計算機網絡的時間同步方法和具有時間同步的計算機網絡的製作方法

2023-06-07 21:52:51

專利名稱：計算機網絡的時間同步方法和具有時間同步的計算機網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機網絡的時間同步方法，優選為由至少一個主計算機(主設備)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)組成的交換計算機系統的時間同步方法，其中，每個計算機都具有至少一個內部時鐘，而且所述的計算機通過至少一個ATM總線相連(ATM＝異步轉移模式)。
另外，本發明還涉及一種計算機網絡，優選為由至少一個主計算機(主設備)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)組成的交換計算機系統，其中，每個計算機都具有至少一個內部時鐘，而且所述的計算機通過至少一個ATM總線彼此相連。
目前還沒有公開過實時處理計算機系統、尤其是交換計算機系統的現有技術，其中參與計算機網絡的計算機的時間同步是利用在日期和時鐘時間方面至少為+/-50msec的精度、以及在相對計時標記方面至少為+/-1msec的精度來實現的。目前所使用的交換計算機系統、譬如本申請人的交換計算機系統EWSD或EWSX要麼被實現為單處理器系統，要麼被實現為嚴格耦合的多處理器系統。在這種構造方式中，由於多個處理器的嚴格耦合或由於只存在一個處理器，自然需要給出特殊的時間同步。
但是在一般的設計過程中，還需要把分布式的實時處理計算機系統用作交換計算機系統。根據計費測定的要求，位於處理計算機系統之內的處理計算機需要有一個在日期和時鐘時間方面的同步時間，該時間的最大誤差為+/-50msec。該要求是由計費測定決定的，因為在所述分布式系統中的所有計算機處均由該計費測定來編制具有時間數據的記錄單。另外，根據所述分布式系統的內部數據傳送協議，需要為所述網絡系統內的所有計算機實現一種精度為至少+/-1msec的相對計時標記，也即計數。這種計時標記的相對解析度-亦即從一個計數到下一個計數的間隔-典型地為大約10msec的範圍。該計時標記是必需的，以便用來在系統中測量消息通過時間、分析故障特性，或藉助系統跟蹤器來在所述的分布式系統中實現性能分析。為了能時間正確地根據跟蹤結果分配事件，同樣也需要在系統範圍內同步的時鐘時間，也即相應準確的計時標記。
因此本發明的任務在於，講述一種優選為交換計算機系統的計算機網絡的時間同步方法以及一種相應的計算機網絡，優選為相應的交換計算機系統，所述方法能為日期/時鐘時間實現至少為+/-50msec的時間同步，而且還能為一般的相對計時標記實現至少為+/-1msec的時間同步，其中在各個計算機之間沒有直接的連接，而是僅採用了ATM總線。
該任務由相應的主方法權利要求和主裝置權利要求的特徵部分來實現。
一種計算機網絡的時間同步方法，優選為由至少一個主計算機(主設備)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)組成的交換計算機系統的時間同步方法，其中，每個計算機都具有至少一個內部時鐘，而且所述的計算機通過至少一個ATM總線相連(ATM＝異步轉移模式)，就該方法來說，發明人建議它至少具有如下的方法步驟-由所述至少一個主計算機利用第N個中斷發送出一個用固定時間間隔Δt發送的中斷序列，並通過所述的ATM總線發出一個具有時間數據(TOD)的同步消息(Sync)，其中，所述的時間數據對應於所述主計算機在第N個中斷時間點時的時間再加上所述的時間間隔Δt，-由所述至少一個子計算機通過所述的ATM總線並利用較好的可能性讀取該同步消息，然後利用下一中斷的出現把其內部時鐘調整到所述傳送的時間，並且通過所述的ATM總線向主計算機發送一個具有所述子計算機的標識的結果消息(Ack)，-由所述的主計算機讀取該結果消息，並根據消息渡越時間來判斷該結果消息是否為適時發出的，-如果為適時發出，則確定所述相應的子計算機為同步，而且-如果不為適時發出，則確定所述相應的子計算機為不同步。
根據本發明方法的一種擴展方案，在上述中斷之間可以出現在該時間同步方法中不考慮的其它中斷。
根據本發明的思想，所述的主計算機可以利用第(N+2)個中斷重新實現上述方法所述的時間同步，以便使在第一次同步掃描中沒有同步的子計算機利用該重新執行的時間同步進行同步。此外，可以在某個時間過去之後，根據計算機網絡中各個計算機的各硬體時鐘的行程差來生成各計算機時間測量的相對偏差，由此使重新同步成為必要。
顯然，該時間同步可以以某些預定的間隔重複進行，以便使計算機網絡不斷地保持同步。
