一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法技术

本发明专利技术涉及一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，属于网络通信领域。包括以下步骤：选取网络内时钟精度最高的控制器作为主时钟节点；从时钟节点接收到主时钟节点广播的时钟同步Sync报文后，依次延时一段时间发送时钟同步Req报文；主节点接收到时钟同步Req报文后，立即向发送方发送时钟同步Resp报文；从时钟节点计算传输路径延迟和时钟偏差，并根据时钟偏差调整本地时钟；直至网络内所有控制器完成时钟同步。本方法通过错开网络内主时钟节点与各个从时钟节点的时钟同步过程，在降低网络内时钟同步主节点数据处理负担的同时提高网络内控制器之间的时钟同步精度，有很好的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法


[0001]本专利技术属于网络通信领域，具体涉及一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法。

技术介绍

[0002]随着网络技术和控制技术的发展，传统工厂正在向智能化工厂方向转变，制造车间亦逐步向数字化车间发展，工业控制系统同样沿着仪表控制、模拟控制、计算机集中控制、计算机集散式控制、现场总线控制发展到网络化控制的新阶段。在各类网络化控制中，技术发展最为迅速、应用最为广泛的即以计算机网络通信领域中的以太网技术为基础，发展的工业以太网控制系统。
[0003]工业以太网控制系统虽然具有高传输率、高可靠性、实时性、可扩展性、可维护性等优点，但面对工业控制系统网络中数据量日益庞大、数据信息更加多源、控制任务更为复杂的新态势，工业以太网控制系统中多控制器任务调度、信息实时交互和协同控制运行等新难题亦逐渐浮出水面。而解决上述问题的首要步骤同时亦是最为关键的步骤是如何实现网络控制系统内多控制器之间的高精度时钟同步，即使网络内所有控制器处于同一时钟基准。
[0004]现有的IEEE1588精确时间同步协议因具有同步精度高、流程简单等优点，而在工业以太网控制系统中得到广泛应用。但是在传统的IEEE1588精确时间同步方法中，主节点发送同步报文后网络内所有从节点会同时向主节点发送回复报文；当网络内从节点数量不断增加时，时钟同步主节点的处理负担亦会不断增加，同时也会加剧同步报文丢包、路径延时不确定现象的发生，使时钟同步精度降低。
[0005]针对上述方法存在的问题，本文提出了一种错峰时钟同步方法，通过采用错峰机制，使网络内所有从节点逐步与主节点进行时钟同步，从而在降低网络内时钟同步主节点数据处理负担的同时提高时钟同步精度。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种面向多控制器协同应用的时钟同步方法，主要用于工业以太网控制系统中多控制器之间的时钟同步。本方法通过错开网络内主时钟节点与各个从时钟节点的时钟同步过程，在降低网络内时钟同步主节点数据处理负担的同时提高网络内控制器之间的时钟同步精度，有很好的应用前景。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，包括以下步骤：
[0008]步骤Step1：根据各个控制器本地时钟质量等级，选取时钟精度最高的控制器作为主时钟节点，其他控制器作为从时钟节点；
[0009]步骤Step2：主时钟节点向网络内的从时钟节点发送时钟同步Sync报文，各个从时
钟节点接收到时钟同步报文后，依次延时一段时间回复时钟同步Req报文；
[0010]步骤Step3：主时钟节点接收到从时钟节点发送的时钟同步Req报文后，立即向时钟同步Req报文发送方发送时钟同步Resp报文；
[0011]步骤Step4：从时钟节点根据时钟同步Resp报文和时钟同步Sync报文计算传输路径延迟和时钟偏差，并根据传输路径延迟和时钟偏差调整本地时钟使其与主时钟节点时钟同步；
[0012]步骤Step5：判断网络内所有从时钟节点与主时钟节点的时钟偏差是否在要求范围内，满足条件执行步骤Step6，不满足条件返回步骤Step2；
[0013]步骤Step6：主时钟节点向网络内所有从时钟节点发送数据传输开始的消息报文，所有控制器开始进行数据传输；
[0014]在步骤Step1中，初始状态时，网络内所有控制器默认为主时钟节点，端口状态处于端口发送状态；对于每一个控制器，将本地时钟源的时钟质量等级以广播的形式传输至网络内其他控制器，并在接收到其他控制器广播的含有时钟质量等级的报文后，将报文中的时钟质量等级与本地时钟质量等级进行对比；如果接收到报文中的时钟质量等级更高，则当前控制器端口状态从端口发送状态转变为端口接收状态，不再广播含有本地时钟质量等级的报文，当前控制器也转变为从时钟节点以参与接下来的时钟同步过程。
[0015]在步骤Step1中，如果当前控制器接收到报文中的时钟质量等级与本地时钟质量等级相同，则将接收报文中IP地址最后一个字节与当前控制器本地IP最后一个字节进行比较，数值较大者的控制器转变为从时钟节点。
[0016]在步骤Step2中，主时钟节点向网络内其他从时钟节点广播包含时钟同步Sync报文离开主时钟节点时刻时间戳的时钟同步Sync报文，从时钟节点在接收到主时钟节点发送的时钟同步Sync报文后，依次延时一段时间回复时钟同步Req报文。
