一种网络同步方法技术

发明专利技术提供了一种网络时间同步方法，针对实时以太网中各通信节点因为各种问题存在的时间不一致问题，通过对各个通信节点进行相位修正和速率修正，从而使得以太网中各通信节点的时间可以得到实时的同步。

A Method of Network Synchronization

【技术实现步骤摘要】
一种网络同步方法
本专利技术属于以太网应用
，涉及一种网络时间同步方法。
技术介绍
经典以太网(Ethernet)诞生至今已有四十多年的历史，是目前应用最为广泛的局域网通信技术。以太网具有成本低、传输速率高、支持多种传输介质以及扩展性强等众多优势。但是现有的以太网技术使用的载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的方法，通过在发送信息之前先进行载波监听、边发送边监听、强化冲突和冲突退避算法来消解冲突。只有在不发生冲突的情况下，这种方法才能通过总线(通信通道)成功地发送信息。在负载的高峰期会造成报文的较大延迟，甚至影响关键设备信息的及时传送。因此实时以太网(RTEthernet)的提出提供了一种可以解决数据传输实时性的以太网。但是实时以太网中，每个节点都有自己的时钟。环境温度的变化、电压的波动等因素会使时钟源(如晶振)产生偏差。即便所有节点的内部时基最初是同步的，经过一段时间的运行后，不同节点的内部时基一定会出现偏离。然而，所有时间触发控制类系统的一个最基本前提条件为：一个簇中的每个节点具有大致相同的全局时间(globaltime)，即任意两个节点的全局时间之差都在规定的偏差范围内。因此，实时以太网全局时间同步方法的出现是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在以太网中实现实时网络时间同步，提供一种网络时间同步方法。本专利技术提供了一种网络时间同步方法包括：确定网络中参与时间同步的通信节点；针对参与时间同步的第m个通信节点，执行以下步骤：对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量，获得相位差异值和速率差异值；利用所述相位差异值和速率差异值，计算并获得相位修正值和速率修正值；利用所述相位修正值和速率修正值对所述第m个通信节点进行修正；其中，m为大于0的自然数。优选的，在上述的网络时间同步方法中，针对参与时间同步的第m个通信节点的时间同步是在一系列的通信循环轮次中实现的。优选的，在上述的网络时间同步方法中，所述通信循环包括：静态段、动态段和网络空闲时间。优选的，在上述的网络时间同步方法中，对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量是在所述静态段进行的。优选的，在上述的网络时间同步方法中，利用所述相位修正值和速率修正值对所述第m个通信节点进行修正是在所述网络空闲时间进行的。优选的，在上述的网络时间同步方法中，所述一系列的通信循环轮次中的每轮的时间长度相同，包括K个宏时隙，L＝K*ng，其中，L为时间长度，K为大于0的自然数，ng为宏时隙。优选的，在上述的网络时间同步方法中，针对参与时间同步的第m个通信节点，ng＝MPMm*nlm，其中，nlm表示第m个通信节点的微时隙，MPMm表示一个宏时隙包含的第m个通信节点的微时隙的数量。本专利技术提供的网络时间同步方法，针对实时以太网中各通信节点因为各种问题存在的时间不一致问题，通过对各个通信节点进行相位修正和速率修正，从而使得以太网中各通信节点的时间可以得到实时的同步。附图说明图1为本专利技术一实施例中网络时间同步方法的流程图；图2为本专利技术一实施例中通信循环的结构示意图；图3为本专利技术一实施例中宏时隙与微时隙的关系示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种网络时间同步方法，具体的，如图1所示，图1为本专利技术一实施例中网络时间同步方法的流程图，包括以下步骤：确定网络中参与时间同步的通信节点，如图1中的步骤S101；针对参与时间同步的第m个通信节点，执行以下步骤：对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量，获得相位差异值和速率差异值，m为大于0的自然数，如图1中的步骤S103；利用所述相位差异值和速率差异值，计算并获得相位修正值和速率修正值，如图1中的步骤S105；利用所述相位修正值和速率修正值对所述第m个通信节点进行修正，如图1中的步骤S107。具体的，步骤S101，确定网络中参与时间同步的通信节点。针对参与时间同步的各个通信节点是通过通信循环来实现时间同步到，进一步的，每一个通信循环是包括静态段、动态段和网络空闲时间(NIT)。