CN101512944A - 网络和时间触发网络中集群时钟同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于使用时隙的时间触发协议进行操作的网络，其中该网络中包含至少两个集群，各个集群包括至少一个节点。此外，它涉及一种时间触发网络内时钟同步的方法。为了提供尽可能减小对齐多个通信集群所需时间量的网络和方法，提出了提供一种基于使用时隙的时间触发协议工作的网络，其中该网络中包括至少两个集群(A，B，X)，各个集群(A，B，X)包括至少一个节点(11)，其中节点(11)包括具有节点时钟源(18)的通信控制器(15)，该节点时钟源(18)用于确定节点(11)的时序，其中这些集群(A，B，X)与耦合单元(10)连接，该耦合单元(10)具有时钟对齐控制逻辑(20)，该时钟对齐控制逻辑(20)包括比节点时钟源(18)更加精准的耦合单元时钟源(21)，其中耦合单元时钟源(21)用于对齐至少两个集群(A，B，X)之间的时序。此外还提出了提供一种使用时隙的时间触发网络内的时钟同步方法，该时间触发网络具有至少两个集群(A，B，X)，其中各个集群包括至少一个节点(11)，各个节点(11)包括节点时钟源(18)和通信控制器(15)并且这些集群(A，B，X)与耦合单元(10)连接，该耦合单元(10)具有时钟对齐控制逻辑(20)，该时钟对齐控制逻辑(20)包括比节点时钟源(18)更加精准的耦合单元时钟源(21)，该方法包括下列步骤：在耦合单元(10)内监视所连接集群(A，B，X)的时序；通过使用耦合单元时钟源(21)增大或减小这些集群内的时序的循环长度。

Description

网络和时间触发网络中集群时钟同步的方法

技术领域

本发明涉及一种基于使用时隙的时间触发协议进行操作的网络，其中该网络中包含至少两个集群，各个集群包括至少一个节点。此外，它涉及一种时间触发网络内时钟同步的方法。

背景技术

现代通信系统通常并非由单独一个通信域组成。相反，多个这样的通信域可能各自使用不同的通信协议连接起来。

当前的车载网络通常由多个由网关节点相互连接起来的CAN和LIN集群组成。这些协议并不是为实时交换与安全相关的信息而准备的。由于对在汽车内实现与安全相关的功能的需求增多，因此将与安全相关的节点与网络连接起来的必要性也进一步提高。因此需要将与安全相关的协议加入到这些网络中。尤其是，必须要将多个与安全相关的通信集群相互连接起来。当在同一环境下不做进一步协调地使用多个通信集群时，各个通信集群具有它自己的时序，意味着各个循环长度不同并且循环的开始不是同步的。即使当通信集群配置相同时，由于分布式启动和集群内部时钟同步的本质或者由于振荡器不精准，这些参数将会发生漂移，造成集群不同步。不过，与安全相关的实时传输要求集群严格同步。

因此我们知道使用已经接入了所有这些通信集群的具有网关或集群耦合器形式的通信单元。这些耦合单元本质上能够发布用来使通信集群对齐的信息，但是这些机构工作速度缓慢，以便不干扰正在进行的通信。EP 1280024 A1介绍了一种分布式时间触发网络中时钟同步的方法。通过使用偏移修正值和时钟速率修正值来调整节点的本地时钟。时钟速率修正值是基于本地时钟与其它节点的时钟之间的一组时钟速率偏差计算出来的。

发明内容

这样，本发明的一个目的是提供一种尽可能减小对齐多个通信集群所需时间量的网络和方法。

该目的由独立权利要求的特征解决。

本发明基于这样的认识：通过使用具有精度比节点中的时钟源的精度高的时钟源的中央时钟对齐控制逻辑，真正快速地调节了循环长度的偏差和集群时序的偏移，而又不会有迫使集群内的节点超出时序极限的风险。由于耦合单元时钟源计算出比集群内的节点更为精准的标准循环长度，因此可以通过使用最可行的步骤来改变集群中的速率和/或偏移。从而，保证了集群内所有节点的操作。

