一种TSN网络时间同步方法、设备及储存介质技术

本发明专利技术公开一种TSN网络时间同步方法、设备及储存介质，包括以下步骤：S1、确定主、从时钟，主时钟向从时钟发送同步报文K1；S2、将同步报文K1排队等待时间的字段的值写入；S3、从时钟收到同步报文K1，并发送时延测量请求报文K2；S4、将时延测量请求报文K2排队等待时间的字段的值写入；S5、从时钟接收时延测量应答报文K3，计算出主从时钟的时间偏移；S6、从时钟根据计算出的主从时钟之间的偏差，修正本地时间。本发明专利技术在校时过程的若干报文中增加用于记录排队等待时间的信息，以解决同步过程中的报文之间的碰撞、同步报文和背景流报文之间的碰撞问题，并通过在计算的时候根据排队时间进行补偿的方法，提高时间同步的精度，以达到亚微秒级别的时间同步效果。

【技术实现步骤摘要】
一种TSN网络时间同步方法、设备及储存介质
本专利技术涉及网络通信
，具体的是一种TSN网络时间同步方法、设备及储存介质。
技术介绍
TSN(TimeSensitiveNetworking，时延敏感网络)最初来源于音视频领域的应用需求，当时该技术被称为AVB(EthernetAudio/VideoBridging，以太网音视频桥接)，由于针对音视频网络需要较高的带宽和最大限度的实时性，借助AVB能较好的传输高质量音视频。TSN是一项从音视频数据领域延伸至工业领域、汽车领域的技术，它为以太网提供确定性性能，本质上是一个确定性以太网扩展集，以满足许多工业自动化应用对于延迟的要求和实时数据传输的需求。TSN网络的许多功能都建立在时间同步的基础上，它使用IEEE802.1AS协议来为网络中的一个域提供时间同步功能。现有的TSN网络主从时钟之间的校时通过发送若干报文完成，主要同步过程为：主时钟发送同步报文及发送该报文的时间给从时钟，从时钟记录收到的时间并发送时延测量请求报文及发送该报文的时间给主时钟，主时钟记录收到时延测量请求报文的时间并将该时间通过时延测量应答报文发送给从时钟。这样，从时钟便可根据得到的时间戳计算出主从时钟之间的时钟偏移，从而修正本地时间，达到主从时钟之间时间同步的目的，此过程如附图1所示。此方法可以在同一域内，最大七跳的情况下实现精度为亚微秒级别的时间同步。但是现有的TSN网络时间同步方法在多个节点通过交换机同时向主时钟发送时延测量请求报文的时候，交换机队列中会出现碰撞的可能，导致时延测量请求报文需要排队等待发送。此外，当网络中有背景业务流量时，同步过程中的报文也可能与业务背景流报文发生碰撞而导致排队等待，且等待的时间不可知。此时会出现同步过程中的报文到达对端的时间戳中包含了排队等待的时间，在进行时钟偏移计算的时候会不准，从而导致校时不准。在节点数较多，业务背景流量较大的情况下，排队等待时间可能会较长，导致出现时钟偏移计算结果偏差较大，且抖动较大，无法达到亚微秒级别的高精度的时间同步的问题。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种TSN网络时间同步方法、设备及储存介质，在校时过程的若干报文中增加用于记录排队等待时间的信息，可以解决同步过程中同步报文之间的碰撞、同步报文和背景流报文之间的碰撞问题，并通过在计算的时候根据排队时间进行补偿的方法，提高时间同步的精度，以达到亚微秒级别的时间同步效果。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种TSN网络时间同步方法，包括以下步骤：S1、初始上电后先确定主、从时钟，然后主从时钟之间开始以一定周期进行周期校时，基于时间同步协议，主时钟向从时钟发送同步报文K1，所述同步报文K1携带的信息中增加用于记录同步报文K1排队等待时间的字段M1，所述字段M1的值用于从时钟计算时间偏移值；S2、同步报文K1出现碰撞需要排队等待发送，出队列时将用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值写入M1；S3、从时钟收到同步报文K1，记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，并发送时延测量请求报文K2，所述时延测量请求报文K2所携带的信息中增加用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段M2，所述字段M2的值用于主时钟修正接收到时延测量请求报文K2的时间戳；S4、时延测量请求报文K2出现碰撞需要排队等待发送，出队时将用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段的值写入M2；S5、主时钟接收到时延测量请求报文K2以后，根据M2的值对接收时间值进行补偿，然后，主时钟发送时延测量应答报文K3，K3中携带补偿后的K2的接收时间；S6、从时钟接收到主时钟发过来的时延测量应答报文K3后，基于时间同步协议并结合从时钟记录的用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，计算出主从时钟的时间偏移；S7、从时钟根据计算出的主从时钟之间的偏差，修正本地时间，从而实现与主时钟之间的时间同步。进一步优选地，所述步骤S1和S6中时间同步协议为IEEE802.1AS协议。进一步优选地，所述步骤S1中主、从时钟关系确定的具体步骤为：S1.1、初始上电时，各时钟向同一个域中的其他时钟发送自己的时钟参数；S1.2、各时钟每收到一个其他时钟的时钟参数则比较自己的参数，若其他时钟参数更优，则标记自己为从时钟；否则标记为主时钟，同时记录更优的参数；S1.3、当每个时钟收到所有其他时钟发的自身参数后，则确定了参数最优的那个主时钟，其他则为从时钟，若有两个参数一样优的时钟，则以先发的为主时钟。进一步优选地，所述步骤S1.2中时钟参数比较的原则为：第一优先级高者获胜，如果第一优先级相同，则时间等级高者获胜；如果时间等级也相同，则时间精度高者获胜；如果时间精度还相同，则第二优先级高者获胜；如果第二优先级依然相同，则接口标识小者获胜，所述接口标识小由时钟编号和接口号共同构成。进一步优选地，所述步骤S1中字段M1具体为：所述字段M1由单个具体字段组成，则单个字段的记录值即为排队等待时间的值；所述字段M1由两个具体字段组成，通过对所述两个具体字段进行数学计算得出排队等待时间的值。进一步优选地，所述步骤S3中字段M2具体为：所述字段M2由单个具体字段组成，所述单个字段的记录值即为排队等待时间的值；所述字段M2由两个具体字段组成，通过对所述两个具体字段进行数学计算得出排队等待时间的值。进一步优选地，所述步骤S6中主从时钟的时间偏移通过下列公式计算：S＝[(t2-T1-t1)-(t'4-t3)]/2t'4＝t4-T2式中：S为主、从时钟之间的偏差；t1为主时钟发送同步报文K1的时间；t2为从时钟收到同步报文K1的时间；t3为从时钟发送时延测量请求报文K2的时间；t4为主时钟收到时延测量请求报文K2的时间；t'4为经过补偿的主时钟接收到时延测量请求报文K2的时间戳；T1为同步报文K1发生碰撞时的排队等待时间，T2为时延测量请求报文K2发生碰撞时的排队等待时间。一种具有处理器可执行的非易失程序代码的计算机可读储存介质，程序代码使处理器执行上述TSN网络时间同步方法。一种TSN网络时间同步设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述时间同步方法进行TSN网络时间同步。本专利技术的有益效果：本专利技术通过在主从时钟校时过程中的若干报文中增加用于记录排队等待时间的信息，在接收的时候根据该信息进行相应的补偿计算，可以有效的解决在时间同步过程中，由于同步过程中同步报文之间的碰撞或者同步报文和业务流报文之间的碰撞导致的时间同步误差大、校时精度低的问题，实现亚微秒级别的时间同步效果。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术主从时钟校时的基本流程图；图2是本专利技术单字段记录排队等待时间的结构图；图3是本专利技术两个字段记录排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TSN网络时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、初始上电后先确定主、从时钟，然后主从时钟之间开始以一定周期进行周期校时，基于时间同步协议，主时钟向从时钟发送同步报文K1，所述同步报文K1携带的信息中增加用于记录同步报文K1排队等待时间的字段M1，所述字段M1的值用于从时钟计算时间偏移值；/nS2、同步报文K1出现碰撞需要排队等待发送，出队列时将用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值写入M1；/nS3、从时钟收到同步报文K1，记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，并发送时延测量请求报文K2，所述时延测量请求报文K2所携带的信息中增加用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段M2，所述字段M2的值用于主时钟修正接收到时延测量请求报文K2的时间戳；/nS4、时延测量请求报文K2出现碰撞需要排队等待发送，出队时将用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段的值写入M2；/nS5、主时钟接收到时延测量请求报文K2以后，根据M2的值对接收时间值进行补偿，然后，主时钟发送时延测量应答报文K3，K3中携带补偿后的K2的接收时间；/nS6、从时钟接收到主时钟发过来的时延测量应答报文K3后，基于时间同步协议并结合从时钟记录的用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，计算出主从时钟的时间偏移；/nS7、从时钟根据计算出的主从时钟之间的偏差，修正本地时间，从而实现与主时钟之间的时间同步。/n...

