一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的方法及裝置的製作方法
2023-07-28 03:51:26 1
專利名稱：一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在分布式網絡環境中實現多計算機之間時間同步和維持的方法及裝置，特別是涉及一種基於頻率偏差估計的時間同步及維持方法及裝置。
背景技術：
時間統一是計算機應用系統的一個最基本的要求。在基於網絡的分布式系統中， 需要建立標準的時間統一系統或共同的時間基準，以實現系統的時間統一。否則，這些應用很難協調工作與運行。
對於兩個自由運行的時鐘來說，由於晶振和時鐘定時器分頻偏差等原因，導致每個時鐘運行速度不一樣，最終造成時鐘之間的偏差。因此，時間同步包含兩部分工作(1) 在某一時刻實現時鐘之間的時間差同步，即對時。(2)找到該時刻以後時鐘之間的頻率差， 並周期性的對頻率進行補償，即守時。
目前有許多種時間同步技術。不同的時間同步技術精度差別較大，應用場合也不同。在網絡及分布式系統中，主要技術有NTP協議，IEEE 1588協議等。
現有的時間同步技術中存在如下缺點當計算從時鐘計數時，使用的是從時鐘的本地時間，如果此時發生時間調整，將影響計數的準確性；時鐘的晶振頻率會受外界因素 (溫度、溼度)的影響而發生跳變，有可能在兩次時鐘同步之間恰好出現頻率跳變，造成計算的間隔時間與實際值不符，影響頻率的調節；如果網絡環境不好，造成主從時鐘之間網絡通信丟包，甚至主從時鐘之間網絡中斷，從時鐘將無法進行頻率調節和時間維持；不能實時應對網絡抖動、時鐘頻率跳變等情況，從而影響時間同步的精度等。發明內容
本發明要解決的技術問題在於精確計算本地時鐘的時鐘計數；利用測量值估算主從時鐘的頻率偏差並實時處理異常情況；在網絡發生故障時繼續完成守時工作。
為了解決上述技術問題，本發明提出了一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的方法，該方法包括如下步驟步驟1)，進行從時鐘與主時鐘的對時操作和計算主從時鐘的頻率偏差初始值Rtl ；步驟2、，根據計算所得的頻率偏差初始值Rtl，估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間 ，計算時刻t的從時鐘的同步時間測量值Ts，根據所述的主時鐘時間f與所述的同步時間測量值Ts的誤差決定是否採取對時操作，如果是，則進行從時鐘與主時鐘的對時操作，否則，獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R。
優選的，步驟1)包括如下步驟
步驟11)，主時鐘定期發送Sync報文，隨後發送R)ll0WUp報文通報Sync報文的實際發送時間tl，從時鐘記錄Sync報文到達時間t2，當從時鐘接收到主時鐘的Sync報文時， 從時鐘在t3時刻發送Delay_Req報文，主時鐘記錄報文到達時間t4，並將t4通過響應報文 Delay_Resp發送給從時鐘，計算從時鐘與主時鐘的時間偏差Offset和網絡延遲Delay，並將從時鐘設定為iV+Offset+Delay，其中IV為從時鐘同步前的時間，並記錄此時性能計數器的初始值SlaveTickCount。；
步驟1 ，從時鐘接收主時鐘發送的下一個Sync報文，記錄此時的性能計數器 SlaveTickCountn，獲取主時鐘的時鐘計數值MasterClockCountn，然後計算從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0Imtn，其中η為大於O的自然數，表示當前計數值；
步驟13)，判斷當前計數值η是否等於預置的計數值N，如果η不等於N，則繼續執行步驟12)，否則執行步驟14)，其中，N為大於2的自然數；
步驟14)，利用測量所得的N個主時鐘的時鐘計數值MasterClockCountn與從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0imtn，計算所述的頻率偏差初始值禮。
優選的，所述步驟11)中的所述時間偏差Offset和網絡延遲Delay計算方式如 T :0ffset = ((t2-t4) + (tl"t3))/2, Delay = ((t2+t4)-(tl+t3))/2，所述步驟 12)中的 SlaveClockCountn = (SlaveTickCountn-SlaveTiCkCountlri)/TICKS_PER_SEC，其中 TICKS_ PER_SEC為每秒鐘所述性能計數器的計數值。
優選的，步驟14)中的Rtl計算表達式如下
權利要求
