一种基于AFDX网络的时钟同步方法与流程

本发明涉及航空电子全双工交换式以太网(avionicsfull-duplexswitchedethernetnetwork，简称afdx)领域，具体是一种同步afdx网络中各节点时钟同步的方法。

背景技术：

afdx网络是一种基于ieee802.3以太网技术的航空数据交换网络，引入了虚拟链路(virtuallink，vl)的概念，具有时间确定性的特点，目前广泛应用于大型飞机的航电系统中。

afdx网络虽然具有确定性，但仍然存在延时和竞争导致网络数据帧传输时间有可能超过实际应用可接收的时间范围。而afdx网络协议本身不具备时间管理与同步功能，所以在网络传输过程中无法确定数据帧在网络中传输的实际经过时间，也就无法对网络中的关键数据提供高时间完整性的数据传输服务。在某些应用场景下传输关键数据时，时间完整性是十分重要的判断消息完整性的依据。所以，开发一种基于afdx网络的时钟同步方法就显得尤为关键。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种基于afdx网络的时钟同步方法，将afdx网络中所有设备节点的网络时钟进行同步，达到时钟同步之后终端与终端之间的消息传输延迟可被准确计算，以此为afdx网络中传输的数据提供不同时间完整性等级的通信提供时间基准，从而提高关键数据交互的安全性和完整性。同时，提高网络的时间完整性还能有助于提高afdx网络的故障隔离能力。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于afdx网络的时钟同步方法，在每一个同步周期过程中，同步过程分为以下几步：

步骤1.作为主设备的afdx交换机向连接在本afdx交换机上的所有终端广播同步请求消息，并记录发送同步请求消息的时间戳；

步骤2.作为从设备的终端根据上一同步周期收到的时钟偏差值对收到同步请求消息时本地时钟的时间戳进行修正，当终端收到同步请求消息时，将收到同步请求消息时的时间戳作为同步回复消息发送给afdx交换机；

步骤3.afdx交换机接收到各同步回复消息后，根据发送同步请求消息时的时间戳和各同步回复消息里的时间戳计算出主设备与各个从设备之间的时钟偏差；

步骤4.将本地时钟和所有从设备的时钟偏差值组成一个时钟偏差消息，并将该时钟偏差消息广播给网络中所有终端；

步骤5.终端从接收到时钟偏差消息解析出各终端的时钟偏差值并保存，在接收业务消息时，将发送业务消息的终端的时钟偏差值与本地的时钟偏差值相减作为时钟补偿值进行补偿，从而得到业务消息在网络传输的准确时间；

步骤6.等到下一个同步周期来临时，终端采用新的本地时钟值与afdx交换机进行同步通信。

本发明的有益效果在于：本发明通过提供基于afdx网络的时间同步方法解决了afdx网络无法准确计算数据在网络中传输时间这一问题，从而为afdx网络提高数据的时间完整性提供了技术基础，进一步增强了afdx网络的安全性。

附图说明

图1为基于afdx网络的时钟同步方法的流程示意图。

图2为基于afdx网络的时钟同步方法的实验说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明将afdx网络分为两部分：主设备和从设备。在afdx网络中，所有网络终端通过afdx交换机进行数据交互。本实施例将afdx交换机作为主设备，其余普通终端作为从设备。

本发明提供的基于afdx网络的时钟同步方法以一个同步周期为单位进行时间同步，如图1所示，在每一个同步周期过程中，同步过程分为以下几步：

步骤1.作为主设备的afdx交换机向连接在本afdx交换机上的所有终端广播同步请求消息，并记录发送同步请求消息的时间戳；

步骤2.作为从设备的终端根据上一同步周期收到的时钟偏差值对收到同步请求消息时本地时钟的时间戳进行修正，当终端收到同步请求消息时，将收到同步请求消息时的时间戳作为同步回复消息发送给afdx交换机；