所述静态段包括多个静态微时隙，所述动态段包括多个动态微时隙，所述网络空闲时间包括多个网络空闲微时隙。如图2所示，图2为本专利技术一实施例中通信循环的结构示意图。以太网中凡希望参与网络时间同步的通信节点均在其各自的静态段中发送同步帧。在本专利技术的一实施例中，以太网中的各个通信节点通过所述通信通信循环的方式进行通信，同时支持传输时间触发性数据和事件触发性数据。具体的，所述通信循环位于OSI/ISO参考模型的会话层(第5层)。步骤S103，针对参与时间同步的第m个通信节点，执行以下步骤：对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量，获得相位差异值和速率差异值。具体的，在分布式系统中，每个处理器拥有相应的晶振作为定时器，由定时器作为基准的时间就称为本地时间(Hpi)，晶振以一定的频率周期性的振荡产生节拍，该节拍称为微节拍(ut)，相邻两个微节拍间的间隔长度称为微时隙(nlk)，第k个节点的微时隙为：其中表示k节点第i次的微节拍。为了解决分布式系统中各节点不同步的问题，引入了一个逻辑时间体系——参考时间tg。全局时间是一个虚拟的时间，即逻辑时间，它的节拍称为宏节拍(mt)，对应的宏时隙ng：ng＝(mt)i+1-(mt)i，其中(mt)i表示第i次的宏节拍，i为大于0的自然数。宏时隙对每个节点来说都是等长的，由各个节点的微时隙组成，但由于每个节点的微时隙长度不一定相同，因此引入一个变量MPMk，表示在单位宏时隙内，节点k包含的微时隙的个数。如图3所示，图3为本专利技术一实施例中宏时隙与微时隙的关系示意图。图3中可见全局时间与本地时间，宏时隙与微时隙的关系，宏时隙ng也可以表示为：ng＝MPMk·nlk。其中，k为大于0的自然数。针对所述第m个通信节点，对其本地观测只能通过该通信节点的本地时钟来进行，且这些观测只能在所述静态段进行。各个通信节点需要根据应该发生事件的期望时刻和事件的实际发生时刻得出自己的结论，以便建立与其他通信节点之间联系。当所有通信节点处于相同的速度时，需要使得各个通信节点的全部帧传输在争取的时刻开始。一般而言，本地节点通过测量这些帧传输的时间开始时刻，并将这些时刻与它所期望的开始时刻相比较，即可直接得到自身的相对偏差。本地节点还需要测量自己的传输速率和其他通信节点的传输速率之间的差异，本地节点通过观察其他通信节点的传输速率，并与自己的传输速率进行比较，可以对自己的传输速率差异进行自我修正。换言之，在静态段期间，每个节点根据自己的时间窗观察和测量其他节点的动作。每个节点的观测只能通过本地时钟来进行。在具体的观测过程中，各个节点精确地了解本地时钟的特性及参数值，能够以本地微节拍为量化所有时间差异。另外，在静态段进行观测时，一方面，处于观测状态的节点希望预定的事件发生在期望时刻，而该时刻基于本地时钟；另一方面，处于观测状态的节点参照自己的时钟，在暂存器中记录期望事件的实际发生时刻。接下来，每个节点需要根据应该发生事件的期望时刻和事件的实际发生时刻得出自己的结论，一边建立与同伴之间的联系。步骤S105，利用所述相位差异值和速率差异值，计算并获得相位修正值和速率修正值。为了修正偏差和传输速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络时间同步方法，其特征在于，包括：确定网络中参与时间同步的通信节点；针对参与时间同步的第m个通信节点，执行以下步骤：对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量，获得相位差异值和速率差异值；利用所述相位差异值和速率差异值，计算并获得相位修正值和速率修正值；利用所述相位修正值和速率修正值对所述第m个通信节点进行修正；其中，m为大于0的自然数。

【技术特征摘要】
1.一种网络时间同步方法，其特征在于，包括：确定网络中参与时间同步的通信节点；针对参与时间同步的第m个通信节点，执行以下步骤：对第m个通信节点进行相位差异测量和速率差异测量，获得相位差异值和速率差异值；利用所述相位差异值和速率差异值，计算并获得相位修正值和速率修正值；利用所述相位修正值和速率修正值对所述第m个通信节点进行修正；其中，m为大于0的自然数。2.如权利要求1所述的网络时间同步方法，其特征在于，针对参与时间同步的第m个通信节点的时间同步是在一系列的通信循环轮次中实现的。3.如权利要求2所述的网络时间同步方法，其特征在于，所述通信循环包括：静态段、动态段和网络空闲时间。4.如权利要求3所述网络时间同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤登，刘让，王璐杰，陈珊，石志国，吴俊鹏，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31