【技术特征摘要】
1.一种TSN网络时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始上电后先确定主、从时钟，然后主从时钟之间开始以一定周期进行周期校时，基于时间同步协议，主时钟向从时钟发送同步报文K1，所述同步报文K1携带的信息中增加用于记录同步报文K1排队等待时间的字段M1，所述字段M1的值用于从时钟计算时间偏移值；
S2、同步报文K1出现碰撞需要排队等待发送，出队列时将用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值写入M1；
S3、从时钟收到同步报文K1，记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，并发送时延测量请求报文K2，所述时延测量请求报文K2所携带的信息中增加用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段M2，所述字段M2的值用于主时钟修正接收到时延测量请求报文K2的时间戳；
S4、时延测量请求报文K2出现碰撞需要排队等待发送，出队时将用于记录时延测量请求报文K2排队等待时间的字段的值写入M2；
S5、主时钟接收到时延测量请求报文K2以后，根据M2的值对接收时间值进行补偿，然后，主时钟发送时延测量应答报文K3，K3中携带补偿后的K2的接收时间；
S6、从时钟接收到主时钟发过来的时延测量应答报文K3后，基于时间同步协议并结合从时钟记录的用于记录同步报文K1排队等待时间的字段的值，计算出主从时钟的时间偏移；
S7、从时钟根据计算出的主从时钟之间的偏差，修正本地时间，从而实现与主时钟之间的时间同步。


2.根据权利要求1所述的TSN网络时间同步方法，其特征在于，所述步骤S1和S6中时间同步协议为IEEE802.1AS协议。


3.根据权利要求1所述的TSN网络时间同步方法，其特征在于，所述步骤S1中主、从时钟关系确定的具体步骤为：
S1.1、初始上电时，各时钟向同一个域中的其他时钟发送自己的时钟参数；
S1.2、各时钟每收到一个其他时钟的时钟参数则比较自己的参数，若其他时钟参数更优，则标记自己为从时钟；否则标记为主时钟，同时记录更优的参数；
S1.3、当每个时钟收到所有其他时钟发的自身参数后，则确定了参数最优的那个主时钟，其他则为从时钟，若有两个参数一样优的时钟，则以先发的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海龙，严园园，谢人超，黄韬，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：江苏;32