一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法技术

本发明专利技术公开了一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，将时钟调节的过程分为两个阶段：第一个阶段，首次调节时钟频率时计算稳态频率差，稳态频率差为主时钟和从时钟两个节点的时钟之间的初始频率差，在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率，直至时间偏差达到100纳秒；第二个阶段，当从时钟节点和主时钟节点时间偏差首次达到100纳秒开始，使用稳态频率差调节时钟频率；后续时钟调节，重新在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率。本发明专利技术方法运行gPTP可以在2秒内让在局域网里所有节点的时间偏差控制在100纳秒内。所有节点的时间偏差控制在100纳秒内。所有节点的时间偏差控制在100纳秒内。

【技术实现步骤摘要】
一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法


[0001]本专利技术涉及gPTP时间同步技术，尤其涉及一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法。

技术介绍

[0002]gPTP(Generalized Precision Time Protocol)是由IEEE Std 802.1AS标准定义的，gPTP的目的是确保所有局域网里的节点的时间完全一致，误差为纳秒级别。
[0003]实际使用中，当局域网内节点之间的时间相差比较大时，例如100S，所有节点时间偏差收敛到100纳秒内需要15秒以上。因为调节时钟频率时全程使用pi算法频率差调节频率，这种算法的特性是计算的结果是波动的，随着节点间的时间偏差变小需要调整的频率差幅度会慢慢减小，趋于稳定，但是节点之间的初始时间偏差较大的情况下，收敛达到纳秒级别会持续很长时间。
[0004]车载领域对局域网内节点时间偏差收敛时间要求是非常高的，很多上层业务都需要建立在时间同步的基础上运行，如果gPTP时间偏差收敛时间长会导致整体软件启动都非常慢。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，包括步骤：
[0008](1)首次调节时钟频率时，计算稳态频率差，在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率，直至时间偏差达到预设时间；
[0009](2)当从时钟节点和主时钟节点时间偏差首次达到预设时间开始，使用稳态频率差调节时钟频率；后续时钟调节，重新在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率。
[0010]进一步地，所述预设时间为100纳秒。
[0011]进一步地，步骤(1)中，稳态频率差driftFreq为主时钟和从时钟两个节点的时钟之间的初始频率差。
[0012]进一步地，稳态频率差driftFreq的计算步骤为：
[0013]1.首先计算传输延迟Pdelay：
[0014]Pdelay＝((t4
‑
t1)
‑
(t3
‑
t2))/2
[0015]2.计算从时钟t6时刻对应的主时钟的时间，t5_last是前一次sync消息发送的时间，CorrectionField是中间经过TSN switch设备的驻留时间：
[0016]Gm＝t5+pdelay+CorrectionField
[0017]Gm_last＝t5_last+pdelay+CorrectionField
[0018]3.计算主时钟和从时钟之间的时间偏移：
[0019]Offset＝t6
‑
Gm
[0020]4.计算主时钟和从时钟之间的时钟频率比率，t6_last是前一次sync消息接收的时间：
[0021]Ratio＝(Gm
‑
Gm_last)/(t6
‑
t6_last)
[0022]5.计算主时钟和从时钟之间的时钟频率差：
[0023]driftFreq＝(1
‑
Ratio)*1e9
[0024]其中，t1代表pdelay_req消息的发送时间，t2代表pdelay_req消息的接收时间，t3代表pdelay_resp消息的发送时间，t4代表pdelay_resp消息的接收时间；t5代表sync消息的发送时间，t6代表sync消息的接收时间。
[0025]进一步地，步骤(1)中，pi迭代算法计算公式为：
[0026][0027]调节时钟频率adjFreq计算公式为：
[0028]adjFreq＝adjFreq+piFunc(t) adjfreq的初始值是0
[0029]其中，unlocked表示首次调节时钟频率，或当前主从时钟的时间偏移超过1ms，需要同时调整时钟的相位和频率；locked表示当前时间偏移小于1ms，只需要调整频率。
