一种TSN时钟同步调整同步周期的方法与流程

本发明涉及网络通信，尤其涉及一种tsn时钟同步调整同步周期的方法。

背景技术：

1、tsn(time sensitive networking，时间敏感网络)是由ieee 802.1工作组定义的一系列协议族，包括时钟同步、流量调度、带宽预留、高可靠性等相关协议，在以太网的基础上进行扩展，解决了时间敏感数据的确定性传输问题。这些标准可以满足低延迟、高可靠、稳定传输等严格的网络性能要求，能够用于工业控制、航空电子、车载网络等场景中关键数据的确定性通信。

2、时钟同步是实现tsn网络流量调度的基础和前提。ieee 802.1as标准规定了用于时间敏感网络同步的gptp协议，使系统能够满足对时间敏感的应用的时钟同步、抖动以及漂移要求。ieee 802.1as主要包括主时钟选取、时钟同步树生成、链路延迟测量、时钟频差校正、时钟同步等算法。

3、网络进行时钟同步时，主时钟(grand master，gm)节点周期性发送sync和follow_up报文，将gm时间沿时钟同步树分发到每个交换机和端节点。每个桥节点使用sync和follow_up报文携带的gm时间和校正信息，以及前期测量的本节点与上一节点的链路延迟和邻居频率比计算主时钟与本地时钟的时间偏差，更新本地时间，并将链路延迟、在本节点的驻留延时以及主从时钟频率比补偿到follow_up报文校正域中继续发送。其中链路延迟通过pdelay_req/pdelay_resp报文周期性进行延迟测量。

4、目前tsn网络时钟同步过程，主时钟发送同步报文的间隔，即同步周期，大多设为一个恒定值。实际上，时钟同步误差与同步周期密切相关。在同步时刻误差趋近于0，但在该同步周期内随着时间的推移，由于存在时钟漂移等因素，误差值会增加。同步周期小会带来更好的同步准确性，但也会导致更高的网络负载。同步报文发送周期固定的时钟同步系统，无法实时反映网络环境的变化，同步性能有可能不满足需求。同时，需要采取措施降低时钟同步操作所带来的网络负载。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种tsn时钟同步调整同步周期的方法，能够在保持网络最佳同步性能的同时，不给网络带来较大负载。

2、具体地，本发明提出了一种tsn时钟同步调整同步周期的方法，包括步骤：

3、s1，在各从时钟节点中配置主从时钟之间的时间偏差允许范围、时间偏差与同步周期调整系数映射表；

4、s2，各从时钟节点根据上一节点的sync报文携带的主时钟时间、follow_up报文中的校正信息、前期测量的本节点和上一节点的链路传输延时，计算出主时钟与本地时钟的时间偏差并保存在本地；

5、s3，当从时钟节点发现所保存的时间偏差符合同步周期调整条件时，根据所述映射表生成同步周期实际调整系数，向tsn的主时钟节点发送同步报文周期调整通知，所述同步报文周期调整通知包含所述同步周期实际调整系数；

6、s4，主时钟节点收到所述同步报文周期调整通知，读取该通知中携带的同步周期实际调整系数，根据所述同步周期实际调整系数生成新的同步周期。

7、根据本发明的一个实施例，所述同步周期调整条件包括：

8、连续n个时间偏差不在配置的时间偏差允许范围内，或连续m个时间偏差中的n个时间偏差不在配置的时间偏差允许范围内；其中，n、m为大于2的整数，且n<m。

9、根据本发明的一个实施例，对于不在配置的时间偏差允许范围内的n个时间偏差，查找每个时间偏差在所述映射表中对应的同步周期调整系数，获得n个同步周期调整系数，将n个同步周期调整系数的均值作为同步周期实际调整系数。

10、根据本发明的一个实施例，在步骤s2中，若从时钟节点是网桥设备，则在收到sync报文后，需要在设定时间内转发，并将本节点与上一节点的链路延时和sync报文在本节点驻留时间累加到follow_up报文校正域中，并写入主从时钟频率比。

11、根据本发明的一个实施例，在执行步骤s1之前还包括：

12、tsn通过最佳主时钟算法选举或静态配置的方法获得主时钟，并生成时钟同步树，确定网络中主从端口状态；

13、在tsn中的每条链路上主从端口之间周期性进行链路延迟测量，通过pdelay_req、pdelay_resp报文测量相邻设备间传输延迟；同时复用pdelay_req、pdelay_resp报文进行邻居时钟频率比计算；