按照本发明，该网络基于使用时隙的时间触发协议工作，时隙指的是将时间分割成重复的循环，其中各个循环由数个时段组成。各个循环具有循环长度、循环开端和循环结尾。该网络由至少两个集群组成，其中各个集群包括至少一个节点。可以将节点实现为网络内具有某一任务的应用的形式，例如，用于测量车辆内状态的传感器。各个节点包括具有自己的节点时钟源的通信控制器，节点时钟源用于确定节点的时序。网络的集群通过使用耦合单元来耦合。可以将耦合单元实现为网关或集群耦合器的形式。各个耦合单元包括时钟对齐控制逻辑，时钟对齐控制逻辑包括耦合单元时钟源，耦合单元时钟源比节点时钟源更加精准，其中耦合单元时钟源用于对齐至少两个集群之间的时序。

多个时间触发通信集群之间的网关或集群耦合器用于使这些网络同步，以实现低传播延迟并使存储器需求最小。通过使用象时间触发FlexRay协议这样的协议，可以使用外部或中央时钟修正手段来实现快速同步。本发明提出了一种将多个通信集群之间的同步速度明显加快超过十倍并且从而首次实现了在这样的环境中使用超过2ms的较长通信循环时间的体系结构和算法。

在各个从属权利要求中阐述了本发明的其它优选实现方式和实施方式。

在优选实施方式中，耦合单元包括与耦合单元相连的集群一样多的协议引擎。各个协议引擎向时钟对齐控制逻辑提供所连接集群的时序。这样，时钟对齐控制逻辑能够改变所连接集群内的循环长度或时序的偏移。该改变是通过依据由协议引擎提供的信息来增大或减小所连接集群中的循环长度λ来实现的，其中依据由协议引擎提供的信息，平移所连接集群中的循环的开端和/或结尾。通过使用中央对齐控制逻辑中的更为精准的时钟源，可以对齐集群中循环的速率来进行偏移修正，而不会迫使节点的时序超出预定的界限。

通过将增大或减小所连接集群中的循环长度λ以及依据由协议引擎提供的信息基于精准的时钟源来平移所连接集群中的循环开端和/或循环结尾组合起来，可以实现所连接集群内更为快速的时序对齐。该加速具体来说是通过使用速率对齐来修正偏移而实现的。由于精准的时钟源，中央对齐控制逻辑的速率对齐将会有效更改集群内的连续循环，而不会过度干扰集群中的循环长度，不致使节点由于脱离预定界限而终止工作。

按照另一种实施方式，仅仅允许集群耦合器将循环长度延长预定的最大时间量ρ_cum。预定的最大时间量ρ_cum取决于精准耦合单元时钟源的精准度。仅仅是由于耦合单元时钟源更加精准，预定的最大量ρ_cum大于0，从而能够实现循环长度的调整以进行偏移修正。这样，集群耦合器可以控制循环长度的增大或减小，以使其保持在围绕标称循环长度的范围内并且处于节点的极限之内。

由于时间触发协议的约束，时钟对齐控制逻辑仅仅可以将所连接集群中的循环长度λ增大或减小两个循环之间循环长度修改量的预定最大量ρ。这样，保证了不致因迫使时序在一个方向上变化过大而干扰正在进行的通信。

这同样适用于所连接集群中的循环开端和/或循环结尾的平移。而且可以依据由协议引擎提供的信息来将循环开端和/或循环结尾仅仅平移最大偏移量σ。

尤其是，如果从外部时钟装置或从具有非常精准时钟的GPS装置接收到更为精准的耦合单元时钟源信号，则该方案更有优势。这样，就不再需要将昂贵的振荡器加入到耦合单元中。

本发明的目的也是由一种使用时隙的时间触发网络内的时钟同步方法来解决的，该时间触发网络具有至少两个集群，其中各个集群包括至少一个节点，各个节点包括节点时钟源和通信控制器并且这些集群与耦合单元连接，该耦合单元具有时钟对齐控制逻辑，该时钟对齐控制逻辑包括比节点时钟源更加精准的耦合单元时钟源，该方法包括下列步骤：在耦合单元内监视所连接集群的时序；通过使用耦合单元时钟源增大或减小这些集群内的时序的循环长度λ。

