一种去中心化的快速网络时间同步方法技术

一种去中心化的快速网络时间同步方法，属于网络通信技术领域，通信时采用周期式通信，每个通信周期为一个宏周期；网络中有一个节点为提供时间基准的主时钟节点，其具有主时钟身份，且该身份具有唯一性；向主时钟节点进行时间同步的节点为从时钟节点，其具有从时钟身份；所有的从时钟节点需要与该主时钟节点进行时钟同步通信，实现整个网络的时间同步；包括以下步骤：步骤S1，身份竞争过程；步骤S2，时钟同步过程。分布式组网结构，去中心化网络。本方案中，主从时钟节点身份的产生源于网络中所有节点的竞争，即所有节点均有可能成为主时钟节点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种去中心化的快速网络时间同步方法


[0001]本专利技术属于网络通信
，特别涉及一种去中心化的快速网络时间同步方法。

技术介绍

[0002]EPA
‑
SRB总线为基于EPA总线发展而来的实时以太网总线，其显著通信特点为该系统通信时采用周期式通信，每个通信周期为一个宏周期，宏周期由周期时间和非周期时间组成，系统中的所有设备均同步在同一个时间基准之下，即所有节点均同步在同一个时钟基准支线，系统中有一个节点为提供时间基准的主时钟节点，其它节点为从时钟节点，所有的从时钟节点需要与该主时钟节点进行时钟同步通信，实现整个网络的时间同步。
[0003]公开号为CN205283557U的中国专利，公开了一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，描述了系统的结构和同步方法。其包括主端时间同步部分、从端时间同步部分和连接光纤；主端时间同步部分通过连接光纤以点对点方式连接从端时间同步部分；主端时间同步部分与从端时间同步部分结构相同。其在高速以太网基础上增加高精度远距离时间同步功能，在分布式同步数据采集传输中，数据传输距离远、传输的时间同步精度高、数据的传输速率高同时保证数据传输安全可靠，还可在单条链路上实现网络数据传输与时间同步。但是，该方案具有以下不足：1) 该现有技术方案，分为主从两种固定的节点类型，主提供时间基准，主时钟节点故障会导致从时钟节点的时间同步不能工作。
[0004]2)该现有同步技术同步方式基于IEEE1588实现，同步需要的报文种类多，系统较复杂的环境下每多一种报文可能造成的带宽的消耗就会很大。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种去中心化的快速网络时间同步方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采取了以下的技术方案。
[0007]一种去中心化的快速网络时间同步方法，通信时采用周期式通信，每个通信周期为一个宏周期；网络中有一个节点为提供时间基准的主时钟节点，其具有主时钟身份，且该身份具有唯一性；向主时钟节点进行时间同步的节点为从时钟节点，其具有从时钟身份；所有的从时钟节点需要与该主时钟节点进行时钟同步通信，实现整个网络的时间同步；包括以下步骤：步骤S1，身份竞争过程：主时钟身份的竞争过程通过主时钟声明报文进行；主要的竞争规则为：哪个节点先发送主时钟声明报文进行声明，则该节点先成为主时钟节点；竞争出唯一一个主时钟节点之后，该主时钟节点为整个网络提供时间基准，周期性的发送携带时间戳的主时钟周期报文；步骤S2，时钟同步过程：网络中的其它节点向该主时钟节点发送时钟同步请求报
文，主时钟节点接收同步请求报文后会回复同步响应报文，完成时钟同步。
[0008]进一步，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1a，判断接入网络的节点是否具有强制身份，该强制身份为主时钟身份或从时钟身份：如果网络中强制指定某个节点一定为从时钟节点，那么该节点无论什么时间接入网络，均不参与主时钟身份的竞争，成为从时钟节点，仅参与时钟同步过程；如果网络中强制指定某个节点一定为主时钟节点，那么该节点无论什么时间接入网络，均成为主时钟节点；该节点会无视其它节点，强行直接发送主时钟周期报文，直到其他节点不在竞争或是原本的主时钟节点不在作为主工作。
[0009]如果网络中有多个节点都被强行设置为主时钟节点，则会根据谁先发送主时钟周期报文，谁优先成为主时钟节点，其它强制主时钟节点不再与其竞争；如果接入网络的节点不具有强制身份，则进行下一步。
[0010]进一步，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1b，判断节点接入的网络是否已经存在主时钟节点：如果节点接入的网络已经存在主时钟节点，那么该节点成为从时钟节点；如果节点接入的网络已经不存在主时钟节点，那么该节点参与主时钟身份的竞争，进行下一步。
[0011]进一步，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1c，主时钟身份的竞争：节点接入网络后，首先需要监听网络中是否存在主时钟节点或者已有其他节点在进行主时钟声明：如果有，那么该节点就不会再企图竞争主时钟身份；如果没有，则该节点开始周期性地发送主时钟声明报文一段时间，这段时间内没有人和自身竞争，则成为主时钟节点；如果发送主时钟声明报文的节点收到了其它节点的主时钟声明报文，即同时有多个节点在发送主时钟声明报文，那么根据发送主时钟声明报文的逻辑地址进行判断：逻辑地址越小优先级越高，优先级低的节点会主动避让停止发送主时钟声明报文，因此，逻辑地址最小的主时钟声明报文所对应的发送节点成为主时钟节点；当主时钟节点连续接收到其它强制主身份的主时钟周期报文，表示网络中强制指定某个节点一定为新的主时钟节点，则原先的主时钟节点成为从时钟节点；从时钟节点的从时钟身份无需竞争获得，未成为主时钟节点的节点自动成为从时钟节点。