步骤3.afdx交换机接收到各同步回复消息后，根据发送同步请求消息时的时间戳和各同步回复消息里的时间戳计算出主设备与各个从设备之间的时钟偏差；

步骤4.将本地时钟和所有从设备的时钟偏差值组成一个时钟偏差消息，并将该时钟偏差消息广播给网络中所有终端；

步骤5.终端从接收到时钟偏差消息解析出各终端的时钟偏差值并保存，在接收业务消息时，将发送业务消息的终端的时钟偏差值与本地的时钟偏差值相减作为时钟补偿值进行补偿，从而得到业务消息在网络传输的准确时间；

步骤6.等到下一个同步周期来临时，终端采用新的本地时钟值与afdx交换机进行同步通信。

主设备和从设备之间可通过配置时钟偏差的阈值来判断终端是否达到同步状态，若主设备与某一台从设备之间的时钟偏差大于阈值，则认为主设备与从设备未达到同步状态；反之，若时钟偏差小于阈值，则认为主设备与从设备达到同步状态。为适应不同的网络环境，时钟偏差的阈值可根据实际网络环境设定，保证afdx网络中交换机和终端能够处于稳定同步状态。

在实际afdx通信过程中，若通过本发明中提供的网络时钟同步方法达到同步后时钟偏差值较小，在通信过程中引起的偏差可忽略不计，则数据在网络中发送的时间即为接收时间戳与发送时间戳的差值；若同步后时钟偏差不可忽略，则可采取补偿的方式计算终端之间的时钟偏差，补偿方法如下：

假设，接收端从设备时钟与主设备时钟tsw的时钟偏差为δt1，发送端从设备时钟与主设备时钟tsw的时钟偏差为δt2。则接收端从设备时钟trecv与主设备时钟的关系为：trecv＝tsw+δt1；发送端从设备时钟tsend与主设备时钟的关系为：tsend＝tsw+δt2。可知，发送端从设备和接收端从设备之间的时钟偏差δt＝trecv-tsend＝δt1-δt2。得知发送端与接收端从设备之间的时钟偏差，接收端从设备即可将该偏差补偿到发送时间戳与接收时间戳的差值中，从而得到数据在网络传输的准确时间。

上述方法适用于网络中仅存在一个交换机的情况。当网络中存在两个或以上交换机时，交换机与交换机之间存在级联的关系。此时，交换机本身除了作为主设备之外，两台级联的交换机之间也分为主从设备，主从设备之间的通信与单个交换机网络中的同步通信过程相同。通过同步通信，两台交换机的本地时间在一定时间之后可到达同步状态，此时，与两台交换机相连的普通终端与交换机分别达到同步状态，两台交换机之间亦为同步状态，此时，整个网络完成同步过程。

为了对本发明描述的基于afdx网络的时间同步方法有进一步的了解和认识，用一个实施例来对afdx网络时间同步方法进行进一步说明。

实施例中的afdx中的网络拓扑架构示意图如图2所示。(此图仅作为举例示意，实际网络拓扑中可能有一个或多个终端连接在同一个交换机上)

在本实施例网络中有一个afdx交换机和三个终端，afdx交换机作为同步主设备，三个终端为同步从设备。

同步过程中，交换机首先向三个终端广播同步请求消息，三个终端收到同步请求消息后分别向发送经过时钟偏差修正的本地时间信息作为同步回复消息。交换机收到三个终端的同步回复消息，分别计算与三个终端的时钟偏差，然后将本地时钟与三个终端时钟的时钟偏差组成一个消息，广播给三个终端。三个终端从消息中解析出三个时钟偏差值进行保存，当终端之间收发消息时则使用时钟偏差值进行补偿。例如，若终端1发送afdx消息给终端2，终端2在接收消息将同步过程中收到的终端1与终端2的时钟偏差值相减作为补偿值对afdx消息在网络中传输时间进行补偿。同时，三个终端保存的时钟偏差也用于对下一个同步周期中终端发送的同步回复消息中的本地时间戳进行修正。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。