一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法及模型与流程

1.本发明涉及通信相关领域，尤其涉及一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法及模型。


背景技术：

2.现有的时间同步技术当中，同步时钟技术是一种理想的实现方案；空间系统由24颗卫星组成，它们分布在地球轨道中运行，用户设备可以接受由这些卫星发出的精准的时间信息和地理信息；但是时钟系统造价较高，不利于降低成本，并且存在一定的安全隐患；
3.网络时间同步协议(networktimeprotocol，ntp)是应用比较广泛的网络时间同步协议，采用软件的方式来处理时间戳信息，但其精度仅能达到毫秒级，难以满足目前时间同步精度的要求；精确时间同步协议(precisiontimeprotocol，ptp)借鉴了ntp的一些方法，借助硬件的时间戳加盖方式降低了协议栈处理时造成的时间抖动，从而大大的提升了时间同步精度，其时间同步精度可以达到微秒级，但是该方法适用于传输链路上下行对称的网络，在非对称网络中将产生较大误差；此外，数据链系统中通常采用往返计时(roundtriptiming，rtt)同步的方法实现链路中各个参与单元的同步；首先指定一个终端作为网络时间基准(nettimereference，ntr)，其他网络用户不断与ntr交换往返计时信息以维持和基准时间的同步，同步过程中，网络用户为询问方，网络时间基准为应答方，往返定时同步的具体过程分为粗同步和精同步；目前有多项研究用于提高数据链时间同步的精度，已经可以达到十纳秒级，但是该方法时间精度严重受延时、抖动、丢包等影响，尤其是在动态变化的异构网络环境。
4.近年来提出的分布式一致时间同步算法能有效提高时间同步的可扩展性和鲁棒性；但是，由于其基于扩散和迭代式融合的全网同步方式收敛速度慢，不能满足快速全网同步的要求；此外当存在不确定性延时，该方法将无法达到平均一致，时钟同步性能将会恶化；最近，又提出了一些基于信念传播bp(beliefpropagation)的分布式始终同步方法，该方法将节点之间的时钟偏差作为边缘分布，以信念传播计算边缘分布的方法求相邻节点之间的时钟偏差，进而实现全网时钟同步；该方法前提条件是假设延时服从高斯分布，然而该假设在大多数场景下并不成立；另外，以上的方法均只针对单个时钟同步协议或者本身进行优化，未兼容其它协议，不适于在广域异构网络环境下全面应用，难以适应军事环境中多网并存、协议繁杂等特点。
5.此外，现阶段时钟同步的相关研究均基于国外应用平台及操作系统，在ieeel588v2标准颁布之前，intel公司是首先结合硬件实现ieeel588的公司之一，其推出的ixp465网络处理器，嵌入了能够支持ieeel588功能的硬件单元，能够达到亚微秒时钟同步精度；其它电子厂商如美国国家半导体公司(ni)推出了支持时钟同步的接口模块，pmc.sierra公司也推出了支持ieeel588的5420芯片；但这些存在难以预料的漏洞及后门，严重影响了军事作战时的指挥控制安全；为解决这些问题，急需在国产自主研发平台上开发网络时钟同步技术，适用非对称异构网络，兼容多种同步协议，为军事网络信息作战提供
关键技术支持。