[0012]进一步，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1d，判断主时钟节点是否掉线：从时钟节点需要与主时钟节点进行同步，每个宏周期均会检测主时钟节点发出的主时钟周期报文；如果从时钟节点连续若干周期都没有收到主时钟周期报文，则表示主时钟节点掉线，这时，从时钟节点将重新进行主时钟身份的竞争过程，回到步骤S1c，竞争出新的主时钟节点，其它从时钟节点再向新的主时钟节点进行同步；如果主时钟节点没有掉线，则从时钟节点仍为从时钟节点。
[0013]进一步，步骤S2中，还包括以下步骤：步骤S2a，从时钟节点到主时钟节点之间的时钟初步同步过程，完成时间的初步校准：本过程中，从时钟节点接收到的主时钟节点发送的主时钟周期报文并提取该报文中的时间戳所对应的时间，并在接收时刻将时间戳所对应的时间替换成为从时钟节点的本地时间，即认为从时钟节点接收到这个报文的时间戳所对应的时间即为主时钟节点发出这个报文的时间，完成时钟的初步校准。
[0014]进一步，步骤S2中，还包括以下步骤：步骤S2b，计算从时钟节点到主时钟节点之间的线路延时，并将计算完毕的线路延时补偿到从时钟节点的本地时间，实现时间的完全同步。
[0015]每个宏周期主时钟节点都会发送主时钟周期报文给各个从时钟节点对时，主时钟节点发送出主时钟周期报文的时刻为T1，这个时间信息会通过主时钟周期报文发送给从时钟节点，从时钟节点接收到主时钟周期报文的时间为T2；从时钟节点接收到主时钟周期报文之后会发送同步请求报文给主时钟节点，发送时间为T3；主时钟节点收到同步请求报文的时间为T4，主时钟节点会在回复的同步响应报文中将T4时间信息回传给从时钟节点。这样，从时钟节点就同时记录了T1、T2、T3、T4时间，开始计算线路延时Delay：线路延时Delay计算完毕后，该线路延时Delay会在每个宏周期校准时间时加入，从而使从时钟节点的时钟与主时钟节点的时钟保持同步。
[0016]本方案为实现实时总线通信系统中各个设备之间进行时间同步的实现方法。本专利技术的同步原理为，首先系统会进行身份竞争过程，竞争出唯一一个主时钟节点，该主时钟节点为整个网络提供时间基准，周期性的发送携带时间戳的主时钟周期报文；之后网络中的其它节点向该主时钟节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去中心化的快速网络时间同步方法，通信时采用周期式通信，每个通信周期为一个宏周期；网络中有一个节点为提供时间基准的主时钟节点，其具有主时钟身份，且该身份具有唯一性；向主时钟节点进行时间同步的节点为从时钟节点，其具有从时钟身份；所有的从时钟节点需要与该主时钟节点进行时钟同步通信，实现整个网络的时间同步；其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，身份竞争过程：主时钟身份的竞争过程通过主时钟声明报文进行；主要的竞争规则为：哪个节点先发送主时钟声明报文进行声明，则该节点先成为主时钟节点；竞争出唯一一个主时钟节点之后，该主时钟节点为整个网络提供时间基准，周期性的发送携带时间戳的主时钟周期报文；步骤S2，时钟同步过程：网络中的其它节点向该主时钟节点发送时钟同步请求报文，主时钟节点接收同步请求报文后会回复同步响应报文，完成时钟同步。2.如权利要求1所述的一种去中心化的快速网络时间同步方法，其特征在于，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1a，判断接入网络的节点是否具有强制身份，该强制身份为主时钟身份或从时钟身份：如果网络中强制指定某个节点一定为从时钟节点，那么该节点无论什么时间接入网络，均不参与主时钟身份的竞争，成为从时钟节点，仅参与时钟同步过程；如果网络中强制指定某个节点一定为主时钟节点，那么该节点无论什么时间接入网络，均成为主时钟节点；该节点会无视其它节点，强行直接发送主时钟周期报文，直到其他节点不在竞争或是原本的主时钟节点不在作为主工作；如果网络中有多个节点都被强行设置为主时钟节点，则会根据谁先发送主时钟周期报文，谁优先成为主时钟节点，其它强制主时钟节点不再与其竞争；如果接入网络的节点不具有强制身份，则进行下一步。3.如权利要求2所述的一种去中心化的快速网络时间同步方法，其特征在于，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1b，判断节点接入的网络是否已经存在主时钟节点：如果节点接入的网络已经存在主时钟节点，那么该节点成为从时钟节点；如果节点接入的网络已经不存在主时钟节点，那么该节点参与主时钟身份的竞争，进行下一步。4.如权利要求3所述的一种去中心化的快速网络时间同步方法，其特征在于，步骤S1中，还包括以下步骤：步骤S1c，主时钟身份的竞争：节点接入网络后，首先需要监听网络中是否存在主时钟节点或者已有其他节点在进行主时钟声明：如果有，那么该节点就不会再企图竞争主时钟身份；如果没有，则该节点开始周期性地发送主时钟声明报文一段时间，这段时间内没有人和自身竞争，则成为主时钟节点；如果发送主时钟声明报文的节点收到了其它节点的主时钟声明报文，即同时有多个节点在发送主...

【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，陈建飞，王迎，
申请(专利权)人：浙江国利信安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：