1.一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟步驟1)，進行從時鐘與主時鐘的對時操作和計算主從時鐘的頻率偏差初始值Rtl ； 步驟2、，根據計算所得的頻率偏差初始值Rtl,估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間 ，計算時刻t的從時鐘的同步時間測量值Ts，根據所述的主時鐘時間 與所述的同步時間測量值Ts的誤差決定是否採取對時操作，如果是，則進行從時鐘與主時鐘的對時操作，否則， 獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1)包括如下步驟步驟11)，主時鐘定期發送Sync報文，隨後發送R)ll0WUp報文通報Sync報文的實際發送時間tl，從時鐘記錄Sync報文到達時間t2，當從時鐘接收到主時鐘的Sync報文時，從時鐘在t3時刻發送Delay_Req報文，主時鐘記錄報文到達時間t4，並將t4通過響應報文Delay_Resp發送給從時鐘，計算從時鐘與主時鐘的時間偏差Offset和網絡延遲Delay，並將從時鐘設定為iV+Offset+Delay，其中IV為從時鐘同步前的時間，並記錄此時性能計數器的初始值SlaveTickCount。；步驟12)，從時鐘接收主時鐘發送的下一個Sync報文，記錄此時的性能計數器SlaveTickCountn，獲取主時鐘的時鐘計數值MasterClockCountn，然後計算從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0Imtn，其中η為大於O的自然數，表示當前計數值；步驟13)，判斷當前計數值η是否等於預置的計數值N，如果η不等於N，則繼續執行步驟12)，否則執行步驟14)，其中，N為大於2的自然數；步驟14)，利用測量所得的N個主時鐘的時鐘計數值MasterClockCountn與從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0imtn，計算所述的頻率偏差初始值Rtl，R0計算表達式如下
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟11)中的所述時間偏差 Offset 和網絡延遲 Delay 計算方式如下0ffset = ((t2_t4) + (tl_t3))/2，Delay = ((t2+t4)-(tl+t3))/2，所述步驟 12)中的 SlaveClockCountn = (SlaveTickCountn-SlaveT IckCounV1) /TICKS_PER_SEC，其中TICKS_PER_SEC為每秒鐘所述性能計數器的計數值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2)包括如下步驟步驟21)判斷從時鐘是否接收到Sync報文，如果收到，則執行步驟22)，否則執行步驟27)；步驟22)記錄此時的性能計數器SlaveTickCoimtk,獲取計算主時鐘的時鐘計數 MasterClockCountk，計算從時鐘的時鐘計數 SlaveClockCountk ；步驟23)計算從時鐘與主時鐘的時間偏差Offset和網絡延遲Delay，計算出tk時刻從時鐘的同步時間Ts，Ts = Ti^+Offset+Delay，其中Ts1^為從時鐘在tk時刻時同步前的時間；步驟24)利用所述頻率偏差初始值Rtl，估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間其中t為主時鐘的本地時間；步驟25)判斷所述同步時間Ts與^之間的誤差是否在精度要求範圍內，是則利用 進行從時鐘與主時鐘的對時操作，否則，執行步驟沈)；步驟26)獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R，轉至步驟21)；步驟27)基於所述頻率偏差初始值Rtl，估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間 ？ = 4+慫(〃&)，其中t為主時鐘的本地時間，用f進行從時鐘與主時鐘的對時操作。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟25)中的精度要求範圍為小於十分之一毫秒。