14、主从时钟节点进行周期性时钟同步，通过sync和follow_up报文将主时钟和修正信息沿所述时钟同步树分发到每个交换机和端节点，同步报文发送周期按协议默认值配置。

15、根据本发明的一个实施例，在执行步骤s1之后且在步骤s2之前，各从时钟节点收到同步报文后，根据其中的上一节点主从时钟频率比与邻居时钟频率比计算本节点的主从时钟频率比。

16、根据本发明的一个实施例，在步骤s4，若在同一发送间隔内所述主时钟节点收到来自多个所述从时钟节点的同步报文周期调整通知，则丢弃超出发送间隔的同步报文周期调整通知。

17、根据本发明的一个实施例，所述映射表中的同步周期调整系数为比例系数；

18、若来自各节点的同步周期实际调整系数均大于1，则取所有同步周期实际调整系数的平均值与当前同步周期相乘结果作为新的同步周期；

19、若来自各节点的同步周期实际调整系数存在小于1的情况，则取最小的同步周期实际调整系数与当前同步周期相乘结果作为新的同步周期。

20、根据本发明的一个实施例，所述映射表中的同步周期调整系数为同步周期的变化值；

21、若来自各节点的同步周期实际调整系数均为正数，则取所有同步周期实际调整系数的平均值与当前同步周期相加结果作为新的同步周期；

22、若来自各节点的同步周期实际调整系数存在小于零的情况，则取最小的同步周期实际调整系数与当前同步周期相加结果作为新的同步周期。

23、根据本发明的一个实施例，所述映射表中包含的时间偏差与同步周期调整系数为一一对应关系，所述映射表以表格形式进行配置，所述映射表为xml文件或json文件。

24、本发明提供的一种tsn时钟同步调整同步周期的方法，通过在各从时钟节点中配置主从时钟之间的时间偏差允许范围、时间偏差与同步周期调整系数映射表，使得主从节点能根据网络状态自动调整同步周期，在保持网络最佳同步性能的同时，不给网络带来较大负载。

25、应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

技术特征：

1.一种tsn时钟同步调整同步周期的方法，包括步骤：

2.如权利要求1所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，所述同步周期调整条件包括：

3.如权利要求2所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，对于不在配置的时间偏差允许范围内的n个时间偏差，查找每个时间偏差在所述映射表中对应的同步周期调整系数，获得n个同步周期调整系数，将n个同步周期调整系数的均值作为同步周期实际调整系数。

4.如权利要求3所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，在步骤s2中，若从时钟节点是网桥设备，则在收到sync报文后，需要在设定时间内转发，并将本节点与上一节点的链路延时和sync报文在本节点驻留时间累加到follow_up报文校正域中，并写入主从时钟频率比。

5.如权利要求1所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，在执行步骤s1之前还包括：

6.如权利要求5所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，在执行步骤s1之后且在步骤s2之前，各从时钟节点收到同步报文后，根据其中的上一节点主从时钟频率比与邻居时钟频率比计算本节点的主从时钟频率比。

7.如权利要求1所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，在步骤s4，若在同一发送间隔内所述主时钟节点收到来自多个所述从时钟节点的同步报文周期调整通知，则丢弃超出发送间隔的同步报文周期调整通知。

8.如权利要求7所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，所述映射表中的同步周期调整系数为比例系数；

9.如权利要求7所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，所述映射表中的同步周期调整系数为同步周期的变化值；

10.如权利要求1所述的tsn时钟同步调整同步周期的方法，其特征在于，所述映射表中包含的时间偏差与同步周期调整系数为一一对应关系，所述映射表以表格形式进行配置，所述映射表为xml文件或json文件。

技术总结
本发明涉及一种TSN时钟同步调整同步周期的方法。该方法包括步骤：S1，在各从时钟节点中配置主从时钟之间的时间偏差允许范围、时间偏差与同步周期调整系数映射表；S2，各从时钟节点计算出主时钟与本地时钟的时间偏差并保存在本地；S3，当从时钟节点发现所保存的时间偏差符合同步周期调整条件时，根据映射表生成同步周期实际调整系数，向TSN的主时钟节点发送同步报文周期调整通知；S4，主时钟节点根据同步周期实际调整系数生成新的同步周期。本发明提出的一种TSN时钟同步调整同步周期的方法，能够在保持网络最佳同步性能的同时，不给网络带来较大负载。

技术研发人员：刘力,郭梦雪,杨茜,申亚飞,周罗善,杨尚咏,罗明慧
受保护的技术使用者：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15