存在的不足之处是，在以太网中交换设备时钟同步时，无法检测处于同步状态的交换设备数量，交换设备的时钟同步抗干扰能力不强。该方法实施步骤是第一，选定其IEEE1588以太网端口之一或者其本地同步端口之一为基准时间源；第二，根据IEEE1588以太网端口第一内部时钟或者本地同步端口所连接本地时间同步设备的内部时钟同步本地的第二内部时钟；第三，当第二内部时钟取得时间同步后，根据所述第二内部时钟同步其他IEEE1588以太网端口的第一内部时钟以及其他本地同步端口所连接本地时间同步设备的内部时钟，完成全网的时间同步。该方法存在的不足之处是，由于该方法采用的是IEEE1588标准，因此，该方法只能用于对称性传输链路中交换设备进行时间同步，不适用于传输链路不对称的以太网中交换设备的时钟同步，同时，该同步方法不能对时钟偏差大的交换设备传输过来的数据进行过滤处理，使该同步方法无法保证交换设备时钟同步的稳定性。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置及方法，通过固化处理，消除了传输链路不对称导致的时延误差，提高了传输的同步精度；通过引入一个全局时钟轴，减少了以太网中交换设备运算和处理数据的负荷；采用美国机动车工程学会SAEAS6802(SocietyofAutomotiveEngineers)标准中的容错机制，增加了以太网交换设备时钟同步的容错率，提高了以太网交换设备时钟同步的稳定度。为了实现上述目的，本专利技术的思路是：可编程逻辑芯片FPGA实现一个多端口的时间触发以太网交换设备，该设备主要用于时间触发网络中设备的时间同步。对经过本设备各个端口的时间同步帧的接收时间点进行侦听，并对各个接收时间点进行固化处理，得到相应的固化时间点，然后对各个固化时间点，进行压缩处理，得到相应的压缩时间点，最后通过压缩时间点与本地预设的压缩时间点的差值，进行时间校准，完成当前设备的时间同步。为了实现上述目的，本专利技术的装置包括接收先入先出队列FIFO模块，帧解析模块，接收侦听模块，固化模块，压缩模块，团检测模块，时钟模块，帧合成模块；所述接收先入先出队列FIFO模块输入端与外部输入相连；接收先入先出队列FIFO模块输出端与帧解析模块输入端和接收侦听模块输入端相连；帧解析模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；帧解析模块输出端与固化模块输入端相连，接收侦听模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；接收侦听模块输出端与固化模块输入端相连；固化模块输入端与接收侦听模块输出端和帧解析模块输出端相连；固化模块输出端与压缩模块输入端相连；压缩模块输入端与固化模块输出端相连；压缩模块输出端与团检测模块输入端、时钟模块输入端和帧合成模块输入端相连；团检测模块输入端与压缩模块输出端相连；团检测模块输出端与时钟模块输入端相连；时钟模块输入端与压缩模块输出端和团检测模块输出端相连；时钟模块输出端与帧合成模块输入端相连；帧合成模块输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置，其特征在于，包括接收先入先出队列FIFO模块，帧解析模块，接收侦听模块，固化模块，压缩模块，团检测模块，时钟模块，帧合成模块；所述接收先入先出队列FIFO模块输入端与外部输入相连；接收先入先出队列FIFO模块输出端与帧解析模块输入端和接收侦听模块输入端相连；帧解析模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；帧解析模块输出端与固化模块输入端相连，接收侦听模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；接收侦听模块输出端与固化模块输入端相连；固化模块输入端与接收侦听模块输出端和帧解析模块输出端相连；固化模块输出端与压缩模块输入端相连；压缩模块输入端与固化模块输出端相连；压缩模块输出端与团检测模块输入端、时钟模块输入端和帧合成模块输入端相连；团检测模块输入端与压缩模块输出端相连；团检测模块输出端与时钟模块输入端相连；时钟模块输入端与压缩模块输出端和团检测模块输出端相连；时钟模块输出端与帧合成模块输入端相连；帧合成模块输出端与外部输出相连；其中，所述接收先入先出队列FIFO模块，用于将接收的以太网帧数据，缓存入先入先出队列FIFO中；所述接收侦听模块，用于读出先入先出队列FIFO中的以太网帧数据，侦听所读出的以太网