[0030]进一步地，步骤(2)中，使用稳态频率差调节时钟频率，只需将频率调节范围作为入参传入系统调用函数clock_adjtime，由系统函数内部实际调节时钟。
[0031]进一步地，步骤(2)中，pi迭代算法计算公式如下：
[0032][0033]调节时钟频率adjFreq计算公式为：
[0034]adjFreq＝adjFreq+piFunc(t)，adjfreq的初始值是0。
[0035]进一步地，所述方法可应用于点对点直连的拓扑的时钟频率调节。
[0036]进一步地，所述方法可应用于端节点中间有TSN Switch相连的拓扑的时钟频率调节。
[0037]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术将时钟调节的过程分为两个阶段，第一个阶段，在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率，直至时间偏差达到100纳秒；第二个阶段，当时间偏差首次达到100纳秒开始，使用稳态频率差调节时钟频率；后续时钟调节，重新在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率。本专利技术方法运行gPTP可以在2秒内让在局域网里所有节点的时间偏差控制在100纳秒内。
附图说明
[0038]图1是本专利技术所述的实现gPTP时间偏差快速收敛的方法流程图；
[0039]图2是稳态频率差计算示意图；
[0040]图3是Pi算法调节器结构图；
[0041]图4是点对点直连的拓扑示意图；
[0042]图5是端节点中间有TSN Switch相连的拓扑示意图；
[0043]图6是本专利技术与现有技术的时钟调节方案对比效果图。
具体实施方式
[0044]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
[0045]如图1所示，本专利技术所述的实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，将时钟调节的过程分为两个阶段，时钟调节本身有相位调节和频率调节两种，一般在不同的条件下会考虑结合使用或者分开使用，本专利技术优化的是频率调节中频率调节范围计算的方式，也会结合使用相位调节的方式。
[0046]第一个阶段，从时钟(Slave)节点首次调节时钟频率时，计算稳态频率差，在稳态频率差的基础上使用pi(Proportional
‑
lntegral，比例积分)迭代算法调节时钟频率adjFreq，直至时间偏差达到预设时间，例如100纳秒；
[0047]稳态频率差driftFreq为主时钟和从时钟两个节点的时钟之间的初始频率差，即首次调节从时钟之前，两个节点的时钟频率差。
[0048]如图2所示，图中用master代表主时钟节点，用slave代表从时钟节点，t1代表pdelay_req消息的发送时间，t2代表pdelay_req本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，其特征在于，包括步骤：(1)首次调节时钟频率时，计算稳态频率差，在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率，直至时间偏差达到预设时间；(2)当从时钟节点和主时钟节点时间偏差首次达到预设时间开始，使用稳态频率差调节时钟频率；后续时钟调节，重新在稳态频率差的基础上使用pi迭代算法调节时钟频率。2.根据权利要求1所述的实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，其特征在于，所述预设时间为100纳秒。3.根据权利要求1所述的实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，其特征在于，步骤(1)中，稳态频率差driftFreq为主时钟和从时钟两个节点的时钟之间的初始频率差。4.根据权利要求3所述的实现gPTP时间偏差快速收敛的方法，其特征在于，稳态频率差driftFreq的计算步骤为：首先计算传输延迟Pdelay：Pdelay＝((t4
‑
t1)
‑
(t3
‑
t2))/2计算从时钟t6时刻对应的主时钟的时间，t5_last是前一次sync消息发送的时间，CorrectionField是中间经过TSN switch设备的驻留时间：Gm＝t5+pdelay+CorrectionFieldGm_last＝t5_last+pdelay+CorrectionField计算主时钟和从时钟之间的时间偏移：Offset＝t6
‑
Gm计算主时钟和从时钟之间的时钟频率比率，t6_last是前一次sync消息接收的时间：Ratio＝(Gm
‑
Gm_last)/(t6
‑
t6_last)计算主时钟和从...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴然，陈诚，张旸，
申请(专利权)人：奥特酷智能科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：