專利名稱：基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡通信技術(shù)，特別是涉及一種基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
IEEE1588 協(xié)議又稱 PTP (Precision Time Protocol)協(xié)議，是一個在測量和控制網(wǎng)絡中，與網(wǎng)絡交流、本地計算和分配對象有關(guān)的精確同步時鐘的協(xié)議，能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)時鐘同步，該協(xié)議采用了網(wǎng)絡通信、本地運算及分布式對象(distributed objects)技術(shù)，適用于基于網(wǎng)絡報文的通信系統(tǒng)，能實現(xiàn)在異構(gòu)系統(tǒng)中包括不同精度、分辨率及穩(wěn)定性時鐘的同步，在消耗極少網(wǎng)絡及當?shù)貢r鐘計算資源條件下，系統(tǒng)范圍的同步精度可達亞微秒級。PTP系統(tǒng)是依靠主時鐘設備定時地發(fā)布Sync (同步)報文來實現(xiàn)時鐘同步的，從時鐘設備接收到Sync報文后，先計算出網(wǎng)絡延時和與主時鐘設備之間的時間偏移量，再根據(jù)計算出的時間偏移量修正本地時間。在整個PTP系統(tǒng)的時鐘同步過程中，各個網(wǎng)絡節(jié)點均存在著一些不確定因素，比如網(wǎng)絡節(jié)點晶振所產(chǎn)生的內(nèi)部時間抖動會給Sync報文時間戳帶來不確定性，網(wǎng)絡負荷及傳輸過程中的緩沖延遲會造成時間偏移量的不確定性，因此從時鐘設備都會使用一個伺服時鐘(PI控制器)來調(diào)整時間偏差及在穩(wěn)態(tài)條件下由于主從時鐘相對頻率漂移所帶來的誤差。但是，PTP系統(tǒng)還必須考慮最高主時鐘發(fā)生故障時主時鐘切換所產(chǎn)生的影響，具體地說，就是由于從時鐘設備中的伺服時鐘未能及時地作出相應的調(diào)整而導致的暫態(tài)時間精度誤差增大。故障發(fā)現(xiàn)到產(chǎn)生新的主時鐘重新調(diào)整，從時鐘設備的伺服時鐘整個調(diào)整過程所需時間過長(大于幾十秒)，在主時鐘切換過程中伺服時鐘通常需先回到初始值，然后再重新開始控制調(diào)整。針對這些問題，PTP協(xié)議定義了兩個可選項主時鐘群(master cluster)禾口}iHi時I中(alternate master)。主時鐘群選項能夠在不消耗有效的網(wǎng)絡資源條件下，盡早地發(fā)現(xiàn)故障主時鐘，從一定的角度解決了切換時間長的問題，但是需要在PTP系統(tǒng)中有多個主時鐘設備，這會增加系統(tǒng)成本，同時該方法也沒有解決暫態(tài)時間精度誤差增大的問題。準主時鐘選項允許準主時鐘設備(非當前最佳主時鐘)與從時鐘設備交換PTP系統(tǒng)的時間信息，給出了解決主時鐘切換過程中保持時間精度的方法，但是由于準主時鐘與主時鐘之間也存在著頻率偏差，因此也沒有解決暫態(tài)時間精度誤差增大的問題。除了上述的方法外，還有冗余從時鐘控制系統(tǒng)方案及民主主時鐘群的解決方案。冗余從時鐘控制系統(tǒng)方案提出了同時使用兩個最高主時鐘的同步控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效地控制了主時鐘切換時所產(chǎn)生的誤差。但是該解決方案需要兩個最高主時鐘同時傳輸同步報文，這會增加網(wǎng)絡負荷，而且從時鐘設備的冗余控制會增加從時鐘軟硬件的復雜性。民主主時鐘群的解決方案利用由多個主時鐘設備組成的主時鐘群構(gòu)成一個虛擬
3最高主時鐘，從時鐘設備與該虛擬最高主時鐘同步，在主時鐘群內(nèi)部的各主時鐘設備廣播各自的時間，并通過一個收斂函數(shù)尋求共同的時間點，使用容錯平均方法將故障主時鐘影響消除。該解決方案需要4個以上主時鐘設備，與主時鐘群相連的交換機也需作相應調(diào)整， 因此該解決方案的系統(tǒng)成本相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種系統(tǒng)成本低，且能在盡量保持從時鐘原控制結(jié)構(gòu)的基礎上縮小主時鐘切換過程中所帶來的暫態(tài)對時精度誤差，保持從時鐘與主時鐘對時精度的基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法，包括主時鐘設備、準主時鐘設備和從時鐘設備，所述從時鐘設備設有伺服時鐘；
主時鐘設備定時發(fā)布Sync報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce報文至從時鐘設備；
準主時鐘設備定時發(fā)布Sync報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce報文至從時鐘設備；
