时间触发以太网主从式外部时钟同步方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种时间触发以太网主从式外部时钟同步方法及系统，包括：在端系统和交换机组成的时间触发网络中，每个集成周期通过脉冲锁定外部时钟，并开始内部时钟同步；完成内部时钟同步后记录端系统内部时钟修正值；以时间触发消息周期性调度广播输出外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值；其他端系统的外部时钟用户根据接收到的外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值计算外部时钟偏差；外部时钟用户根据外部时钟偏差修正本机外部时钟

【技术实现步骤摘要】
时间触发以太网主从式外部时钟同步方法及系统


[0001]本专利技术涉及星载电子网络设备领域，具体地，涉及一种时间触发以太网主从式外部时钟同步方法及系统；更为具体地，涉及一种基于时间触发网络内部时钟同步基础上实现外部时钟同步的方法及系统
。

技术介绍

[0002]以太网是局域网中最通用的通信协议标准，
1982
年
12
月，
IEEE802.3
发布
。
传输速率从十兆
、
百兆
、
千兆到万兆，以太网技术的发展，速率呈数量级增长的同时，其应用领域也在不断拓宽
。
以太网传输速率高
、
拓扑结构灵活
、
技术支持丰富
、
易于升级，但是以太网的设计以高带宽和可靠响应为目标，网络中存在一定的延迟
、
抖动和非确定性是可以接受的，而在安全关键应用场景下在实时性
、
确定性
、
可靠性等方面存在缺陷
。
各标准化组织和行业在
IEEE802.3
标准基础上，结合
IEEE1588
时间同步协议，提出了多种提升以太网实时性的技术方案
。
其中以
SAE AS6802
标准为基础的时间触发以太网解决方案在同步精度
、
网络规模
、
兼容难度
、
复杂度
、
实现代价等方面表现优异而越来越多地获得青睐，并在新能源汽车
、
航空
、
航天领域获得应用
。
[0003]SAE AS6802
标准定义了容错同步策略，用于在端系统和交换机组成的分布式系统中构建
、
维护同步时钟，并支持时间关键特性流量
(
时间触发消息
)
和非时间关键特性流量
(
速率受限消息和尽力而为消息
)
的传输
。
端系统通过标准以太网帧交互数据，采用网络范围内的同步时钟基准来协调各端系统，从而减少传输延迟和抖动
。
[0004]时钟同步，使系统中所有节点与时间有关的行为保持一致
。
通过
SAE AS6802
标准实现端系统和交换机之间的高精度内部时钟同步，是由晶体振荡器驱动的数字电路时钟计数器，但是没有实现各节点之间的外部物理世界的时钟同步
。
外部时钟一般使用世界协调时作为标准时间，外部时钟同步，就是将节点外部时钟与世界协调时进行同步
。
网络时间协议
NTP、
精确时间协议
PTP、
导航定位系统等都可以实现时钟同步
。
[0005]经对现有技术的文献检索发现，提出了诸多提高网络内部时钟的同步精度
、
可靠性等方面的方法，如申请号
CN201610834564.4《
适用于时间触发以太网的分布式容错时钟同步方法及系统
》
将
SAE AS6802
标准中的同步主和压缩主的功能进行了融合避免压缩主单点失效，
CN201710215014.9《
一种适用于多同步域时间触发以太网的主从时钟同步方法
》
通过高精度外部时钟源修正内部时钟晶振频率漂移导致的时钟同步精度降低，申请号
202011480567.5《
一种时间触发以太网时间同步方法
、
设备及系统
》
提出了内部时钟相位和频率同时修正的方法
。
在外部时钟同步方面，申请号
CN201911235633.X《
基于
1588
和
AS6802
协议的
TTE
时间同步方法
》
将
TTE
时间同步和
1588
时间同步相结合实现端系统相对同步与格林威治时间外部同步
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种时间触发以太网主从式外部时
钟同步方法及系统
。
[0007]根据本专利技术提供的一种时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，包括：
[0008]步骤
S1
：在端系统和交换机组成的时间触发网络中，每个集成周期通过脉冲锁定外部时钟，并开始内部时钟同步，记录端系统内部时钟修正值；
[0009]步骤
S2
：以时间触发消息周期性调度广播输出外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值；
[0010]步骤
S3
：其他端系统的外部时钟用户根据接收到的外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值计算外部时钟偏差；
[0011]步骤
S4
：外部时钟用户根据外部时钟偏差修正本机外部时钟
。
[0012]优选地，在所述步骤
S1
中：
[0013]设备通过各自端系统接入网络，与网络交换机构成时间触发以太网，离线完成网络参数配置；
[0014]设备包括：最优外部时钟源
、
次优外部时钟源和外部时钟用户；
[0015]时间触发以太网时钟同步，最优外部时钟源端系统和次优外部时钟源端系统配置为同步主，优先级配置为集群中最高优先级；
[0016]时间触发以太网上电后，完成时钟同步启动，实现网络内部时钟同步；
[0017]在每个集成周期
local_integration_cycle
开始时刻，网络中各端系统分别向其主机输出集成脉冲方波；
[0018]主机根据集成脉冲锁定本机外部时钟计数器，并将当前计数
external_clock
保存，直到接收到下一个集成脉冲，更新为最新锁定的计数；
[0019]每个集成周期
