一种适用于多主时钟网络的主从式时间同步方法与流程

本发明属于通信，尤其涉及一种适用于多主时钟网络的主从式时间同步方法。

背景技术：

1、美国汽车工业协会推出的sae as6802标准为时间触发以太网(time-triggedethernet，tte)规定了分布式时钟同步协议。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(synchronizationclient，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设备(sm、sc和cm)组成一个集群(cluster)。sae as6802标准规定了两步时钟同步方法。第一步，sm在同步启动时刻向集群内的cm发送协议控制帧(protocol control frame，pcf)，请求同步；第二步，cm固化并压缩来自本集群内的sm发来的pcf，计算压缩校正因子得到基准时钟，然后发送压缩后的pcf到sm和sc中，sm和sc固化cm发来的pcf帧，然后将pcf帧携带的基准时钟与本地时钟的预期时刻进行计算，得到本地时钟的时钟校正因子，调整本地时钟。同时cm也根据基准时钟执行本地时钟校正操作，从而完成集群内所有同步设备的时钟同步操作。

2、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-sensitive network，tsn)规定了时间同步标准。ieee802.1as-2020协议规定了主从式时间同步协议。主时钟周期性地发送时间同步报文，从时钟接收同步报文后将本地时间修正为同步报文中的时间，从而达到主从时钟保持一致的目的。主时钟可以通过静态配置指定，也可以由各个时钟执行最佳主时钟算法(best master clock algorithm，bmca)算法选举产生。主时钟发送时钟同步报文以后，该报文到达从时钟的时间存在一定的时延，需要测量该时延以对同步的时间进行补偿。

3、在tte网络中，需要对网络的同步设备进行离线配置，上电之后才能执行时钟同步操作。当网络拓扑发生改变时，需要重新对同步设备进行离线加载配置。在tsn网络中，一个域内只有一个主时钟，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。这将导致网络中有一段时间没有主时钟，且该时间有可能会较长。网络同步设备将暂时丢失同步，可能使得时间感知型报文无法按照预定的时间及时有效传输，从而导致网络故障。因此为了实现自适应组网并且在线配置参数，同时提高时间同步的可靠性，本发明提出一种多主时钟的主从式时间同步方法。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：提供一种适用于多主时钟网络的主从式时间同步方法，用以解决自适应组网容错时间同步问题，提高网络时间同步的可靠性，通过在线配置同步参数，提高时间同步网络自适应能力和可扩展能力。

2、本发明的技术方案：

3、一种适用于多主时钟网络的主从式时间同步方法，在时间同步网络的物理拓扑中，一个域包括多个同步节点，采用集合形式记为sd＝{m1,m2,m3,...,mp,s1,s2,s3,…,sq}，m1表示属于域sd中的第一个主节点，mp表示属于域sd中的最后一个主节点；s1表示属于域sd中的第一个从节点，sq表示属于域sd中的最后一个从节点；

4、根据距离主节点的跳数远近对域内同步节点进行网络级数level＝{l0，l1，l2，…，lc}的划分，将主节点作为整个网络中所有同步设备中最高级数的设备，级数为l0级，记为位于任一主节点mp生成的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk级的同步节点记为

5、所述方法包括：

6、步骤一：低级数同步节点在同步周期开启时刻派发同步帧到邻接的各个高级数同步节点；

7、步骤二：高级数同步节点接收到邻接的低级数从节点发来的同步帧，对同步帧进行固化处理，获得派发因子；

8、步骤三：主节点向邻接的低级数同步节点发送同步帧；

9、步骤四：低级数同步节点对高级数同步主节点发来的同步帧进行固化处理，并计算时间校正因子；

10、步骤五：高级数同步节点利用时间校正因子和派发因子计算同步帧的派发时刻，然后在派发时刻派发同步帧到邻接的低级数同步节点，依次类推，直到域内所有的同步节点都收到同步帧为止；

11、步骤六：各个同步节点筛选获得的时钟同步因子，然后用筛选后的时钟同步因子校正本地时钟。

12、本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

13、(1)步骤一中，

14、网络级数level＝{l0，l1，l2，…，lk-1，lk，lk+1，…，lc}中级数排列顺序为l0>l1>l2>...>lk-1>lk>lk+1>...>lc，并且低级数同步节点向高级数同步节点在同步周期开启时刻派发同步帧，lk表示位于l0之后的任意一个级数，0≤k≤c，c表示除l0以外的总级数。

