專利名稱：一種基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步對時技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種利用多時鐘環(huán)的方式來防止時鐘切換抖動的方法。
背景技術(shù)：
IEEE 1588精密時鐘同步協(xié)議讓測量以及用于實施網(wǎng)絡(luò)通信、本地計算和分布式對象的控制系統(tǒng)的時鐘精確同步成為可能。時鐘之間的通信是通過一個通信網(wǎng)絡(luò)進行的， 協(xié)議在系統(tǒng)中設(shè)立了時鐘之間的主從關(guān)系。所有的時鐘都要最終從主時鐘的時間上派生出它們自己的時間。其中，IEEE 1588共有3種設(shè)備類型，分別為普通時鐘、邊界時鐘和透明時鐘。普通時鐘按角色可分為主時鐘和從時鐘，只包含一個精密時間協(xié)議(PTP)端口 ；邊界時鐘是一個多口裝置，在精密時間協(xié)議(PTP)范圍之間起到橋梁作用，也就是說它在一方面是從時鐘，在另一方面又是一個主時鐘。邊界時鐘可以是不同精密時間協(xié)議(PTP)模式之間或者不同鏈路層技術(shù)之間的橋梁。透明時鐘是一個多口裝置，通常是一個分組交換機，控制精密時間協(xié)議(PTP)信息并對由于儲存與轉(zhuǎn)發(fā)排隊交換機構(gòu)成所帶來的不確定時間抖動進行修正。協(xié)議的基本原理是主時鐘從更高精度的時鐘(如GPS)獲取時間信號，然后主從時鐘之間進行同步信息包的發(fā)送和接收，對信息包的發(fā)出時間和接收時間信息進行記錄，并且對每一條信息包加蓋時間標簽。有了時間標簽，從時鐘就可以計算出自己與主時鐘的時間差以及網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延時，從而進行時鐘的校準同步，如圖1所示。為了提高時鐘同步系統(tǒng)的可靠性，往往為網(wǎng)絡(luò)配有兩個主時鐘，如圖2所示，主時鐘A和B它們均連接在一個全球定位系統(tǒng)GPS高級時鐘上，并擁有自己的對時網(wǎng)絡(luò)A網(wǎng)和 B網(wǎng)。其中一個對時網(wǎng)絡(luò)處于工作狀態(tài)，另一個對時網(wǎng)絡(luò)處于備用狀態(tài)，處于工作狀態(tài)的對時網(wǎng)絡(luò)的連接線無論是物理上還是邏輯上都是聯(lián)通的，處于備用狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)的連接線物理上是聯(lián)通的，但是邏輯上是斷開的，圖2中的叉字號則表示斷開。假設(shè)主時鐘A發(fā)生故障， 那么備用對時網(wǎng)絡(luò)B就會恢復(fù)聯(lián)通，對時網(wǎng)絡(luò)A斷開聯(lián)通，此時主時鐘B就會代替A繼續(xù)工作。這種方法存在這樣一個問題，就是這兩個時鐘分別連接在不同的全球定位系統(tǒng) GPS信號上，由于全球定位系統(tǒng)GPS信號A和B之間不可能是完全同步的，就導(dǎo)致主時鐘A 和B是不一致的，一旦A發(fā)生故障之后，B開始工作，那么整個網(wǎng)絡(luò)的時間需要從A跳躍到 B，跳躍的過程中會出現(xiàn)時間的抖動，并且跳躍是需要一個收斂時間，在這段時間內(nèi)會影響到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正確對時，導(dǎo)致意外發(fā)生，這無疑會影響到整個同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，提供一種基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，該方法利用多時鐘環(huán)避免對時網(wǎng)絡(luò)之間的切換出現(xiàn)時間的抖動，使得切換過程平滑順利，從而加強網(wǎng)絡(luò)主時鐘的可靠性。
為了達到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于包括以下步驟第一步，每臺主時鐘里集成一個微型交換機，每臺主時鐘通過微型交換機以環(huán)狀方式連接在一起組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二步，每臺主時鐘在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)口上都啟動拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議，用來發(fā)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)情況，并最后決定其中一條線路被斷開通信，用于備份線路；第三步，環(huán)網(wǎng)上所有主時鐘將各自1588的時鐘較準至接收到的GPS時間；然后所有的主時鐘在網(wǎng)口上啟動IEEE 1588協(xié)議，IEEE 1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報文里包含BMC算法所需要的數(shù)據(jù)，BMC算法根據(jù)IEEE1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)，決定哪臺主時鐘最后成為最高級主時鐘；此時，其他主時鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)口都變成了從時鐘節(jié)點，并且都停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘，轉(zhuǎn)而通過1588協(xié)議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準；第四步，發(fā)生故障時，拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議會進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘切換，同時產(chǎn)生警