6.一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的裝置，其特徵在於，該裝置包括初始化單元，用於進行從時鐘與主時鐘的對時操作和計算主從時鐘的頻率偏差初始值Ro ；執行單元，用於根據計算所得的頻率偏差初始值Rtl,估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間f，計算時刻t的從時鐘的同步時間測量值Ts，根據所述的主時鐘時間f與所述的同步時間測量值Ts的誤差決定是否採取對時操作，如果是，則進行從時鐘與主時鐘的對時操作， 否則，獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述初始化單元包括第一計算單元，用於根據主時鐘定期發送的Sync報文，隨後發送R)llomip報文通報 Sync報文的實際發送時間tl，從時鐘記錄Sync報文到達時間t2，當從時鐘接收到主時鐘的 Sync報文時，從時鐘在t3時刻發送Delay_Req報文，主時鐘記錄報文到達時間t4，並將t4 通過響應報文Delay_ReSp發送給從時鐘，計算從時鐘與主時鐘的時間偏差Offset和網絡延遲Delay，並將從時鐘設定為IV+Offset+Delay，其中IV為從時鐘同步前的時間，並記錄此時性能計數器的初始值SlaveTickCount。；第二計算單元，用於在從時鐘接收主時鐘發送的下一個Sync報文時，記錄此時的性能計數器SlaveTickCountn,獲取主時鐘的時鐘計數值MasterClockCounk，然後計算從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0Imtn，其中η為大於O的自然數，表示當前計數值；第一判斷單元，用於判斷判斷當前計數值η是否等於預置的計數值N，如果η不等於N， 則調用所述第二計算單元，否則調用所述第三計算單元，其中，N為大於2的自然數；第三計算單元，用於利用測量所得的N個主時鐘的時鐘計數值MasterCl0CkC0Imtn與從時鐘的時鐘計數值SlaveCl0CkC0imtn，計算所述的頻率偏差初始值Rtl，R0計算表達式如下
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述第一計算單元中的所述時間偏差 Offset 和網絡延遲 Delay 計算方式如下=Offset = ((t2_t4) + (tl_t3))/2，Delay = ((t2+t4)-(tl+t3))/2，所述第二計算單元中的 SlaveClockCountn = (SlaveTickCountn-S IaveTickCountlri) /TICKS_PER_SEC，其中TICKS_PER_SEC為每秒鐘所述性能計數器的計數值。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述執行單元包括第二判斷單元，用於判斷從時鐘是否接收到Sync報文，如果收到，則調用第四計算單元，否則調用第八計算單元；第四計算單元，用於記錄此時的性能計數器SlaveTickCoimtk,獲取主時鐘的時鐘計數 MasterClockCountk，計算從時鐘的時鐘計數 SlaveClockCountk ；第五計算單元，用於計算從時鐘與主時鐘的時間偏差Offset和網絡延遲Delay，計算出tk時刻從時鐘的同步時間Ts,Ts = Ti^+Offset+Delay，其中Tsk^為從時鐘在tk時刻時同步前的時間；第六計算單元，用於利用所述頻率偏差初始值Rtl,估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間 = 々+及(/-[)，其中t為主時鐘的本地時間；第三判斷單元，用於判斷所述同步時間Ts與f之間的誤差是否在精度要求範圍內，是則利用 進行從時鐘與主時鐘的對時操作，否則，調用第七計算單元；第七計算單元，用於獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R，調用第二判斷單元；第八計算單元，用於基於所述頻率偏差初始值Rtl,估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間 =、+凡( - λ)，其中t為主時鐘的本地時間，用f進行從時鐘與主時鐘的對時操作。
10.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述第三判斷單元中的精度要求範圍為小於十分之一毫秒。
全文摘要
本發明提出了一種基於頻率偏差估計的時間同步和維持的方法和裝置，該方法包括進行從時鐘與主時鐘的對時操作和計算主從時鐘的頻率偏差初始值R0；根據計算所得的頻率偏差初始值R0，估算從時鐘在時刻t對應的主時鐘時間，計算時刻t的從時鐘的同步時間測量值Ts，根據所述的主時鐘時間與所述的同步時間測量值Ts的誤差決定是否採取對時操作，如果是，則進行從時鐘與主時鐘的對時操作，否則，獲取N個新的主時鐘計數和從時鐘計數，基於所述N個新的主時鐘計數和從時鐘計數重新計算頻率偏差值R。本發明使得分布式系統中時鐘同步更加精確、操作更加方便。
文檔編號H04L29/08GK102480350SQ20101056284
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者姬孟洛, 王志偉 申請人:北京中和威軟體有限公司