[0017]在步骤Step2中，从时钟延时发送时钟同步报文Req的延时时间，所述延时时间通过以下步骤得到：首先选取测试报文在网络内沿最长传输路径传输所需时间作为最小延时时间，然后将从时钟节点的本地IP地址最后一个字节与网络内节点数进行取余计算，余数与最小延时时间相乘结果作为该从时钟节点的延时时间。
[0018]在步骤Step3中，主时钟节点接收到从时钟节点发送的时钟同步Req报文后，立即以单播的形式向时钟同步Req报文发送方发送时钟同步Resp报文，时钟同步Resp报文中包含Resp报文离开主时钟节点时刻的时间戳。
[0019]在步骤Step4中，从时钟节点通过接收到时钟同步Sync报文、时钟同步Resp报文的时间，以及时钟同步Sync报文离开主时钟节点时刻时间戳、时钟同步Resp报文离开主时钟节点时刻的时间戳，计算出传输路径延迟和时钟偏差，从时钟节点根据时钟偏差调整本地时钟使其与主时钟节点时钟同步，并且判断时钟偏差是否在网络实时性要求范围内；如果满足条件，则从时钟节点向主时钟节点发送时钟同步成功报文。
[0020]在步骤Step5中，主时钟节点判断是否接收到网络内所有从时钟节点发送的时钟同步成功报文；如果判断结果为是，则执行步骤Step6，否则返回步骤Step2开启下一轮时钟同步过程，直至网络内所有从时钟节点与主时钟节点完成时钟同步。
[0021]在步骤Step6中，主时钟节点接收到网络内所有从时钟节点发送的时钟同步成功消息报文后，向网络内所有从时钟节点发送数据传输开始的消息报文，网络内所有控制器
结束时钟同步阶段，开始进行控制数据传输。
[0022]一种网络控制器，包括：
[0023]主从时钟节点配置模块，用于初始状态时默认为主时钟节点，端口状态处于端口发送状态；将本地时钟源的时钟质量等级以广播的形式传输至网络内其他控制器，并在接收到其他控制器广播的含有时钟质量等级的报文后，将报文中的时钟质量等级与本地时钟质量等级进行对比；如果接收到报文中的时钟质量等级更高或者相等，则端口状态从端口发送状态转变为端口接收状态，不再广播含有本地时钟质量等级的报文，并转变为从时钟节点；
[0024]主时钟节点模块，用于为主时钟节点时，向网络内的从时钟节点发送时钟同步Sync报文；接收到从时钟节点发送的时钟同步Req报文后，立即向时钟同步Req报文发送方发送时钟同步Resp报文；当接收到从时钟节点发送的时钟同步成功报文时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤Step1：根据各个控制器本地时钟质量等级，选取时钟精度最高的控制器作为主时钟节点，其他控制器作为从时钟节点；步骤Step2：主时钟节点向网络内的从时钟节点发送时钟同步Sync报文，各个从时钟节点接收到时钟同步报文后，依次延时一段时间回复时钟同步Req报文；步骤Step3：主时钟节点接收到从时钟节点发送的时钟同步Req报文后，立即向时钟同步Req报文发送方发送时钟同步Resp报文；步骤Step4：从时钟节点根据时钟同步Resp报文和时钟同步Sync报文计算传输路径延迟和时钟偏差，并根据传输路径延迟和时钟偏差调整本地时钟使其与主时钟节点时钟同步；步骤Step5：判断网络内所有从时钟节点与主时钟节点的时钟偏差是否在要求范围内，满足条件执行步骤Step6，不满足条件返回步骤Step2；步骤Step6：主时钟节点向网络内所有从时钟节点发送数据传输开始的消息报文，所有控制器开始进行数据传输。2.根据权利要求1所述的一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，其特征在于：在步骤Step1中，初始状态时，网络内所有控制器默认为主时钟节点，端口状态处于端口发送状态；对于每一个控制器，将本地时钟源的时钟质量等级以广播的形式传输至网络内其他控制器，并在接收到其他控制器广播的含有时钟质量等级的报文后，将报文中的时钟质量等级与本地时钟质量等级进行对比；如果接收到报文中的时钟质量等级更高，则当前控制器端口状态从端口发送状态转变为端口接收状态，不再广播含有本地时钟质量等级的报文，当前控制器也转变为从时钟节点以参与接下来的时钟同步过程。3.根据权利要求1所述的一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，其特征在于：在步骤Step1中，如果当前控制器接收到报文中的时钟质量等级与本地时钟质量等级相同，则将接收报文中IP地址最后一个字节与当前控制器本地IP最后一个字节进行比较，数值较大者的控制器转变为从时钟节点。4.根据权利要求1所述的一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，其特征在于：在步骤Step2中，主时钟节点向网络内其他从时钟节点广播包含时钟同步Sync报文离开主时钟节点时刻时间戳的时钟同步Sync报文，从时钟节点在接收到主时钟节点发送的时钟同步Sync报文后，依次延时一段时间回复时钟同步Req报文。5.根据权利要求1所述的一种面向多控制器协同应用的错峰时钟同步方法，其特征在于：在步骤Step2中，从时钟延时发送时钟同步报文Req的延时时间，所述延时时间通过以下步骤得到：首先选取测试报文在网络内沿最长传输路径传输所需时间作为最小延时时间，然后将从时钟节点的本地IP地址最后一个字节与网络内节点数进行取余计算，余数与最小延时时间相乘结果作为该从时钟节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：冮明旭，刘明哲，闫炳均，王志平，胡波，张博，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：