在时钟同步方法的优选实施方式中，此外还包括步骤：由各个节点监视各集群内的时序，其中只要该时序处于预定的界限内，就不需要节点的通信控制器做出动作，其中如果集群内的时序不同于时序界限，节点将终止工作。这样，实现了在迫使集群中的时序在一个方向上移动过大的情况下，节点将会意识到这一偏差并且将终止工作以便不干扰通信。

附图说明

下面将参照所附的示意图详细介绍本发明。在附图中示出了：

图1示出包括多个具有多个节点的集群的网络；

图2示出FlexRay环境中所使用的那种节点的构造；

图3示出按照本发明的耦合单元的示意性框图；

图4示出对齐所需的最大双循环量的曲线图；

图5图解说明通过使用按照本发明的方法或网络可实现的加速的曲线图；

图6图解说明在使用按照本发明的方法或网络的情况下的修正长度的曲线图；

图7图解说明在使用该方法或网络的情况下的修正长度的曲线图；

图8图解说明在使用该方法或网络的情况下的修正长度的曲线图。

具体实施方式

如图1中所示，典型的容错时间触发网络由两个或更多个与通信节点11连接的通信信道(信道A和信道B)组成。图2图解说明的是时间触发网络中使用的节点11。各个这些节点11由总线驱动器17、通信控制器15、用于各个总线驱动器17的总线保护装置14和应用程序主机13组成。总线驱动器17将通信控制器15提供的位和字节传送到它的相连信道上，并且反过来还为通信控制器15提供它在该信道上接收到的信息。通信控制器15与两个信道都相连，并且将相关数据传递给应用程序主机13并且从应用程序主机13接收数据，通信控制器15继而将接收到的数据汇编为帧并传递到总线驱动器17。通信控制器15主要包括协议引擎和控制器主机接口(图中未示出)。控制器主机接口负责应用程序主机13和通信控制器15之间的缓冲管理和数据传递。

这些网络系统是至少部分时间触发的，意思是说，时间被切割成重复的循环，其中各个循环由数个时段组成。各个节点11依照它自己的内置时钟18确定新循环的开始。至少一个时段被分为固定数量的时隙，其中将每个时隙分配给最多一个通信控制器15，在时隙中该通信控制器15并且只有该通信控制器15自己有权进行发送。循环的其它时段可以用于动态仲裁方案或者其它用途。

总线保护器14是具有独立配置数据组的装置，能够仅仅在由配置组规定的那些时隙期间实现总线上的传输。

应用程序主机13包含数据源和数据接收器(data sink)并且通常不参与协议行为。只有通信控制器15不能独自做出的决定由应用程序主机13做出。

单独一个节点11，称为冷启动节点11，通过将启动/同步信息(即，用于FlexRay的启动帧)发送到总线上来发起通信调度。这个节点11是按照配置或按照某种算法选取的，该配置或算法确定数个可能节点11中的哪个节点进行启动。这一算法一般包括每当检测不到已存在的调度时在所连接的信道上发送帧或类似的结构。

从而(可能)冷启动节点11的通信控制器15必须监听所有连接的信道并且必须同时将其启动数据发送到所有连接的(有可能是冗余的)信道上。对于所有的连接信道，在通信控制器15内部只有单独一个控制逻辑用于启动。

集群内的各个其它节点11监听其连接信道。如果它接收到表示启动的特定帧或类似结构，它将会采纳来自所观测到的通信的时序方案并且加入到网络中。

两种示范性系统符合这一描述，例如，TTP(时间触发协议)和FlexRay协议。

节点时钟源18具有取决于振荡器质量的预定精准度。由于各个节点具有它自己的节点时钟源，这些时钟源具有不同的精度，因此各个节点中的循环长度是不同的。这样，需要通过同步算法来维持节点之间的同步。

图3图解说明的是本发明的耦合单元10或网关，它与多个集群A-X连接。有三个协议引擎12分别与集群A、B、X连接。协议引擎12监视各个集群的时序。将这些时序提供给中央时钟对齐控制逻辑20。耦合单元10还包括耦合单元时钟源21，该耦合单元时钟源21具有比集群A、B、X中的节点11内的时钟源18高的精度。

