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一種基于多時鐘環的防止時鐘切換抖動的方法.pdf

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一種 基于 多時 防止 時鐘 切換 抖動 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210009769.0

申請日:

2012.01.12

公開號:

CN102546073B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322547200IPC(主分類):H04J 3/06專利申請號:2012100097690申請日:20120112|||公開
IPC分類號: H04J3/06; H04L12/24 主分類號: H04J3/06
申請人: 廣州思唯奇計算機科技有限公司; 華南理工大學
發明人: 竹之涵; 蔡澤祥; 黃毅; 劉文澤; 蘇忠陽
地址: 510000 廣東省廣州市廣州天河軟件園建工路9號4樓B12室
優先權:
專利代理機構: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245 代理人: 羅觀祥
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210009769.0

授權公告號:

102546073B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明為一種基于多時鐘環的防止時鐘切換抖動的方法,包括:第一步,每臺主時鐘以環狀方式連接在一起組成環形網絡結構;第二步,每臺主時鐘在環形網絡口上都啟動拓撲發現協議,用來發現環形網絡情況,并決定其中一條線路用于備份線路;第三步,環網上所有主時鐘在網口上啟動IEEE?1588協議,BMC算法決定哪臺主時鐘最后成為最高級主時鐘;則其他主時鐘的環形網絡網口都變成了從時鐘節點,并停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘,轉而通過1588協議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準;第四步,發生故障時,拓撲發現協議會進行環形網絡上的主時鐘切換,同時產生警告事件。本發明可避免主時鐘切換時出現時間的抖動。

權利要求書

1.一種基于多時鐘環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
以環狀方式連接在一起組成環形網絡結構;
第二步,每臺主時鐘在環形網絡口上都啟動拓撲發現協議,用來發現環形
網絡情況,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,環網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口上啟動IEEE?1588協議,IEEE?1588協議發送的數據
報文里包含BMC算法所需要的數據,BMC算法根據IEEE1588協議發送的數
據報中的數據,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
環形網絡網口都變成了從時鐘節點,并且都停止將自身的GPS時間校準到1588
時鐘,轉而通過1588協議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準;
第四步,發生故障時,拓撲發現協議會進行環形網絡上的主時鐘切換,同
時產生警告事件。
2.根據權利要求1所述的基于多時鐘環的防止時鐘切換抖動的方法,其特
征在于:所述組成環形網絡結構的主時鐘為2臺或3臺。
3.根據權利要求1所述的基于多時鐘環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送和接收校準時間報文的微型
交換機。
4.根據權利要求1所述的基于多時鐘環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現協議是指快速生成樹協議。
5.根據權利要求1所述的基于多時鐘環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形網絡上的主時鐘的切換采用如下方式之一:
(1)當拓撲發現協議檢測到發生單點線路故障時,啟動備份線路,各主時鐘通過
備份線路進行通信;(2)當拓撲發現協議檢測到發生單點設備故障時,判斷是最
高級主時鐘發生故障還是其他主時鐘發生故障;當最高級主時鐘發生故障時,
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;當其他主時鐘發生故障時,發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)當發生多點故障時,按發
生單點故障的情況逐點進行處理。

說明書

一種基于多時鐘環的防止時鐘切換抖動的方法

技術領域

本發明涉及同步對時技術領域,更具體地說,涉及一種利用多時鐘環的方
式來防止時鐘切換抖動的方法。

背景技術

IEEE?1588精密時鐘同步協議讓測量以及用于實施網絡通信、本地計算和分
布式對象的控制系統的時鐘精確同步成為可能。時鐘之間的通信是通過一個通
信網絡進行的,協議在系統中設立了時鐘之間的主從關系。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議(PTP)端口;邊界時鐘是一個多口裝置,在
精密時間協議(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議(PTP)模式之間或
者不同鏈路層技術之間的橋梁。透明時鐘是一個多口裝置,通常是一個分組交
換機,控制精密時間協議(PTP)信息并對由于儲存與轉發排隊交換機構成所帶來
的不確定時間抖動進行修正。

協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送和接收,對信息包的發出時間和接收時
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絡中的傳輸延時,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的可靠性,往往為網絡配有兩個主時鐘,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GPS高級時鐘上,并擁有自
己的對時網絡A網和B網。其中一個對時網絡處于工作狀態,另一個對時網絡
處于備用狀態,處于工作狀態的對時網絡的連接線無論是物理上還是邏輯上都
是聯通的,處于備用狀態的網絡的連接線物理上是聯通的,但是邏輯上是斷開
的,圖2中的叉字號則表示斷開。假設主時鐘A發生故障,那么備用對時網絡
B就會恢復聯通,對時網絡A斷開聯通,此時主時鐘B就會代替A繼續工作。

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GPS信號上,由于全球定位系統GPS信號A和B之間不可能是完全同步
的,就導致主時鐘A和B是不一致的,一旦A發生故障之后,B開始工作,那
么整個網絡的時間需要從A跳躍到B,跳躍的過程中會出現時間的抖動,并且
跳躍是需要一個收斂時間,在這段時間內會影響到網絡設備的正確對時,導致
意外發生,這無疑會影響到整個同步系統的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足,提供一種基于多時鐘環
的防止時鐘切換抖動的方法,該方法利用多時鐘環避免對時網絡之間的切換出
現時間的抖動,使得切換過程平滑順利,從而加強網絡主時鐘的可靠性。

為了達到上述目的,本發明通過下述技術方案予以實現:一種基于多時鐘
環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
以環狀方式連接在一起組成環形網絡結構;