技术实现要素：

6.为解决上述背景技术中提出的问题。本发明新型提供了一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法及模型，具有通过感知网络多信道质量，弥补网络传输时延抖动和排队时延不固定以及面向时钟同步过程上下行传输链路非对称情况，实现网络频率偏差和时钟偏差的补偿，极大地提高时间同步精度的特点。
7.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法，包括以下步骤，
8.所述s10、利用广域异构网络中的网络授时信道属性(延时性、动态变化等)作为计算参数；
9.所述s20、结合ptp的授时精度高、ntp的授时通用性强等优点，通过参数计算，定期通过增加块突发传输来优化ptp和ntp报文中的时间戳，计算传输延时的非对称比，来提高对网络节点的授时精度；
10.所述s30、entp授时技术的实现是依据异构网络下的多信道融合感知算法感知授时节点信道的属性，作为计算参数；然后进行同步计算，实现广域异构环境下entp时钟同步协议对网络节点的高精度授时。
11.本发明进一步提供一种多信道融合感知模型，本方法中的时间同步过程与传统的ntp协议过程相同，额外增加了3个块突发报文来计算上下行的传输延时非对称比，步骤如下：
12.所述a10、标准ntp协议时间同步部分：
13.服务器和客户端之间通过二次报文交换，认为上下行传输延时相同，初步确定主从时间误差；
14.时间偏移“θ”定义为：
[0015][0016]
往返延迟“δ”为：
[0017]
δ＝(t
s.2-t
s.1
)-(t
m.2-t
m.1
)；
[0018]
所述a20、entp块突发传输测量改进算法；
[0019]
在实际的传输过程中往返的传输延时是一个动态变化的过程。所以提前计算的信道补偿值是不可靠的，因此需要附加一个新的算法来实时的计算传输延时的“非对称比”，算法的原理和思路如下：
[0020]
a201、从时钟给主时钟发送一个asymm_revise_req报文，触发主时钟进行块突发传输；
[0021]
a202、当主时钟收到asymm_revise_req报文时，连续发送m2s_explorer_1、m2s_explorer_2和m2s_explorer_3报文给从时钟；
[0022]
a203、从时钟收到m2s_explorer_1、m2s_explorer_2和m2s_explorer_3报文，从时钟并记录报文到达时间ts.3、ts.5和ts.7，然后立即发送s2m_explorer_1、s2m_explorer_2和s2m_explorer_3报文；
[0023]
a204、当主时钟收到s2m_explorer_1、s2m_explorer_2和s2m_explorer_3报文时分别记录时间戳tm.6、tm.7和tm.8；
[0024]
a205、主时钟通过asymm_revise_resp报文把时间戳tm.6和tm.8发送给从时钟。
[0025]
进一步的，所述a10、标准ntp协议时间同步部分包括：
[0026]
t
s.1
是请求数据包传输的客户端时间戳；
[0027]
t
m.1
是请求数据包回复的客户端时间戳；
[0028]
t
s.2
是请求数据包传输的客户端时间戳；
[0029]
t
m.2
是请求数据包回复的客户端时间戳。
[0030]
进一步的，所述a205、主时钟通过asymm_revise_resp报文把时间戳tm.6和tm.8发送给从时钟包括：
[0031]
非对称比a：
[0032][0033]
下行单程报文分组传输延时t
down
：
[0034]
t
s2m
＝t
m.1-t
s.1
[0035]
t
m2s
＝t
s.2-t
m.2
[0036][0037]
时钟之间的时间偏差值offset：
[0038][0039]
客户端进行根据时间偏差值offset来校正本地时钟。
[0040]
本发明的有益效果为：
[0041]
通过对多信道融合感知技术的研究，我们考虑了时间同步过程中上下行的传输延时非对称比问题，通过感知网络多信道质量，弥补网络传输时延抖动和排队时延不固定以及面向时钟同步过程上下行传输链路非对称情况，结合ptp的授时精度高、ntp的授时通用性强等优点，通过参数计算，定期通过增加块突发传输来优化ptp和ntp报文中的时间戳，计算传输延时的非对称比，实现网络频率偏差和时钟偏差的补偿，极大地提高时间同步精度；最终，我们创新性地提出一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法，能够根据时间同步上下行传输延时的非对称比，动态调整计算过程，提高时间同步精度。
附图说明
[0042]