根據本發明的方法，可以在主計算機內為同步或不同步的計算機建立識別機理，其中，如果所述的結果消息在所述第(N+1)和(N+2)個中斷之間輸入到主計算機內，則認為一個確定的子計算機同步。
利用這種方法，主計算機可以識別出哪些子計算機處於同步狀態或非同步狀態，而無需採取其它特殊的通往子計算機的通信連接。
被用來發送同步中斷的時間間隔Δt的典型大小為23.5msec。時間間隔Δt的該典型精度要比幾nsec好，因為後者會與幾μsec範圍內的純程序運行時間疊加。
本發明的上述時間同步方法還有一種擴展方案，即在所述的計算機網絡中設有其它的主計算機，而該其它的主計算機又具有一個至少在系統時間方面為上一級的計算機，並按上述方法進行同步。由此還可以使譬如由多個群集組成的更大計算機網絡產生同步，其中所述的群集由一個主計算機和多個下級的子計算機組成，這樣，首先是所述的主計算機在其系統時間方面同步，然後該主計算機又自動地-按照上述方法-使其所屬的子計算機同步。
但需要指出的是，也可以在一種其中所有的計算機通過ATM總線彼此相連的計算機網絡中定義一個單獨的、通過ATM總線實現時間同步的主計算機，這樣，所有的、也即所有其它的主計算機和所有子計算機便根據該同步消息進行同步。如果一個自己不觸發同步的主計算機想識別其所屬的子計算機是否現在已時間同步，那麼它便可以監聽各子計算機的結果消息，並由此來判斷其所屬的子計算機是否已時間同步。
在優選的方法中，所述傳送的時間中還可以包含有日期，而在一種特殊的實施方案中，所述的ATM總線為一種AMX總線。
除了本發明的方法之外，發明人還根據另一發明思想建議用如下方式來改進已知的計算機網絡，該計算機網絡優選為由至少一個主計算機(主設備)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)組成的交換計算機系統，其中，每個計算機都具有至少一個內部時鐘，而且所述的計算機通過至少一個ATM總線彼此相連(ATM＝異步轉移模式)，所述的方式為-所述至少一個主計算機具有一種裝置，由該裝置利用第N個中斷發送出一個用固定時間間隔Δt發送的中斷序列，並通過所述的ATM總線發出一個具有時間數據(TOD)的同步消息(Sync)，其中，所述的時間數據對應於所述主計算機在第N個中斷時間點時的時鐘時間再加上所述的時間間隔Δt，-所述至少一個子計算機具有一種通過所述的ATM總線讀取該同步消息的裝置，其中，其內部時鐘利用下一中斷的出現被調整到所述傳送的時間，並且還具有一種被用來通過所述的ATM總線向主計算機發送一個具有所述子計算機標識的結果消息(Ack)的裝置，-所述的主計算機具有一種讀取該結果消息的裝置和一種判定裝置，該判定裝置根據消息渡越時間來判斷該結果消息是否為適時發出的，-在所述的主計算機內裝設一個存儲裝置，其中，如果為適時發出，則確定所述相應的子計算機為同步，而且-如果不為適時發出，則確定所述相應的子計算機為不同步。
根據此發明，除了為時間同步所設定的中斷之外，還可以設置一些在該時間同步中不考慮的其它中斷。
在所述計算機網絡的一種特殊實施方案中另外還規定，主計算機用於時間同步的所述裝置具有一種重複器，該重複器利用第(N+2)個中斷重新實現時間同步。當時間同步需要維持一個較長的時延時，這是非常重要的。
在本發明計算機網絡的一種特殊實施方案中建議，如果所述的結果消息在所述第(N+1)和(N+2)個中斷之間輸入到主計算機內。則主計算機的所述判定裝置便認為一個確定的子計算機同步。所述中斷之間的時間間隔的典型大小可以規定為23.5msec。
相應於上述的方法，也可以在所述的計算機網絡中設有其它的主計算機，而該其它的主計算機又具有一個至少在系統時間方面為上一級的計算機，並按上述方法相互進行同步。
另外有利的是，所述傳送的時間中不僅包括純粹的白天時間，而且還包含有日期。
在本發明計算機網絡的另一種典型的擴展方案中，所述的ATM總線為一種AMX總線。
本發明的其它擴展、附加特徵和優點將由下文參考附圖對優選實施例的說明中和從屬權利要求給出。
應當理解，本發明的上述特徵和下面還將講述的特徵不僅可以以所述給定的組合應用，還可以以其它組合或單獨地應用，而不會脫離本下文藉助附圖來詳細解釋本發明。


圖1計算機網絡的簡圖；圖2在時間軸上的本發明方法流程圖。
圖1示出了計算機網絡的簡圖，其具有舉例示出的四個計算機1～4。計算機1為主計算機(主設備)1，它具有處理器(MP主設備＝主處理器主設備)1.1、石英控制的時鐘(HW時鐘＝硬體時鐘)1.2、以及經ATM連接線1.4通往AMX總線5的接口1.3。
另外還示出了子計算機2～3，它們在配置上同樣也分別具有處理器2.1～4.1、時鐘2.2～4.2、以及ATM接口2.3～4.3。所述的子計算機2～4也通過ATM連接線2.4～4.4接到AMX總線5上。