15、(2)步骤二中，

16、位于任一主节点mp产生的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk级的同步节点对邻接的位于该主节点mp生成的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk+1级的同步节点发来的同步帧进行固化处理；

17、高级数同步节点提取同步帧中携带的透明时钟，并进行固化处理，得到该同步帧的固化时刻然后计算低级数的同步节点发来的同步帧的固化时刻与预期时刻之间的差值，获得派发因子，记为且

18、(3)在任意一个预期调度时刻的两边各开一个观测窗口，长度为δ，形成以预期调度时刻为中心的接收窗aw；步骤三中，

19、任一主节点在派发时刻tdisp，派发同步帧到邻接的任一低级数同步节点派发时刻

20、(4)步骤四具体包括：

21、步骤401：低级数同步节点对高级数同步节点发来的同步帧进行固化处理，得到该同步帧的固化时刻；

22、步骤402：低级数同步节点计算高级数同步节点发来的同步帧的固化时刻与预期调度时刻之间的差值，获得时钟同步因子。

23、(5)步骤401具体为：

24、位于任一主节点mp产生的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk+1级的同步节点对邻接的位于该主节点mp生成的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk级的同步节点发来的同步帧进行固化处理，低级数同步节点提取同步帧中携带的透明时钟信息，该透明时钟信息与主时钟有关，并进行固化处理，得到该同步帧的固化时刻

25、(6)步骤402具体为：

26、位于任一主节点mp产生的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk+1级的同步节点对邻接的位于该主节点mp生成的树状网络同步逻辑拓扑上的属于lk级的同步节点发来的同步帧的预期调度时刻与固化时刻之间的差值，获得时间校正因子，记为且此处

27、(7)步骤五具体为：

28、位于树状网络同步逻辑拓扑根节点上的主节点的派发因子为0，主节点在接收窗结束后的派发时刻，延迟一个同步精度的时间，派发同步帧到邻接的低级数同步节点；

29、除主节点外的高级数同步节点利用时间校正因子更新派发因子，计算同步帧的派发时刻，然后在派发时刻派发同步帧到邻接的低级数同步节点，而接收到高级数同步节点发来的同步帧的低级数同步节点将派发同步帧到邻接的低级数同步节点，依次类推，直到域内所有的同步节点都收到同步帧为止。

30、(8)步骤六具体包括：

31、步骤601：各个同步节点使用筛选修正后的时钟同步因子校正本地时钟；

32、步骤602：所有的同步节点时钟校正时刻使用筛选修正后的时钟同步因子校正本地时钟。

33、本发明技术方案为了使时间同步网络中同步设备的本地时钟与主时钟保持同步，位于主节点为根节点生成的逻辑拓扑上的低级数从节点定期向高级数同步节点发送同步帧请求同步。主节点在接收到同步帧之后，向低级数同步节点发送同步帧。邻接主节点的低级数从节点接收到主节点发来的同步帧，转发同步帧到下一级低级数同步节点，同时计算同步校正因子用于自身的时间同步。以此类推，逐级向下游的同步从节点转发同步帧，直到位于主节点为根节点生成的逻辑拓扑上所有的从节点接收到同步帧，计算同步校正因子，并完成同步。该方法能够为时间同步网络提供基于多主时钟的容错时间同步服务。

34、本发明技术方案适用于多主时钟的时间同步网络的主从式时钟同步，方法的优点在于：

35、(1)本发明方法充分考虑到网络时间同步特性，提供主从式的时钟同步方法适用于交换式网络。

36、(2)本发明方法考虑到网络时间同步的特征，提供构建网络同步逻辑拓扑的方法，不需要离线配置时间同步流量的传输路径，可以根据实际的物理拓扑进行自适应扩展并进行时间同步操作，支持即插即用模式，有利于扩展到多域时间同步网络以适应更大规模网络的时间同步需求。

37、(3)本发明方法考虑到网络时间同步机制的可靠性，提出了基于多主时钟的主从式时钟同步方法校准网络内同步设备的本地时钟，采用热备份机制提高网络同步设备本地时钟的时间同步机制的可靠性。

38、(4)本发明方法提供的时间同步方法，同步从节点向邻接同步节点进行时间同步，而不是向主时钟进行时间同步，减少该同步节点与主时钟节点的往返传输多跳路径上的延迟测量的不确定性，提高时间同步的精确度。