從時鐘設備定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce報文時，即按最佳主時鐘算法將主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)主時鐘設備所發(fā)布的Sync報文調(diào)整本地時間 fn息；
從時鐘設備定時接收到準主時鐘設備發(fā)布的Armoimce報文，且未能定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce報文時，即按最佳主時鐘算法將準主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)準主時鐘設備所發(fā)布的Sync報文調(diào)整本地時間信息；
其特征在于主時鐘設備和準主時鐘設備定時互發(fā)包含有自身頻率信息的報文給對方，并根據(jù)對方所發(fā)布的報文中的頻率信息計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值， 或定時互發(fā)Sync報文給對方，并根據(jù)對方發(fā)布的Sync報文計算出對方的頻率信息，再進一步計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值；
主時鐘設備通過Sync報文或Announce報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；
準主時鐘設備通過Sync報文或Announce報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；
當網(wǎng)絡最佳主時鐘發(fā)生變化時，從時鐘設備根據(jù)當前網(wǎng)絡最佳主時鐘所發(fā)布的報文中所包含的當前網(wǎng)絡最佳主時鐘與前一網(wǎng)絡最佳主時鐘之間的頻率差值，調(diào)整自身伺服時鐘的時鐘頻率，來彌補因網(wǎng)絡最佳主時鐘切換而產(chǎn)生的時鐘頻率漂移縮短從時鐘設備的自身頻率調(diào)整時間。本發(fā)明提供的基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法，在發(fā)送給從時鐘設備的報文中增加了主時鐘間的頻率差值信息，從時鐘設備能根據(jù)該頻率差值信息直接或間接地調(diào)整內(nèi)部伺服時鐘參數(shù)，來彌補因網(wǎng)絡最佳主時鐘切換而產(chǎn)生的時鐘頻率漂移，從而在使用相對較少的主時鐘及網(wǎng)絡資源，并盡量地保持原有從時鐘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，縮小了主時鐘切換過程中所帶來的暫態(tài)對時精度誤差，能在主時鐘切換過程中保持從時鐘與主時鐘對時精度，其系統(tǒng)成本也相對較低。


圖1是本發(fā)明實施例的基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法中，主時鐘設備與從時鐘設備之間的傳輸路徑處于正常狀態(tài)時的網(wǎng)絡通信原理圖2是本發(fā)明實施例的基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法中，主時鐘設備與從時鐘設備之間的傳輸路徑處于故障狀態(tài)時的網(wǎng)絡通信原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應列入本發(fā)明的保護范圍。如圖1-圖2所示，本發(fā)明實施例所提供的一種基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法，包括主時鐘設備、準主時鐘設備和從時鐘設備，所述從時鐘設備設有伺服時鐘；
主時鐘設備定時發(fā)布Sync (同步)報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce (公告)報文至從時鐘設備；
準主時鐘設備定時發(fā)布Sync (同步)報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce (公告)報文至從時鐘設備；
從時鐘設備定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce (公告)報文時，即按最佳主時鐘算法(BMC)將主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)主時鐘設備所發(fā)布的Sync (同步) 報文調(diào)整本地時間信息；
從時鐘設備定時接收到準主時鐘設備發(fā)布的Armoimce (公告)報文，且未能定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce (公告)報文時，即按最佳主時鐘算法(BMC)將準主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)準主時鐘設備所發(fā)布的Sync (同步)報文調(diào)整本地時間信息； 其特征在于主時鐘設備和準主時鐘設備定時互發(fā)包含有自身頻率信息的報文給對方，并根據(jù)對方所發(fā)布的報文中的頻率信息計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值， 或定時互發(fā)Sync (同步)報文給對方，并根據(jù)對方發(fā)布的Sync (同步)報文計算出對方的頻率信息，再進一步計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值；