现在将更加详细地介绍与耦合单元10连接的多个集群的中央同步。

在需要使多个通信集群A、B、X同步的情形下，耦合单元10可以接入所有的通信集群。本发明介绍的是如何将这一耦合单元10改造成明显提高独立启动的连接通信集群的同步速度。

多个通信集群的同步牵涉不同的值：时钟速率和时钟偏移量。速率影响循环长度，而偏移量影响循环的相位差。需要使这二者严格对齐，才能使同步稳定。如果速率或循环长度没有严格对齐，则难以约束偏移量或相位，而需要偏移量是很小的值，来减小通信集群和网关部件中存储消息所需要的存储器之间的相互通信的传播延迟。

本发明的解释说明是针对FlexRay协议给出的。不过，本发明并不局限于FlexRay协议。速率差一般是很小的值并且比偏移量容易补偿。对于FlexRay协议，循环长度的固有最大偏差是±1500ppm。对于其它协议，可以很容易找到或定义类似的上边界。假设循环的理想长度是λ，则对于FlexRay，2λ(1500/1000000)是最大必要速率修正量，而对于偏移量而言，λ/2是最大必要修正量。可以看出，必要速率修正量要小几个数量级，因此可以忽略不计。

每循环的可能偏移量修正值的数值一般也是受到限制的，尤其是对于缩短循环而言。延长一般也是受约束的，因为否则消息的定期传送会变得不正常。因此可行的办法是使用影响循环长度的可能方法来帮助修正偏移量。

令ρ为任何两个循环之间的循环长度可以更改的最大量，并且令σ为可以在任何循环结尾修正的偏移量的最大量。请注意影响循环长度的两种方法的本质区别。速率修正量相应地影响循环中的所有时隙，而偏移修正量仅仅改变循环期间的指定区间，而保持所有其它的区间原样不变。从而速率修正能够使所有的时隙更加严格地对齐，不仅仅是偏移修正之后的时隙。

对于FlexRay，技术规范规定了ρ和σ的最大值为7个″微时标(microtick)″，其中微时标是25ns的规定时间量。为了在集群内对齐，可以进行较大的循环长度平移，但是用于修正速率和/或偏移的ρ和σ提供了由中央对齐控制逻辑21从较高层驱动的额外修正。这样，中央对齐控制逻辑21可以仅使用这些7微时标的值来在集群当中修正速率和/或偏移。

循环长度可以在各个修正周期内受到一次影响并且改变为它的累积结果。从而与仅仅使用偏移修正量自身相比，可以使用循环长度更快地平移偏移。

要将两个通信集群平移λ/2，偏移修正显然需要λ/(4*σ)个修正周期来将各个集群平移λ/4循环。

仅仅使用速率修正并且假设循环长度一开始就已经得到了同步以简化公式，这可以仅仅大约使用

$-1+\sqrt{1+\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\ρ}}}$

个循环来实现。从而，对于各个循环，一个集群的速率得到了增大，而另一个集群的速率得到减小，直到一半的偏移量得到了修正。然后再次对齐速率。所以只要当循环长度为

$\mathrm{\λ}>8\mathrm{\σ}(\frac{2}{\mathrm{\ρ}}-1)$

时，不受限制的速率修正更加有效。

由于偏移量σ的最大修正量与循环长度λ比较起来一般非常小，因此使用速率修正几乎总是比使用偏移修正更加有效，例如，对于FlexRay，λ可以高达640000μT(微时标)，而σ被约束为小于或等于7μT。

不过，此外还可以使用偏移修正，将循环量减少到

$-(1+\frac{2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ρ}})+\sqrt{{(1+\frac{2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ρ}})}^2+\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\ρ}}}.$

不过，通过使用后面两种算法之一，可能会有要防备将循环长度改变得与标称值相差太远的问题。在集群时序的中央对齐期间，集群内的循环长度可能不会改变得大到这样的程度：使得参照本地时钟测量循环长度的节点检测到与标称循环长度之间由很大偏差，以致于它认为它自己发生了故障。基于某种协议操作的各个节点对循环长度的偏差具有预定的限量。对于FlexRay，这些限量是±3000ppm(是标称时钟频率偏差的两倍)。在这些限量内，节点将会继续工作，并且将会采纳中央耦合单元的对齐。不过，如果中央耦合单元的对齐迫使节点的循环长度超出这些限量，则该节点将会停止工作。