帧首字节的到达时间；所述帧解析模块，用于将读出的每一帧以太网帧数据进行拆帧，获取拆解后以太网帧中的数据；所述固化模块，用于通过网线连接待同步交换设备与以太网中其他交换设备，测量各传输链路的时延，从中选出最大传输链路时延；用最大传输时延减去拆解后数据中的透明时钟，将差值作为固化时延；将固化时延与以太网帧首字节的到达时间相加，将和值作为数据的固化时间点；所述压缩模块，用于开启特定长度的采集窗口，采集窗口内的固化时间点，将每个固化时间对应的以太网帧数据成员数进行累加，得到一个整合后的成员数；用后续采集到的固化时间点分别减去第一个固化时间点，将对应差值的中值数作为压缩修正值；将第一固化时间点与压缩修正值相加，将和值作为压缩时间点；所述团检测模块，用于设置待同步交换设备的阈值，该阈值的大小等于以太网中的交换设备数；判断整合后的成员数是否大于等于阈值，若是，则通知时钟模块进行时钟校准；否则，通知接收先入先出队列FIFO模块接收后续的数据；所述时钟模块，用于用压缩模块得到的压缩时间点减去最大传输时延，得到时钟差值，将待同步交换设备的时钟计数与时钟差值进行相加，完成时钟的校准；所述帧合成模块，用于将同步后的数据信息，封装成以太网帧转发出去，作为以太网中其他交换设备时钟同步的参考数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置，其特征在于，包括接收先入先出队列FIFO模块，帧解析模块，接收侦听模块，固化模块，压缩模块，团检测模块，时钟模块，帧合成模块；所述接收先入先出队列FIFO模块输入端与外部输入相连；接收先入先出队列FIFO模块输出端与帧解析模块输入端和接收侦听模块输入端相连；帧解析模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；帧解析模块输出端与固化模块输入端相连，接收侦听模块输入端与接收先入先出队列FIFO模块输出端相连；接收侦听模块输出端与固化模块输入端相连；固化模块输入端与接收侦听模块输出端和帧解析模块输出端相连；固化模块输出端与压缩模块输入端相连；压缩模块输入端与固化模块输出端相连；压缩模块输出端与团检测模块输入端、时钟模块输入端和帧合成模块输入端相连；团检测模块输入端与压缩模块输出端相连；团检测模块输出端与时钟模块输入端相连；时钟模块输入端与压缩模块输出端和团检测模块输出端相连；时钟模块输出端与帧合成模块输入端相连；帧合成模块输出端与外部输出相连；其中，所述接收先入先出队列FIFO模块，用于将接收的以太网帧数据，缓存入先入先出队列FIFO中；所述接收侦听模块，用于读出先入先出队列FIFO中的以太网帧数据，侦听所读出的以太网帧首字节的到达时间；所述帧解析模块，用于将读出的每一帧以太网帧数据进行拆帧，获取拆解后以太网帧中的数据；所述固化模块，用于通过网线连接待同步交换设备与以太网中其他交换设备，测量各传输链路的时延，从中选出最大传输链路时延；用最大传输时延减去拆解后数据中的透明时钟，将差值作为固化时延；将固化时延与以太网帧首字节的到达时间相加，将和值作为数据的固化时间点；所述压缩模块，用于开启特定长度的采集窗口，采集窗口内的固化时间点，将每个固化时间对应的以太网帧数据成员数进行累加，得到一个整合后的成员数；用后续采集到的固化时间点分别减去第一个固化时间点，将对应差值的中值数作为压缩修正值；将第一固化时间点与压缩修正值相加，将和值作为压缩时间点；所述团检测模块，用于设置待同步交换设备的阈值，该阈值的大小等于以太网中的交换设备数；判断整合后的成员数是否大于等于阈值，若是，则通知时钟模块进行时钟校准；否则，通知接收先入先出队列FIFO模块接收后续的数据；所述时钟模块，用于用压缩模块得到的压缩时间点减去最大传输时延，得到时钟差值，将待同步交换设备的时钟计数与时钟差值进行相加，完成时钟的校准；所述帧合成模块，用于将同步后的数据信息，封装成以太网帧转发出去，作为以太网中其他交换设备时钟同步的参考数据。2.一种基于AS6802标准的交换设备时钟同步方法，其特征在于，使用基于AS6802标准的交换设备时钟同步装置，在实时性强的通信网络系统中对交换设备实现时钟同步，其具体步骤包括如下：(1)数据缓存：待同步交换设备将接收的以太网帧数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱智亮，周俊，潘伟涛，陈郝明，赵海峰，陈灿，高丽丽，张汶汶，董勐，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61