主時鐘設備通過Sync (同步)報文或Armoimce (公告)報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；
準主時鐘設備通過Sync (同步)報文或Armoimce (公告)報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；
當網(wǎng)絡最佳主時鐘發(fā)生變化時，從時鐘設備根據(jù)當前網(wǎng)絡最佳主時鐘所發(fā)布的報文中所包含的當前網(wǎng)絡最佳主時鐘與前一網(wǎng)絡最佳主時鐘之間的頻率差值，調(diào)整自身伺服時鐘的時鐘頻率，來彌補因網(wǎng)絡最佳主時鐘切換而產(chǎn)生的時鐘頻率漂移縮短從時鐘設備的自身頻率調(diào)整時間。本發(fā)明實施例中，所述從時鐘設備的伺服時鐘為現(xiàn)有技術(shù)，在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制，PID控制器是通過對誤差信號
4)進行比例、積分和微分運算，其結(jié)果的加權(quán)，得到控制器的輸出該值就是控制對
象的控制值，PID控制器的數(shù)學描述為
權(quán)利要求
1. 一種基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法，包括主時鐘設備、準主時鐘設備和從時鐘設備，所述從時鐘設備設有伺服時鐘；主時鐘設備定時發(fā)布Sync報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce報文至從時鐘設備；準主時鐘設備定時發(fā)布Sync報文，及包含有網(wǎng)絡最高主時鐘信息的Announce報文至從時鐘設備；從時鐘設備定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce報文時，即按最佳主時鐘算法將主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)主時鐘設備所發(fā)布的Sync報文調(diào)整本地時間 fn息；從時鐘設備定時接收到準主時鐘設備發(fā)布的Armoimce報文，且未能定時接收到主時鐘設備發(fā)布的Announce報文時，即按最佳主時鐘算法將準主時鐘設備確定為網(wǎng)絡最佳主時鐘，并根據(jù)準主時鐘設備所發(fā)布的Sync報文調(diào)整本地時間信息；其特征在于主時鐘設備和準主時鐘設備定時互發(fā)包含有自身頻率信息的報文給對方，并根據(jù)對方所發(fā)布的報文中的頻率信息計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值， 或定時互發(fā)Sync報文給對方，并根據(jù)對方發(fā)布的Sync報文計算出對方的頻率信息，再進一步計算出自身頻率與對方頻率之間的頻率差值；主時鐘設備通過Sync報文或Announce報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；準主時鐘設備通過Sync報文或Announce報文將主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值信息傳遞給從時鐘；當網(wǎng)絡最佳主時鐘發(fā)生變化時，從時鐘設備根據(jù)當前網(wǎng)絡最佳主時鐘所發(fā)布的報文中所包含的當前網(wǎng)絡最佳主時鐘與前一網(wǎng)絡最佳主時鐘之間的頻率差值，調(diào)整自身伺服時鐘的時鐘頻率。
全文摘要
一種基于主時鐘頻率差值的從時鐘調(diào)整方法，涉及網(wǎng)絡通信技術(shù)領域，所解決的是縮小主時鐘切換過程中的暫態(tài)對時精度誤差的技術(shù)問題。該方法包括主時鐘設備、準主時鐘設備和從時鐘設備，所述從時鐘設備設有伺服時鐘；其特征在于主時鐘設備發(fā)送給從時鐘設備的報文及準主時鐘設備發(fā)送給從時鐘設備的報文中包含有主時鐘設備與準主時鐘設備之間的頻率差值；當網(wǎng)絡最佳主時鐘發(fā)生變化時，從時鐘設備根據(jù)當前網(wǎng)絡最佳主時鐘所發(fā)布的報文中所包含的頻率差值信息調(diào)整自身伺服時鐘的時鐘頻率，來彌補因網(wǎng)絡最佳主時鐘切換而產(chǎn)生的時鐘頻率漂移。本發(fā)明提供的方法，系統(tǒng)成本低，且能盡量保持從時鐘原控制結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04L7/00GK102347814SQ20111030575
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者楊帆, 米陽, 趙海生, 高彥杰 申請人:上海電力學院, 華東電力試驗研究院有限公司