下面的例子将会对此进行解释。假设有两个节点和一个网关。与标称循环长度之间，一个节点具有+1500ppm的偏差，一个节点具有-1500ppm的偏差并且集群耦合器具有-1500ppm的偏差。如果集群耦合器通过额外的-100ppm影响循环长度，则具有+1500ppm偏差的节点将会测量到3100ppm的循环长度偏差并且以为它自己发生了故障，而具有-1500ppm偏差的节点将会测量到100ppm并且认为它自己工作良好。

将此考虑在内将会略微降低效果，后面将会指出这一点。一般来说，各个节点，具体来说是通信控制器15，考察它自己的速率或循环长度并且如果这一速率或循环长度超出了某一范围就确定发生了故障。这个范围一般是使用关于所使用的振荡器或类似时钟源的质量的评估结果来确定的。不使用本发明，这一问题通常会妨碍使用速率修改来提高偏移修正的速度，因为对速率的任何干预都可能会造成集群的任何节点超出它自己的目标范围。

不过就此将使用本发明。通过在中央对齐控制逻辑20中使用更加精准的时钟源21，这一问题可以得到解决，因为掌管时钟对齐的中央节点10可以使用更精良的时钟源21。这一耦合单元时钟源21可以是较为昂贵的承诺偏差较小的振荡器晶体，或者是外部得到的源，例如从GPS得到的，或者是通过具体时钟源的大范围测量和表征(所以能够精确估算它在已知环境下的偏差)得到的。本发明的公开内容并不将精准的时钟源局限于此处列出的那些。

总是允许集群中真实的循环长度发生最高达到最大允许振荡器偏差(例如，对于FlexRay，是±1500ppm)的偏差。将这些极限值定义为λ_max和λ_min。只要当前的循环长度处于这些界限内，就没有节点发生异常并停止工作。包括时钟对齐控制逻辑20的耦合单元10一般会尝试将集群的所有循环长度与从它自己的角度认定的标称循环长度λ’对齐。只要这个耦合单元10没有发生故障，就满足λ_min≤λ’≤λ_max。

从而可以使用多大的速率修正量来加快偏移修正的速度主要取决于时钟对齐节点对λ’的推测有多准确。假设θ是这一推测的准确度，则有

λ_min<λ-θ≤λ’≤λ+θ<λ_max。

则可以将对齐的通信集群的速率最多减小ρ_{cum_dec}＝λ-θ-λ_min并且最多增大ρ_{cum_inc}＝λ_max-λ-θ，而不会超出前面提到的所允许的循环长度范围或极限，其中ρ_{cum_inc}是时钟对齐节点10可以延长所连接集群的循环长度而又不会使其变得大于λ_max的最大时间量，而ρ_{cum_dec}是时钟对齐节点可以缩短所连接集群的循环长度而又不会使其变得小于λ_min的最大时间量。

假设ρ_{cum_dec}＝ρ_{cum_inc}＝ρ_cum，并且ρ_cum<λ/8，则可以在

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}+\frac{\mathrm{\&rho;}}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}-1$

个循环内进行速率修正。

通过额外使用偏移修正，速率修正可以在

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4({\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\mathrm{\&sigma;})}+\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}({\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\mathrm{\&sigma;})}-1$

个循环内进行。

这样，通过使用在耦合单元10内使用更加精准的时钟源21，可以使用效率更高的速率修改来进行偏移修正，而不会超出限量。从而，集群中时序对齐的速度可以得到明显提高。

如果节点11中的时钟源18还可以更精准，那么本发明将会不会起作用了，因为速率修正将会迫使节点的时序超出限量。

这是非常有益的，因为只有耦合单元10的时钟源需要较高的成本。不需要进行其它的改良。通过从外部提供非常精准的时钟源，例如，从GPS提供，中央耦合单元并不需要具有这样的自己的精准时钟源。