連接箭頭6.1～6.3的意思是，所實現的時間同步從主計算機1出發作用到子計算機2～4。
圖2示出了用於時間同步的本發明方法的時間流程，該方法是利用圖1所示的計算機網絡來實現的。從左至右延伸的是時間軸t。從上至下排列列出了具有處理器1.1～4.1的四個計算機。沿著時間軸在最上面一行中給出了一些時間同步中斷(ATM點)，其具有時間間隔Δt為23.5msec的第N～N+3個中斷。所述的主計算機1利用第一個中斷N發送一個同步消息，該消息為在第N個中斷時間點時的當前時間TOD再加上23.5msec(TOD-S)。該發送的時間TOD-S也對應於第(N+1)個中斷出現時的時間點。在該時間流程中，在於計算機2和子計算機3中均讀取該同步消息(Sync)。在收到該同步消息之後，所述的兩個計算機2和3便將其內部時鐘2.2和3.2調整為所述傳送的時間TOD-S以作為第(N+1)個中斷時的開始。此外，它們還在第(N+1)個中斷之後利用如下信息向主計算機1發送一個結果消息(Ack)，所述信息為同步消息已收到和內部時鐘的時間已相應地調整。然而，第三個子計算機4隻有在第(N+1)個中斷之後才接收所述的同步消息，使得它只針對下一個-也即針對稍後的中斷-而將其內部時鐘調整到所述傳送的時間。因此，其系統時間的誤差為Δt＝23.5ms。相應地，該第三個子計算機也只有在第(N+2)個中斷之後才給主計算機發送結果消息。
於是，主計算機在第(N-1)個中斷和第(N+2)個中斷之間進行記錄，所述的兩個子計算機2和3已根據同步消息(Sync)使其內部時鐘2.2和3.2同步，而子計算機3還沒有發出結果消息(Ack)。因此，主計算機知道只有所述的子計算機2和3在其時間調整方面已正確同步，而計算機3的結果還沒有確定。在第(N+2)個中斷之後，主計算機收到所述子計算機3的結果消息，此時該主計算機才知道所述的子計算機3的確沒有正確地同步。利用該第(N+2)個中斷-也即在下一個成偶數的中斷時-，所述的主計算機再次向計算機網絡中沒有同步的子計算機4發送第二組同步消息，該消息為在第(N+2)個中斷時間點時的當前時間再加上23.5msec，利用隨後給主計算機發送的信號，該子計算機4重新開始同步。另外，可以利用接下來的時鐘使此處沒有示出的、其它還未同步的計算機產生同步。
如果該方法以足夠的頻度進行重複，則可以使所有的子計算機與主計算機同步。在該情形下，時間調整的不準確性與從主計算機到子計算機的消息的時間流程無關，而是只取決於各個中斷之間的時間間隔Δt的精度。由於該時間間隔的不準確性只位於幾nsec的範圍之內，所以通過上述方法的時間同步極為精確，由此在任何情況下都可以在傳送的時鐘時間和日期方面滿足+/-50msec的要求。
如果除了上述發送的時鐘時間之外還利用同步消息發送一個計時標記(亦即計數)，而該計時標記的解析度位於幾毫秒的範圍之內，則也可以通過上述方法用位於該計時標記的解析度之內的精度來調整整個計算機網絡的計算機的相對計時標記。
因此，所述的方法滿足同步時間方面的要求(日期/時鐘時間+/-50msec，相對計時標記+/-1msec)。
權利要求
1.計算機網絡的時間同步方法，優選為由至少一個主計算機(主設備)(1)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)(2，3，4)組成的交換計算機系統的時間同步方法，其中，每個計算機(1，2，3，4)都具有至少一個內部時鐘(1.2，2.2，3.2，4.2)，而且所述的計算機(1，2，3，4)通過至少一個ATM總線(5)相連(ATM＝異步轉移模式)，其特徵在於如下的方法步驟-由所述至少一個主計算機(1)利用第N個中斷發送出一個用固定時間間隔Δt發送的中斷序列，並通過所述的ATM總線(5)發出一個具有時間數據(TOD-S)、且必要時還具有計時標記(計數值)的同步消息(Sync)，其中，所述的時間數據對應於所述主計算機在第N個中斷時間點時的時鐘時間(TOD)再加上所述的時間間隔Δt，-由所述至少一個子計算機(2，3，4)通過所述的ATM總線(5)並利用較好的可能性讀取該同步消息(Sync)，然後利用下一中斷的出現把其內部時鐘(2.2，3.2，4.2)調整到所述傳送的時間(TOD-S)，並且通過所述的ATM總線(5)向主計算機(1)發送一個具有所述子計算機(2，3，4)的標識的結果消息(Ack)，-由所述的主計算機(1)讀取該結果消息(Ack)，並根據消息渡越時間來判斷該結果消息(Ack)是否為適時發出的，-如果為適時發出，則確定所述相應的子計算機為同步，而且-如果不為適時發出，則確定所述相應的子計算機為不同步。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在權利要求1所述的中斷之間可以出現在本方法中不考慮的其它中斷。