告事件。通過上述方法可將多個主時鐘構(gòu)成一環(huán)狀形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在發(fā)生故障時主時鐘切換無抖動，提高了時鐘切換的可靠性和穩(wěn)定性。更具體地說，所述組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主時鐘為2臺或3臺。所述微型交換機是指用于每個主時鐘發(fā)送和接收校準時間報文的微型交換機。這樣可以實現(xiàn)主時鐘之間同步對時報文的發(fā)送和接收，使得各主時鐘之間通信的同步。所述第一步中的拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議是指快速生成樹協(xié)議?？焖偕蓸鋮f(xié)議可解決環(huán)形網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的問題。所述第四步中的進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘的切換采用如下方式之一 (1)當(dāng)拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議檢測到發(fā)生單點線路故障時，啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信； (2)當(dāng)拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議檢測到發(fā)生單點設(shè)備故障時，判斷是最高級主時鐘發(fā)生故障還是其他主時鐘發(fā)生故障；當(dāng)最高級主時鐘發(fā)生故障時，BMC算法重新選擇最高級主時鐘，采用逼近算法將新最高級主時鐘的時間逼近自身的GPS時間；當(dāng)其他主時鐘發(fā)生故障時，發(fā)生故障的主時鐘停止使用，并啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信；(3)當(dāng)發(fā)生多點故障時，按發(fā)生單點故障的情況逐點進行處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果1、本發(fā)明的方法是將主時鐘構(gòu)成環(huán)狀形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，提高了主時鐘切換時的可靠性和穩(wěn)定性。2、本發(fā)明的方法可避免主時鐘網(wǎng)絡(luò)之間的切換出現(xiàn)時間抖動，使得切換過程平滑順利，從而加強網(wǎng)絡(luò)主時鐘的可靠性。


圖1是主時鐘和從時鐘之間的對時示意圖；圖2是現(xiàn)有時鐘備用的連接示意圖；圖3是三個主時鐘組成的多時鐘環(huán)的連接示意圖；圖4是時鐘環(huán)切換工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的描述。實施例本實施例采用三個主時鐘構(gòu)成時鐘環(huán)為例對下述進行說明。三個主時鐘組成的多時鐘環(huán)的連接示意圖如圖3所示，主時鐘A、主時鐘B和主時鐘C之間組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各主時鐘都設(shè)置有用于發(fā)送和接收校準時間報文的微型交換機。本發(fā)明的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，包括以下步驟第一步，主時鐘A、主時鐘B和主時鐘C之間組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二步，三臺主時鐘(主時鐘A、主時鐘B和主時鐘C)在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)口上都啟動拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議(采用快速生成樹協(xié)議)，用來發(fā)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)情況，并最后決定其中一條線路被斷開通信，用于備份線路；第三步，主時鐘A、主時鐘B和主時鐘C將各自時鐘校準為接受到的GPS-A、GPS-B 禾口 GPS-C的時間，三個主時鐘在網(wǎng)絡(luò)口上啟動IEEE1588協(xié)議，BMC算法根據(jù)IEEE1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)，決定該環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的最高級主時鐘假設(shè)選定主時鐘A為最高級主時鐘，除最高級主時鐘外的其他主時鐘(主時鐘B和主時鐘C)停止各自的GPS時間 (GPS-B和GPS-C時間)，通過IEEE1588協(xié)議與最高級主時鐘(主時鐘A)進行校準。主時鐘A從高級時鐘GPS-A上獲取時間基準，然后通過交換機使得主時鐘B和主時鐘C與其同步，同步之后主時鐘B又作為最高級主時鐘同步下一級的從時鐘，圖3中省略了下一級時鐘這一部分。時鐘環(huán)中所有的時鐘時間來源均為GPS-A，所以，主時鐘B和主時鐘C兩個時鐘是同步的，與主時鐘B和主時鐘C連接的網(wǎng)絡(luò)上的時鐘也是同步的。