一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法与流程

本发明属于网络安全通信，具体涉及一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法。

背景技术：

1、时间同步是时间敏感网络tsn的关键技术之一，也是其能实现确定性通信的重要前提。在硬实时性通信中，网络中的所有设备(包括终端设备和网络内部组件等)需要公共的参考时间，因此彼此之间的时钟需要实现同步。只有完成时间同步，网络中的所有设备才能同步运行，并在特定的时间点执行相应的操作。

2、ieee802.1as协议中介绍了时钟同步的过程，所述时间敏感网络由多个互连的时间感知系统组成，时间感知系统包括交换机和终端站。所述gptp域包含一个或多个满足标准定义的互联ptp实例和通信链路；协议通过执行最佳主时钟算法或通过静态配置方式在网络中构建时间同步生成树并选定一个主时钟节点，由于机载网络拓扑相对固定不变的特性，采用静态配置的方式配置主从时钟。主时钟节点周期性地向所有从节点发送带有其时钟的报文，各个从节点利用报文内的时间戳信息、时钟频率比等信息计算出与主时钟的时间偏差，利用时间偏差修正本地时钟，实现全局网络的时钟同步。

3、由时钟同步实现的过程可知，网络的全局时钟同步需要依赖于主时钟节点周期性地向从节点发送带有其时间戳的报文，因此，当选取的主时钟节点或报文传输路径出现故障时，会导致时钟同步功能中断。当使用最佳主时钟算法选取主从时钟时，网络需要重新建立时间同步树建立传输路径和选取主时钟节点才能够恢复同步状态，在一小段时间内，整个网络处于失同步状态，当网络拥塞时，此过程会持续更长时间。通过外部端口配置时，当主时钟故障时，所有从节点接收不到主时钟节点发送的同步报文，网络长期处于失同步状态；当链路故障时，处于故障链路上的节点接收不到主时钟同步报文，造成该节点失同步。

4、网络的失同步，会导致网络内各个设备的时钟偏差变大，对时间敏感报文产生不可预知的影响。因此，建立一种提高网络时间同可靠性的方法对于时间敏感网络系统至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，解决了现有时间同步过程中出现的主时钟故障和通信路径故障导致的网络失同步问题。

2、为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

3、一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，所述方法基于主时钟冗余方案和路径冗余方案提高所述时间敏感网络的时间同步可靠性；

4、所述主时钟冗余方案为：

5、为所述时间敏感网络设置至少一个主时钟节点及至少一个备份主时钟节点；

6、所述路径冗余方案为：

7、为时间敏感网络设置至少两个网桥；所述网桥的时间来源包括至少一个主时钟节点及至少一个备份主时钟节点；每个从时钟节点的时间来源包括至少两个网桥。

8、进一步的，所述主时钟节点和备份主时钟节点分别按照各自的同步路径为从时钟节点发送同步消息；

9、在主时钟节点正常工作状态下，所有从时钟节点收到来自主时钟节点和备份主时钟节点的两个同步时间，从时钟节点将两个同步时间转换成一个时间，之后与主时钟节点进行时间同步。

10、进一步的，从时钟将两个同步域时间转换成一个时间的方法具体为：

11、通过计算平均值的方式将主备时钟信息转化为一个同步时间信息。

12、进一步的，在主时钟节点故障情况下，从时钟节点使用备份主时钟节点发送的报文与备份主时钟节点进行时间同步；

13、当时间敏感网络的链路出现故障时；从时钟节点选择另外的网桥发送来的报文与主时钟节点进行时间同步。

14、进一步的，当所述时间敏感网络完成物理连接时，执行时间敏感网络同步初始化的过程为：

15、使用静态配置的方式对时间敏感网络中的所有节点进行配置，包括：

16、配置同步角色，同步角色包括主时钟、备份主时钟以及从时钟；

17、根据物理连接方式配置至少两个时间同步域，建立以主时钟节点为根节点的主时钟域，建立以备份主时钟节点为根节点的备份主时钟域；

18、不同同步域通过冗余物理接口建立域内的时间同步树。

19、进一步的，在所述时间敏感网络同步初始化后，主时钟节点和从时钟节点根据ieee1588两步法计算相邻节点之间的链路延时。

20、进一步的，测量链路延时后，

21、主时钟节点按照主时钟域同步树路径周期性地发送带有主时钟域标识的sync报文和follow_up报文至从节时钟节点，同时，备份主时钟节点与主时钟节点时间同步后以主时钟域的时间作为外部时钟源，按照备份主时钟域同步树路径发送带有备份主时钟域标识的sync报文和follow_up报文至从时钟节点。

22、进一步的，正常情况下，从时钟节点接收到主时钟节点和备份时钟节点发送的报文后，提取报文内携带的时间戳，并通过计算平均值的方式将主备时钟戳转化为一个时间戳；

23、在主时钟故障情况下，从节点接收不到主时钟节点发送的报文时，使用备份主时钟发送的报文获取时间戳；

24、在链路故障情况下，从节点利用冗余网络发送来的报文获取时间戳；

25、在获取到时间戳后，计算从时钟节点与主时钟节点之间的时钟偏差，基于所述时钟偏差事实调整从时钟节点的本地时钟。

26、有益效果：

27、本发明提出了一种提高机载网络时间敏感网络时间同步可靠性的方法，基于ieee802.1as协议通过交互式的消息传输计算网络中主从时钟节点的时间偏差，来达到网络中节点的相对时间同步；针对网络同步过程中可能出现的主时钟故障和链路故障问题，从主时钟冗余和路径冗余两方面提高时间同步的可靠性。

技术特征：

1.一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，所述方法基于主时钟冗余方案和路径冗余方案提高所述时间敏感网络的时间同步可靠性；

2.根据权利要求1所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，其特征在于，

技术总结
本发明属于网络安全通信技术领域，具体涉及一种提高机载时间敏感网络时间同步可靠性的方法，基于主时钟冗余方案和路径冗余方案提高所述时间敏感网络的时间同步可靠性；本发明通过交互式的消息传输计算网络中主从时钟节点的时间偏差，来达到网络中节点的相对时间同步；针对网络同步过程中可能出现的主时钟故障和链路故障问题，从主时钟冗余和路径冗余两方面提高时间同步的可靠性。

技术研发人员：孟悦,王建宇,刘智武,姬利,崔钟允
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15