图1为多信道融合感知entp协议时钟同步原理流程图。
具体实施方式
[0043]
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0044]
本发明的具体结构为：一种基于多信道融合感知的高精度时间同步方法，其特征
在于：包括以下步骤，
[0045]
所述s10、利用广域异构网络中的网络授时信道属性(延时性、动态变化等)作为计算参数；
[0046]
所述s20、结合ptp的授时精度高、ntp的授时通用性强等优点，通过参数计算，定期通过增加块突发传输来优化ptp和ntp报文中的时间戳，计算传输延时的非对称比，来提高对网络节点的授时精度；
[0047]
所述s30、entp授时技术的实现是依据异构网络下的多信道融合感知算法感知授时节点信道的属性，作为计算参数；然后进行同步计算，实现广域异构环境下entp时钟同步协议对网络节点的高精度授时。
[0048]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将根据附图对本发明实施方式做进一步地详细阐述。
[0049]
本发明通过对多信道融合感知技术的研究，我们考虑了时间同步过程中上下行的传输延时非对称比问题，通过感知网络多信道质量，弥补网络传输时延抖动和排队时延不固定以及面向时钟同步过程上下行传输链路非对称情况，结合ptp的授时精度高、ntp的授时通用性强等优点，通过参数计算，定期通过增加块突发传输来优化ptp和ntp报文中的时间戳，计算传输延时的非对称比，实现网络频率偏差和时钟偏差的补偿，极大地提高时间同步精度。
[0050]
如图1所示，本发明进一步提供了一种多信道融合感知模型，其特征在于：本方法中的时间同步过程与传统的ntp协议过程相同，额外增加了3个块突发报文来计算上下行的传输延时非对称比，步骤如下：
[0051]
所述a10、标准ntp协议时间同步部分：
[0052]
服务器和客户端之间通过二次报文交换，认为上下行传输延时相同，初步确定主从时间误差；
[0053]
时间偏移“θ”定义为：
[0054][0055]
往返延迟“δ”为：
[0056]
δ＝(t
s.2-t
s.1
)-(t
m.2-t
m.1
)；
[0057]
所述a20、entp块突发传输测量改进算法；
[0058]
在实际的传输过程中往返的传输延时是一个动态变化的过程。所以提前计算的信道补偿值是不可靠的，因此需要附加一个新的算法来实时的计算传输延时的“非对称比”，算法的原理和思路如下：
[0059]
a201、从时钟给主时钟发送一个asymm_revise_req报文，触发主时钟进行块突发传输；
[0060]
a202、当主时钟收到asymm_revise_req报文时，连续发送m2s_explorer_1、m2s_explorer_2和m2s_explorer_3报文给从时钟；
[0061]
a203、从时钟收到m2s_explorer_1、m2s_explorer_2和m2s_explorer_3报文，从时钟并记录报文到达时间ts.3、ts.5和ts.7，然后立即发送s2m_explorer_1、s2m_explorer_2和s2m_explorer_3报文；
[0062]
a204、当主时钟收到s2m_explorer_1、s2m_explorer_2和s2m_explorer_3报文时分别记录时间戳tm.6、tm.7和tm.8；
[0063]
a205、主时钟通过asymm_revise_resp报文把时间戳tm.6和tm.8发送给从时钟。
[0064]
优选的，所述a10、标准ntp协议时间同步部分包括：
[0065]
t
s.1
是请求数据包传输的客户端时间戳；
[0066]
t
m.1
是请求数据包回复的客户端时间戳；
[0067]
t
s.2
是请求数据包传输的客户端时间戳；
[0068]
t
m.2
是请求数据包回复的客户端时间戳。
[0069]
优选的，所述a205、主时钟通过asymm_revise_resp报文把时间戳tm.6和tm.8发送给从时钟包括：
[0070]
非对称比a：
[0071][0072]
下行单程报文分组传输延时t
down
：
[0073]
t
s2m
＝t
m.1-t
s.1
[0074]
t
m2s
＝t
s.2-t
m.2
[0075][0076]
时钟之间的时间偏差值offset：
[0077][0078]
客户端进行根据时间偏差值offset来校正本地时钟。
[0079]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0080]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。