第四步，發(fā)生故障時，拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議會進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘切換，同時產(chǎn)生警告事件；環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上主時鐘之間的切換采用如下方式之一當(dāng)拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議檢測到發(fā)生單點線路故障時，啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信；當(dāng)發(fā)生單點設(shè)備故障時， 判斷是最高級主時鐘發(fā)生故障還是其他主時鐘發(fā)生故障；當(dāng)最高級主時鐘發(fā)生故障時，BMC 算法重新選擇最高級主時鐘，采用逼近算法將新最高級主時鐘的時間逼近自身的GPS時間；當(dāng)其他主時鐘發(fā)生故障時，發(fā)生故障的主時鐘停止使用，并啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信；當(dāng)發(fā)生多點故障時，按發(fā)生單點故障的情況逐點進行處理。本發(fā)明的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法實現(xiàn)流程圖如圖4所不1)所有設(shè)備上電，環(huán)形結(jié)構(gòu)組成。2)每臺主時鐘在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)口上都會啟動拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議，如快速生成樹協(xié)議，用來發(fā)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)情況，最后某一條線路被決定斷開通信，用于備份線路。這里假設(shè)最終被決定斷開的線路是圖3中的主時鐘A與主時鐘B的直連線路。3)環(huán)網(wǎng)上所有時鐘開始將各自1588的時鐘較準至接收到的GPS時間。然后，所有的主時鐘在網(wǎng)口上啟動IEEE 1588協(xié)議，IEEE 1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報文里包含了 BMC算法所需要的數(shù)據(jù)，用于決定哪臺主時鐘最后成為最高級的主時鐘。這里假設(shè)主時鐘A被算法選擇出來為最高級的主時鐘。4)除了主時鐘A之外，其他的主時鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)口都變成了從時鐘節(jié)點，并且都停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘，轉(zhuǎn)而向主時鐘A的時鐘通過IEEE 1588協(xié)議進
5行校準。從而所有主時鐘都使用最終的主時鐘A的GPS時間。那么所有向這些主時鐘進行對時的從時鐘取得的時間源都將一致(AB網(wǎng)的時間來源是一致的)。5)當(dāng)發(fā)生單點線路故障的時候，假設(shè)是由于主時鐘A與主時鐘C的直連線路出現(xiàn)問題，如線斷了，或其他的原因。這時拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議會檢測到主時鐘A與主時鐘C線路的通信已經(jīng)斷了，這時先前被邏輯上斷開的備份線路(主時鐘A與主時鐘B線路)會被迅速啟用，所有節(jié)點的通信在短暫的中斷后被恢復(fù)，由于IEEE 1588協(xié)議允許少量報文的丟失，所以這短暫的中斷后IEEE 1588協(xié)議會繼續(xù)工作，并不會影響生產(chǎn)環(huán)境。同時產(chǎn)生警告事件， 通知工作人員檢修主時鐘A與主時鐘C的線路。6)當(dāng)發(fā)生單點設(shè)備故障的時候，假設(shè)是由于某臺主時鐘故障，分兩種情況，最高級主時鐘和次級主時鐘。如果是次級主時鐘失效，假設(shè)是主時鐘B故障，同時造成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)通信故障，則備份主時鐘A與主時鐘B線路會啟用，以恢復(fù)通信，不影響其他的設(shè)備。同時產(chǎn)生警告事件，通知工作人員檢修次級主時鐘。如果是最高級主時鐘A故障而失效，BMC算法會重新選擇出一個主時鐘，新的最高級主時鐘(假設(shè)為主時鐘B)，自身的GPS-B由于和GPS-A 可能會有一定的時間偏差(可以預(yù)計此時間偏差不會太大)，此時不能直接校調(diào)主時鐘B的 1588時間到GPS-B的時間，應(yīng)該采用逼近算法，使主時鐘B的1588時間緩慢地逼近GPS-B 時間，這樣不會影響下級時鐘的生產(chǎn)環(huán)境。同時，如果由于主時鐘A的故障導(dǎo)致通信故障的情況，也需要將備份線路啟用，并產(chǎn)生警告事件。7)如果發(fā)生多點故障，多點故障是單點故障的組合故障，可以按單點故障的處理辦法處理。只有當(dāng)環(huán)內(nèi)所有的主時鐘都故障或到AB網(wǎng)的通信線路都故障時，A，B網(wǎng)的時鐘才可能同時失效，此時才有可能導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境事故。而這種情況是非常小概率事件，通常認為是不可能發(fā)生的。而故障的恢復(fù)按上面的描述，也不會影響生產(chǎn)環(huán)境。