3.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述的主計算機(1)利用第(N+2)個中斷重新實現權利要求1所述的時間同步。
4.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，如果所述的結果消息(Ack)在所述第(N+1)和(N+2)個中斷之間輸入到主計算機(1)內，則認為一個確定的子計算機(2，3，4)同步。
5.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述的時間間隔Δt為23.5msec。
6.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在所述的計算機網絡中設有其它的主計算機，而該其它的主計算機又具有一個至少在系統時間方面為上一級的計算機，並按上述方法進行同步。
7.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述傳送的時間(TOD-S)中還包含有日期。
8.如前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述的ATM總線為一種AMX總線。
9.計算機網絡，優選為由至少一個主計算機(主設備)(1)和至少一個所屬的子計算機(從屬設備)(2，3，4)組成的交換計算機系統，其中，每個計算機(1，2，3，4)都具有至少一個內部時鐘(1.2，2.2，3.2，4.2)，而且所述的計算機(1，2，3，4)通過至少一個ATM總線(5)彼此相連(ATM＝異步轉移模式)，其特徵在於，-所述至少一個主計算機(1)具有一種裝置，由該裝置利用第N個中斷發送出一個用固定時間間隔Δt發送的中斷序列，並通過所述的ATM總線(5)發出一個具有時間數據(TOD-S)、且必要時還具有計時標記(計數值)的同步消息(Sync)，其中，所述的時間數據對應於所述主計算機在第N個中斷時間點時的時鐘時間(TOD)再加上所述的時間間隔Δt，-所述至少一個子計算機(2，3，4)具有一種通過所述的ATM總線(5)讀取該同步消息(Sync)的裝置，其中，其內部時鐘(2.2，3.2，4.2)利用下一中斷的出現被調整到所述傳送的時間(TOD-S)，並且還具有一種被用來通過所述的ATM總線(5)向主計算機(1)發送一個具有所述子計算機(2，3，4)標識的結果消息(Ack)的裝置，-所述的主計算機(1)具有一種讀取該結果消息(Ack)的裝置和一種判定裝置，該判定裝置根據消息渡越時間來判斷該結果消息(Ack)是否為適時發出的，-在所述的主計算機(1)內裝設一個存儲裝置，其中，如果為適時發出，則確定所述相應的子計算機為同步，而且-如果不為適時發出，則確定所述相應的子計算機為不同步。
10.如權利要求9所述的計算機網絡，其特徵在於，在 1所述的中斷之間可以設置一些在所述時間同步中不考慮的其它中斷。
11.如前述權利要求9～10之一所述的計算機網絡，其特徵在於，主計算機(1)用於時間同步的所述裝置具有一種重複器，該重複器利用第(N+2)個中斷重新實現時間同步。
12.如前述權利要求9～11之一所述的計算機網絡，其特徵在於，如果所述的結果消息(Ack)在所述第(N+1)和(N+2)個中斷之間輸入到主計算機(1)內，則主計算機(1)的所述判定裝置認為一個確定的子計算機(2，3，4)同步。
13.如前述權利要求9～12之一所述的計算機網絡，其特徵在於，所述的時間間隔Δt為23.5msec。
14.如前述權利要求9～13之一所述的計算機網絡，其特徵在於，在所述的計算機網絡中設有其它的主計算機，而該其它的主計算機又具有一個至少在系統時間方面為上一級的計算機，並按上述方法進行同步。
15.如前述權利要求9～14之一所述的計算機網絡，其特徵在於，所述傳送的時間中還包含有日期。
16.如前述權利要求9～15之一所述的計算機網絡，其特徵在於，所述的ATM總線為一種AMX總線。
全文摘要
本發明涉及一種利用主計算機實現的、計算機網絡的時間同步方法,其中,為了進行同步,利用第N個中斷在ATM總線上發送一個時間信號,該時間信號對應於該中斷時間點再加上各中斷之間的時間間隔,而且,需同步的子計算機利用下一個中斷將其時鐘調整到該發送的時間信號上。
文檔編號H04L12/56GK1337138SQ00802918
公開日2002年2月20日 申請日期2000年1月14日 優先權日1999年1月19日
發明者R·斯圖爾姆, J·舒赫特, H·埃格爾斯 申請人:西門子公司