一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，公开了一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，包括以主节点为根节点的网络拓扑上，从节点和/或备份主节点向主节点发送同步帧，主节点对接收到的同步帧进行固化处理，计算得到固化时刻点，将固化时刻点封装在新的同步帧中，发送新的同步帧到从节点和/或备份主节点。在建立同步阶段结束后，主节点以发回给从节点和/或备份主节点发来的第一个同步帧的固化时刻点为开启时刻，周期性的发送同步帧到从节点和/或备份主节点，该方法能够为时间同步网络提供高精度的时间同步服务和基于备份主时钟的容错时间同步服务。的容错时间同步服务。的容错时间同步服务。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法


[0001]本专利技术属于通信
，尤其涉及一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法。

技术介绍

[0002]美国汽车工业协会推出的SAE AS6802标准为时间触发以太网(Time
‑
Trigged Ethernet，TTE)规定了分布式时间同步协议。SAE AS6802标准规定了3种不同的同步角色，分别是同步主控器(Synchronization Master，SM)、同步客户端(Synchronization Client，SC)和压缩主控器(Compression Master，CM)。端系统一般配置为SM和SC，交换机一般配置为CM。同一个同步域内的相同同步优先级的同步节点(SM、SC和CM)组成一个集群(cluster)。SAE AS6802标准规定了两步时间同步方法。第一步，SM在同步周期开启时刻向集群内的CM发送协议控制帧(protocol control frame，PCF)请求同步，该PCF帧携带透明时钟信息；第二步，CM提取PCF帧的透明时钟信息，并执行固化算法得到固化时刻点，然后采用容错平均算法压缩来自本集群内的所有SM发来的PCF帧的固化时刻点，得到压缩时刻点。CM依据压缩时刻点得到派发时刻点，并在派发时刻点发送压缩后的PCF到SM和SC中。SM和SC固化CM发来的PCF帧，然后将PCF帧的固化时刻点与预期时刻点进行比较，得到本地时钟的时钟校正因子，用于调整本地时钟。CM也通过压缩时刻点与本地时钟定义的预期时刻点进行计算，并执行本地时钟校正操作，从而完成集群内所有同步节点的时间同步操作。
[0003]美国电气与电子工程师协会推出的IEEE802.1AS
‑
2020标准为时间敏感网络(Time
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Sensitive Network，TSN)提供了时间同步方法。IEEE802.1AS
‑
2020协议规定了主从式时间同步协议。主从式时间同步协议分为两个阶段进行：时钟偏移测量阶段和路径延迟测量阶段。第一阶段测量主从时钟之间的时间偏差，称为时钟偏移测量阶段。第一步：主时钟按照预先设定的时间间隔周期性地向各个从时钟发同步帧，同步帧携带离开主时钟的时间的估计值，从时钟记录接收同步帧的准确时间为t2。第二步：主时钟广播形式发送跟随报文，此报文与同步帧相关联，且包含同步帧发送到通信路径时的精确时间戳t0，从时钟接收跟随帧并得到时间戳t0的值。同步过程的第二个阶段是延迟测量阶段，测量主从时钟之间的路径传输延迟。首先从时钟向主时钟发送延迟请求报文，并标记准确发送时间戳t4；主时钟接收延迟请求报文，标记准确的接收时间戳t5，并将该时间戳值写入之后发送的延迟应答帧中。其次，主时钟向从时钟发送延迟应答帧，从时钟接收延迟应答帧，解析获取t5的值。根据t0和t2，结合t4和t5，计算从时钟与主时钟之间的网络传输延迟。
[0004]在TTE网络中，SM的同步状态机累计有8个同步状态，而CM的同步状态机累计有6个同步状态，SC的同步状态机累计有3个同步状态。作为网络全局时钟基准的时间来源，SM的状态机过于复杂，从冷启动开始，需要与CM之间需要进行累计3轮次的同步帧交互才能进入正常同步状态，耗时较长。在TSN网络中，一个域内只有一个主时钟，主时钟周期性发送时间同步报文对从时钟进行授时，而从时钟也发送同步测量帧对路径延迟进行测量。由于往返路径延迟不对等，因而取平均值的操作会引入路径测量的不确定性，进而导致时钟精度下
降。此外，网络中只有一个主时钟，当主时钟发生故障时，各个时钟执行最佳主时钟算法选取新的主时钟。将导致网络中有一段时间没有主时钟，网络同步节点丢失同步，可能导致时间关键性报文的确定性合实时性，进而导致网络出现丢包等其他类型故障。为了实现高精度的时间同步，降低网络时间同步的通信开销，同时提高时间同步的可靠性，本专利技术提出一种高精度主从式时间同步方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，用以解决高精度的时间同步问题，同时保证网络时间同步的可靠性，减少时间同步的复杂度。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，所述方法包括：
[0008]建立同步阶段：