基于图4-8，与传统中央对齐相比较地图解说明了本发明的效果。

参照图4，示出了对齐所需要的最大双循环量。假设每双周期可以影响速率和偏移量最多175ns(对于长度为25ns的微时标，就是7微时标)并且与其它节点的±1500ppm相比，对齐耦合单元10的时钟在最坏情况下的偏差仅仅为+750ppm。自然，如果使用更加精准的时钟，则性能会提高。可以很容易地看出，通过使用传统的偏移修正，需要极其大量的双循环来对齐所连接集群的时序。在图4中，示出了两条图解说明更加精准时钟源的应用的曲线。有图解说明了速率修正对偏移修正的应用的无约束曲线。该无约束曲线对第一组公式成立，第一组公式并不考察由节点自检引起的对循环长度的限制。此外，有图解说明了通过使用循环长度的极限和检查这些节点内极限来进行速率修正的受约束曲线。通过使用受约束速率修正，循环长度调节受到集群耦合器的时钟改良的约束。

后面的图5与传统偏移修正相比较地图解说明了使用速率和偏移修正的组合的无约束和受约束曲线。表明了，通过使用无约束速率和偏移修正，双循环的数量为最低值。注意，对于无约束速率和偏移修正，没有在要监视的节点内设置限制。这样，可能实现更快的对齐，因为在调节循环长度时不需要考虑限制。

图6表示在通信集群得到同步之前经过的时间量。可以看出，即使受约束速率修正比无约束的最佳情况要慢，从实际的时间用量的角度看，差距并不是很大。实质上，仅仅利用所提议的办法，超过1ms的循环时间就变得切实可行了。

图7和8图解说明的是对于相同的基本参数可以达到的加速系数。最高加速是通过使用如图8中所示的组合无约束速率和偏移修正来实现的。在这种情况下，没有使用7“微时标”的ρ和σ值。7“微时标”的ρ和σ值是FlexRay协议中出于多种原因定义的。不过，仅就加快集群对齐的速度而言，在集群耦合器中使用更为精准的时钟源21就可以了，不需要ρ和σ的值等于7“微时标”这样的限制。尽管如此，与传统的偏移修正相比，仍然很容易看到效益。

在下文中，将更加详细地解释前面使用的公式的推导过程。为了补偿λ/2的偏移差，需要将两个通信集群都平移λ/4。如前面所提到的，速率修正是累积的。假设m是搜索到的循环个数(为了简单起见，假设是可由2除的数)，则它满足：

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}=\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}+\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{m/2-i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}=\mathrm{\&rho;}(\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}i+\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{m}{2}-i+1)$

$=\mathrm{\&rho;}(\frac{m^2+2m}{8}+\frac{m^2}{4}+\frac{m}{2}-\frac{m^2+2m}{8})=\mathrm{\&rho;}\left(\frac{m^2+2m}{4}\right)$

$0=m^2+2m-\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&rho;}}$

$m_{\mathrm{1,2}}=-1\&PlusMinus;\sqrt{1+\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&rho;}}}$

如果针对偏移修正的循环长度的最大修正量受到ρ_cum的约束，那么下式给出了必要的修正周期数

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}=\mathrm{m\&sigma;}+\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}+\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{m/2-i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}=\mathrm{m\&sigma;}+\mathrm{\&rho;}(\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}i+\underset{i=1}{\overset{m/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{m}{2}-i+1)$

$=\mathrm{m\&sigma;}+\mathrm{\&rho;}(\frac{m^2+2m}{8}+\frac{m^2}{4}+\frac{m}{2}-\frac{m^2+2m}{8})=\mathrm{m\&sigma;}+\mathrm{\&rho;}\left(\frac{m^2+2m}{4}\right)$

$0=m^2+(2+\frac{4\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&rho;}})m-\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&rho;}}$

$m_{\mathrm{1,2}}=-(1+\frac{2\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&rho;}})\&PlusMinus;\sqrt{{(1+\frac{2\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&rho;}})}^2+\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&rho;}}}$

使用这些变量，用于修正的时间总计为

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}=\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}+(m-2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}}){\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}-i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}$

$=\mathrm{\&rho;}(\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{{\mathrm{\&rho;}}^2}+\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}})+(m-2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}}){\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}$