第二步,每臺主時鐘在環形網絡口上都啟動拓撲發現協議,用來發現環形
網絡情況,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,環網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口上啟動IEEE?1588協議,IEEE?1588協議發送的數據
報文里包含BMC算法所需要的數據,BMC算法根據IEEE1588協議發送的數
據報中的數據,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
環形網絡網口都變成了從時鐘節點,并且都停止將自身的GPS時間校準到1588
時鐘,轉而通過1588協議按照最高級主時鐘的時鐘進行校準;

第四步,發生故障時,拓撲發現協議會進行環形網絡上的主時鐘切換,同
時產生警告事件。

通過上述方法可將多個主時鐘構成一環狀形的網絡拓撲結構,在發生故障
時主時鐘切換無抖動,提高了時鐘切換的可靠性和穩定性。

更具體地說,所述組成環形網絡結構的主時鐘為2臺或3臺。

所述微型交換機是指用于每個主時鐘發送和接收校準時間報文的微型交換
機。這樣可以實現主時鐘之間同步對時報文的發送和接收,使得各主時鐘之間
通信的同步。

所述第一步中的拓撲發現協議是指快速生成樹協議。快速生成樹協議可解
決環形網絡發生網絡風暴的問題。

所述第四步中的進行環形網絡上的主時鐘的切換采用如下方式之一:(1)當
拓撲發現協議檢測到發生單點線路故障時,啟動備份線路,各主時鐘通過備份
線路進行通信;(2)當拓撲發現協議檢測到發生單點設備故障時,判斷是最高級
主時鐘發生故障還是其他主時鐘發生故障;當最高級主時鐘發生故障時,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;當其他主時鐘發生故障時,發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)當發生多點故障時,按發生單
點故障的情況逐點進行處理。

與現有技術相比,本發明具有如下優點與有益效果:

1、本發明的方法是將主時鐘構成環狀形的網絡拓撲結構,提高了主時鐘切
換時的可靠性和穩定性。

2、本發明的方法可避免主時鐘網絡之間的切換出現時間抖動,使得切換過
程平滑順利,從而加強網絡主時鐘的可靠性。

附圖說明

圖1是主時鐘和從時鐘之間的對時示意圖;

圖2是現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的連接示意圖;

圖4是時鐘環切換工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發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成時鐘環為例對下述進行說明。

三個主時鐘組成的多時鐘環的連接示意圖如圖3所示,主時鐘A、主時鐘B
和主時鐘C之間組成環形網絡結構,各主時鐘都設置有用于發送和接收校準時
間報文的微型交換機。本發明的基于多時鐘環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之間組成環形網絡結構;

第二步,三臺主時鐘(主時鐘A、主時鐘B和主時鐘C)在環形網絡口上
都啟動拓撲發現協議(采用快速生成樹協議),用來發現環形網絡情況,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和GPS-C的時間,三個主時鐘在網絡口上啟動IEEE1588協議,BMC算
法根據IEEE1588協議發送的數據報中的數據,決定該環形網絡中的最高級主時
鐘:假設選定主時鐘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連接的網絡上的時鐘也是同步的。

第四步,發生故障時,拓撲發現協議會進行環形網絡上的主時鐘切換,同
時產生警告事件;環形網絡上主時鐘之間的切換采用如下方式之一:當拓撲發
現協議檢測到發生單點線路故障時,啟動備份線路,各主時鐘通過備份線路進
行通信;當發生單點設備故障時,判斷是最高級主時鐘發生故障還是其他主時
鐘發生故障;當最高級主時鐘發生故障時,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;當其他主時鐘發
生故障時,發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;當發生多點故障時,按發生單點故障的情況逐點進行處理。

本發明的基于多時鐘環的防止時鐘切換抖動的方法實現流程圖如圖4所
不:

1)所有設備上電,環形結構組成。

2)每臺主時鐘在環形網絡口上都會啟動拓撲發現協議,如快速生成樹
協議,用來發現環形網絡情況,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)環網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,所有的主時鐘在網口上啟動IEEE?1588協議,IEEE?1588協議發送的數
據報文里包含了BMC算法所需要的數據,用于決定哪臺主時鐘最后成為最高
級的主時鐘。這里假設主時鐘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,其他的主時鐘的環形網絡網口都變成了從時鐘
節點,并且都停止將自身的GPS時間校準到1588時鐘,轉而向主時鐘A的時
鐘通過IEEE?1588協議進行校準。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網的時間來源是一致的)。

5)當發生單點線路故障的時候,假設是由于主時鐘A與主時鐘C的直
連線路出現問題,如線斷了,或其他的原因。這時拓撲發現協議會檢測到主時
鐘A與主時鐘C線路的通信已經斷了,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,所有節點的通信在短暫的中斷后被恢
復,由于IEEE?1588協議允許少量報文的丟失,所以這短暫的中斷后IEEE?1588
協議會繼續工作,并不會影響生產環境。同時產生警告事件,通知工作人員檢
修主時鐘A與主時鐘C的線路。

6)當發生單點設備故障的時候,假設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,假設是主時鐘B
故障,同時造成環形網絡通信故障,則備份主時鐘A與主時鐘B線路會啟用,
以恢復通信,不影響其他的設備。同時產生警告事件,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(可以預計此時間偏差不會太大),此時不能直接校調
主時鐘B的1588時間到GPS-B的時間,應該采用逼近算法,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環境。同時,如果
由于主時鐘A的故障導致通信故障的情況,也需要將備份線路啟用,并產生警
告事件。

7)如果發生多點故障,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。只有當環內所有的主時鐘都故障或到AB網的通信線路
都故障時,A,B網的時鐘才可能同時失效,此時才有可能導致生產環境事故。
而這種情況是非常小概率事件,通常認為是不可能發生的。而故障的恢復按上
面的描述,也不會影響生產環境。

上述實施例為本發明較佳的實施方式,但本發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明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、
替代、組合、簡化,均應為等效的置換方式,都包含在本發明的保護范圍之內。

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