[0009]步骤一，从节点和/或备份主节点在冷启动或者重新请求建立同步后，派发同步帧到网络中的主节点；
[0010]步骤二，主节点接收到从节点和/或备份主节点发来的同步帧，对该同步帧进行固化处理，然后以从节点和/或备份主节点发来的同步帧的固化时刻点作为派发时刻点，将固化时刻点作为时间戳封装到同步帧并派发到从节点和/或备份主节点中；
[0011]步骤三，从节点和/或备份主节点计算得到主校正因子和次校正因子；将两个校正因子进行累加，得到新的时间校正因子校正本地时钟；
[0012]维持同步阶段：
[0013]步骤四：在建立同步阶段结束时，主节点以发给从节点和/或备份主节点的第一个同步帧的派发时刻作为开始时刻，每隔一个同步周期派发同步帧到从节点和/或备份主节点中；
[0014]步骤五：从节点和/或备份主节点计算得到时间校正因子，用于校正本地时钟。
[0015]本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：
[0016](1)一个有能力对网络其他节点进行授时同步的高精度时钟源同步节点，作为主节点；网络中主节点按优先级次序进行划分，以当前网络中级数最高的主节点为当前主节点；在网络正常运行时，除了主节点以外的所有同步节点只接受当前主节点的时钟源信息来校正自身的本地时钟，其余主节点执行热备份的时间同步操作，作为备份主节点；
[0017]每个备份主节点只接收来自当前主节点的同步帧来校正自身的本地时钟，不接收其他备份主节点的同步帧来校正自身的本地时钟，如果当前主节点出现故障或不再起作用时，那么当前级数最高的备份主节点递补成为当前主节点；
[0018](2)一个用于接收主节点发来的同步帧，依据同步帧中包含的主节点的时间同步信息进行时间同步操作的同步节点，作为从节点；
[0019]在网络正常运行时，从节点也接收来自备份主节点的同步帧，但仅采用当前主节点发来的同步帧的时间信息校正本地时钟，不采用备份主节点发来的同步帧的时间信息校正本地时钟，仅做热备份处理；如果当前主节点出现故障、或断电、或者不再起作用时，从节点将采用来自最高级数的备份主节点的同步帧的时间信息来校正本地时钟，并将同步故障
信息上报给网络中的所有备份主节点。
[0020](3)所述主节点的定时精度应高于网络内部的其余从节点的定时精度，所述主节点的总数至少为2个。
[0021](4)根据距离主节点M
p
的跳数远近来对同步节点进行网络层级Level＝{l0，l1，l2，
…
，l
k
}的划分；
[0022]将主节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，其特征在于，所述方法包括：建立同步阶段：步骤一，从节点和/或备份主节点在冷启动或者重新请求建立同步后，派发同步帧到网络中的主节点；步骤二，主节点接收到从节点和/或备份主节点发来的同步帧，对该同步帧进行固化处理，然后以从节点和/或备份主节点发来的同步帧的固化时刻点作为派发时刻点，将固化时刻点作为时间戳封装到同步帧并派发到从节点和/或备份主节点中；步骤三，从节点和/或备份主节点计算得到主校正因子和次校正因子；将两个校正因子进行累加，得到新的时间校正因子校正本地时钟；维持同步阶段：步骤四：在建立同步阶段结束时，主节点以发给从节点和/或备份主节点的第一个同步帧的派发时刻作为开始时刻，每隔一个同步周期派发同步帧到从节点和/或备份主节点中；步骤五：从节点和/或备份主节点计算得到时间校正因子，用于校正本地时钟。2.根据权利要求1所述的一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，其特征在于，一个有能力对网络其他节点进行授时同步的高精度时钟源同步节点，作为主节点；网络中主节点按优先级次序进行划分，以当前网络中级数最高的主节点为当前主节点；在网络正常运行时，除了主节点以外的所有同步节点只接受当前主节点的时钟源信息来校正自身的本地时钟，其余主节点执行热备份的时间同步操作，作为备份主节点；每个备份主节点只接收来自当前主节点的同步帧来校正自身的本地时钟，不接收其他备份主节点的同步帧来校正自身的本地时钟，如果当前主节点出现故障或不再起作用时，那么当前级数最高的备份主节点递补成为当前主节点。3.根据权利要求2所述的一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，其特征在于，一个用于接收主节点发来的同步帧，依据同步帧中包含的主节点的时间同步信息进行时间同步操作的同步节点，作为从节点；在网络正常运行时，从节点也接收来自备份主节点的同步帧，但仅采用当前主节点发来的同步帧的时间信息校正本地时钟，不采用备份主节点发来的同步帧的时间信息校正本地时钟，仅做热备份处理；如果当前主节点出现故障、或断电、或者不再起作用时，从节点将采用来自最高级数的备份主节点的同步帧的时间信息来校正本地时钟，并将同步故障信息上报给网络中的所有备份主节点。4.根据权利要求1所述的一种适用于时间同步网络的高精度主从式时间同步方法，其特征在于，所述主节点的定时精度...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雪乾，罗泽雄，曲国远，王智宇，严龙，孙雷，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：