local_integration_cycle
开始后，同步主发出集成帧，压缩主接收各同步主发送的集成帧，经固化
、
压缩后，修正压缩主内部时钟，并调度返回集成帧；
[0020]同步主和同步客户端接收压缩主返回的集成帧，经固化后，修正同步主和同步客户端的内部时钟，并记录各自的内部时钟修正值
clock_corr
，直到进行下一次时钟同步，更新内部时钟修正值
。
[0021]优选地，在所述步骤
S2
中：
[0022]最优外部时钟源以时间触发消息形式，按照
T_1nd
为调度周期向网络广播输出一条最优时间以太网帧；最优时间以太网帧由调度时刻之前最新集成周期脉冲锁定的外部时钟计数
external_clock_1nd
和内部时钟修正值
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，其特征在于，包括：步骤
S1
：在端系统和交换机组成的时间触发网络中，每个集成周期通过脉冲锁定外部时钟，并开始内部时钟同步，记录端系统内部时钟修正值；步骤
S2
：以时间触发消息周期性调度广播输出外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值；步骤
S3
：其他端系统的外部时钟用户根据接收到的外部时钟源的外部时钟计数和内部时钟修正值计算外部时钟偏差；步骤
S4
：外部时钟用户根据外部时钟偏差修正本机外部时钟
。2.
根据权利要求1所述的时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，其特征在于，在所述步骤
S1
中：设备通过各自端系统接入网络，与网络交换机构成时间触发以太网，离线完成网络参数配置；设备包括：最优外部时钟源
、
次优外部时钟源和外部时钟用户；时间触发以太网时钟同步，最优外部时钟源端系统和次优外部时钟源端系统配置为同步主，优先级配置为集群中最高优先级；时间触发以太网上电后，完成时钟同步启动，实现网络内部时钟同步；在每个集成周期
local_integration_cycle
开始时刻，网络中各端系统分别向其主机输出集成脉冲方波；主机根据集成脉冲锁定本机外部时钟计数器，并将当前计数
external_clock
保存，直到接收到下一个集成脉冲，更新为最新锁定的计数；每个集成周期
local_integration_cycle
开始后，同步主发出集成帧，压缩主接收各同步主发送的集成帧，经固化
、
压缩后，修正压缩主内部时钟，并调度返回集成帧；同步主和同步客户端接收压缩主返回的集成帧，经固化后，修正同步主和同步客户端的内部时钟，并记录各自的内部时钟修正值
clock_corr
，直到进行下一次时钟同步，更新内部时钟修正值
。3.
根据权利要求1所述的时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，其特征在于，在所述步骤
S2
中：最优外部时钟源以时间触发消息形式，按照
T_1nd
为调度周期向网络广播输出一条最优时间以太网帧；最优时间以太网帧由调度时刻之前最新集成周期脉冲锁定的外部时钟计数
external_clock_1nd
和内部时钟修正值
clock_corr_1nd
组成；次优外部时钟源以时间触发消息形式，按照
T_2nd
为调度周期向网络广播输出一条次优时间以太网帧；次优时间以太网帧由调度时刻之前最新集成周期脉冲锁定的外部时钟计数
external_clock_2nd
和内部时钟修正值
clock_corr_2nd
组成
。4.
根据权利要求1所述的时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，其特征在于，在所述步骤
S3
中：时间触发以太网中其他端系统的外部时钟用户主机接收最优时间以太网帧和次优时间以太网帧消息，分别与本机最新集成脉冲锁定的外部时钟计数
external_clock_local
和内部时钟修正值
clock_corr_local
比较，分别得到与最优外部时钟源和次优外部时钟源的外部时钟偏差
offset_1nd、offset_2nd
，其中：
offset_1nd
＝
(external_clock_1nd
‑
clock_corr_1nd)
‑
(external_clock_local
‑
clock_corr_local)offset_2nd
＝
(external_clock_2nd
‑
clock_corr_2nd)
‑
(external_clock_local
‑
clock_corr_local)。5.
根据权利要求1所述的时间触发以太网主从式外部时钟同步方法，其特征在于，在所述步骤
S4
中：外部时钟用户主机根据时钟偏差
offset_1nd
和
offset_2nd
修正本机外部时钟计数器，优先选择
offset_1nd
，若最优外部时钟源主机故障或者长时间无法正常接收最优外部时钟
external_clock_1nd
消息，则选择
offset_2nd
作为修正值修改本机外部时钟计数器；根据时钟偏差修正本机外部时钟计数器，采用直接授时和逐次逼近校时方式：直接授时方式，根据时钟偏差
offset_1nd
或
offset_2nd
直接赋值修改外部时钟用户主机外部时钟计数器；逐次逼近校时方式，根据时钟偏差
offset_1nd
或
offset_2nd
的校时方向修改外部时钟用户主机外部时钟计数器的最低位数，正校时，外部时钟计数器最低位数加1，负校时，外部时钟计数器最低位数减
1。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴侃侃，李林伟，周军，侯蕾，班勇苗，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：