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于包括以下步驟第一步，每臺主時鐘里集成一個微型交換機，每臺主時鐘通過微型交換機以環(huán)狀方式連接在一起組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二步，每臺主時鐘在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)口上都啟動拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議，用來發(fā)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)情況，并最后決定其中一條線路被斷開通信，用于備份線路；第三步，環(huán)網(wǎng)上所有主時鐘將各自1588的時鐘較準至接收到的GPS時間；然后所有的主時鐘在網(wǎng)口上啟動IEEE 1588協(xié)議，IEEE 1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報文里包含BMC算法所需要的數(shù)據(jù)，BMC算法根據(jù)IEEE1588協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)，決定哪臺主時鐘最后成為最高級主時鐘；此時，其他主時鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)口都變成了從時鐘節(jié)點，并且都停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘，轉(zhuǎn)而通過1588協(xié)議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準；第四步，發(fā)生故障時，拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議會進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘切換，同時產(chǎn)生警告事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于所述組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主時鐘為2臺或3臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于所述微型交換機是指用于每個主時鐘發(fā)送和接收校準時間報文的微型交換機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于所述第一步中的拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議是指快速生成樹協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，其特征在于所述第四步中的進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘的切換采用如下方式之一 (1)當(dāng)拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議檢測到發(fā)生單點線路故障時，啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信；(2)當(dāng)拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議檢測到發(fā)生單點設(shè)備故障時，判斷是最高級主時鐘發(fā)生故障還是其他主時鐘發(fā)生故障；當(dāng)最高級主時鐘發(fā)生故障時，BMC算法重新選擇最高級主時鐘，采用逼近算法將新最高級主時鐘的時間逼近自身的GPS時間；當(dāng)其他主時鐘發(fā)生故障時，發(fā)生故障的主時鐘停止使用，并啟動備份線路，各主時鐘通過備份線路進行通信；(3)當(dāng)發(fā)生多點故障時，按發(fā)生單點故障的情況逐點進行處理。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于多時鐘環(huán)的防止時鐘切換抖動的方法，包括第一步，每臺主時鐘以環(huán)狀方式連接在一起組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二步，每臺主時鐘在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)口上都啟動拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議，用來發(fā)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)情況，并決定其中一條線路用于備份線路；第三步，環(huán)網(wǎng)上所有主時鐘在網(wǎng)口上啟動IEEE 1588協(xié)議，BMC算法決定哪臺主時鐘最后成為最高級主時鐘；則其他主時鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)口都變成了從時鐘節(jié)點，并停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘，轉(zhuǎn)而通過1588協(xié)議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準；第四步，發(fā)生故障時，拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議會進行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的主時鐘切換，同時產(chǎn)生警告事件。本發(fā)明可避免主時鐘切換時出現(xiàn)時間的抖動。
文檔編號H04L12/24GK102546073SQ201210009769
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉文澤, 竹之涵, 蘇忠陽, 蔡澤祥, 黃毅 申請人:華南理工大學(xué), 廣州思唯奇計算機科技有限公司