$=\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}+{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+{\mathrm{m\&rho;}}_{\mathrm{cum}}-2\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}$

$m=\frac{1}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}+\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}-{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}})$

$=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}+\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}}-1$

并且包括偏移修正：

$\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}=\mathrm{m\&sigma;}+\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}+(m-2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}}){\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}/\mathrm{\&rho;}-i+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&rho;}$

$=\mathrm{m\&sigma;}+\mathrm{\&rho;}(\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{{\mathrm{\&rho;}}^2}+\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}})+(m-2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}{\mathrm{\&rho;}}){\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}$

$=\mathrm{m\&sigma;}+\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}+{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+{\mathrm{m\&rho;}}_{\mathrm{cum}}-2\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}$

$m=\frac{1}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\mathrm{\&sigma;}}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}+\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}}-{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}})$

$=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4({\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\mathrm{\&sigma;})}+\frac{{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}}^2}{\mathrm{\&rho;}({\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{cum}}+\mathrm{\&sigma;})}-1$

这样，通过使用本发明，仅仅利用集群耦合器中的另一个精准时钟源，就可以为同步时间触发网络内的不同集群实现非常强的时间节约。

Claims (11)

1.基于使用时隙的时间触发协议工作的网络，其中该网络中包括至少两个集群(A，B，X)，各个集群(A，B，X)包括至少一个节点(11)，其中节点(11)包括通信控制器(15)，该通信控制器具有用于确定节点(11)的时序的节点时钟源(18)，其中这些集群(A，B，X)与耦合单元(10)连接，耦合单元(10)具有包括耦合单元时钟源(21)的时钟对齐控制逻辑(20)，耦合单元时钟源(21)比节点时钟源(18)更加精准，其中耦合单元时钟源(21)用于对齐至少两个集群(A，B，X)之间的时序。

2.按照权利要求1所述的网络，其中耦合单元(10)包括与连接到耦合单元(10)的集群(A，B，X)一样多的协议引擎(12)，其中各个协议引擎(12)将所连接集群(A，B，X)的时序提供给时钟对齐控制逻辑(20)。

3.按照权利要求1或2所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来增大或减小所连接集群中的循环长度λ。

4.按照权利要求1或2所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来平移所连接集群中循环的开端和/或结尾。

5.按照权利要求3或4所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来增大或减小所连接集群中的循环长度λ并且平移所连接集群中的循环开端和/或循环结尾。

6.按照权利要求1到5之一所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来增大或减小所连接集群中的循环长度λ，但是将其保持在由其更加精准的时钟源(21)所定义的标称循环长度周围的预定范围之内。

7.按照权利要求1到6之一所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来将所连接集群中的循环长度λ增大或减小两个循环之间的预定的最大循环长度修改量ρ，和/或时钟对齐控制逻辑(20)依据由协议引擎(12)提供的信息来将所连接集群中的循环开端和/或循环结尾平移最大偏移量σ。

8.按照权利要求1到7之一所述的网络，其中时钟对齐控制逻辑(20)使用速率修改来进行偏移修正。

9.按照权利要求1到8之一所述的网络，其中耦合单元时钟源(21)从外部时钟装置或从GPS装置接收非常精准的时钟。

10.使用时隙的时间触发网络内的时钟同步方法，该时间触发网络具有至少两个集群(A，B，X)，其中各个集群包括至少一个节点(11)，各个节点(11)包括节点时钟源(18)和通信控制器(15)并且这些集群(A，B，X)与耦合单元(10)连接，该耦合单元(10)具有时钟对齐控制逻辑(20)，该时钟对齐控制逻辑(20)包括比节点时钟源(18)更加精准的耦合单元时钟源(21)，该方法包括下列步骤：

-在耦合单元(10)内监视所连接集群(A，B，X)的时序；

-通过使用耦合单元时钟源(21)来增大或减小这些集群内的时序的循环长度λ。

11.按照权利要求10所述的时钟同步方法，此外还包括

-由各个节点(11)监视各集群内的时序，

其中只要该时序处于预定的界限内，就不需要节点(11)的通信控制器(15)做出动作，其中如果集群内的时序不同于时序界限，节点(11)将终止工作。

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