CN102195737A - 用于提供时间同步的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为用于提供时间同步的系统和方法。提供用于提供本地网络中的时间同步的系统(100，200)和方法(300，400)。时间源(115，205)可配置成确定当前时间和参考信号将被输出时的指定时间，并且当达到该指定时间时输出该参考信号。在通信上耦合于该时间源(115，205)的网络主机(105)可配置成(i)识别该指定时间以及(ii)通过本地网络(120)传送该识别的指定时间给一个或多个网络装置(110a-n)。该一个或多个网络装置(110a-n)可分别配置成(i)启动内部时钟(143)，(ii)从该网络主机(105)接收该指定时间，(iii)继接收该指定时间后接收该时间源输出的该参考信号，以及(iv)当收到该参考信号时设置该内部时钟(153)的值到该指定时间。

Description

用于提供时间同步的系统和方法
技术领域
本发明的实施例大体上涉及时间同步并且更具体地涉及本地网络中的时间同步。
背景技术
控制系统在很多种不同的应用中利用。例如，在发电厂和/或制炼厂(process plant)中控制系统与发电装置结合利用。控制系统典型地包括互相通信的中央控制器、各种子系统和/或各种子网络或本地网络。例如，在发电厂，中央控制器可与分别包括基金会现场总线装置的多个本地网络通信。该基金会现场总线装置可配置成监测发电厂的各种部件。
为了提供准确的事件顺序(SOE)定时，在控制系统中包括时间同步以便监测并且跟踪由各种网络部件识别的事件是可取的。常规系统典型地通过以太网分组交换传送定时同步信息或信号给各种部件。然而，分组交换信息的传送典型地不能准确地支持相对低带宽装置、例如相对低带宽基金会现场总线装置等的定时同步。由于协议握手(protocol handshake)和低带宽装置的相对慢处理部件，误差可引入通过分组交换传送的定时信息，其高于SOE定时的预期误差。
因此，便于时间同步的改进系统和方法将是可取的，便于本地网络中的时间同步的改进系统和方法同样如此。
发明内容
上文的需要和/或问题中的一些或所有可由本发明的某些实施例解决。本发明的实施例可包括用于提供时间同步的系统和方法。根据本发明的一个实施例，公开用于提供时间同步的系统。该系统可包括时间源、网络主机和一个或多个网络装置。该时间源可配置成确定当前时间和参考信号将被输出时的指定时间，并且当达到该指定时间时输出该参考信号。该网络主机可在通信上耦合于该时间源并且配置成(i)识别该指定时间以及(ii)通过本地网络传送该识别的指定时间给一个或多个网络装置。该一个或多个网络装置可分别配置成(i)启动内部时钟，(ii)从该网络主机接收该指定时间，(iii)继接收该指定时间后接收由时间源输出的该参考信号，以及(iv)当收到该参考信号时设置该内部时钟的值到该指定时间。
根据本发明的另一个实施例，公开用于提供时间同步的方法。配置成在指定时间输出参考信号的时间源可由网络主机装置识别。该主机装置然后可确定该参考信号将由该时间源输出时的该指定时间，并且通过本地网络传送该指定时间的指示给一个或多个网络装置。该指示可在该指定时间之前传送。该一个或多个网络装置可分别配置成接收该指示并且当随后从该时间源收到该参考信号时设置内部时钟的值到该指定时间。
根据本发明的再另一个实施例，公开用于提供时间同步的方法。内部定时信号可由网络装置启动。该网络装置然后可通过本地网络接收参考信号将由时间源输出时的指定时间的指示。继接收该指示后，该网络装置可从该时间源接收该参考信号。至少部分基于接收该参考信号，该内部定时信号的值可设置到该指定时间。
通过本发明的各种实施例的技术实现另外的系统、方法、设备、特征和方面。本发明的其他实施例和方面在本文中详细描述并且看作要求权利的本发明的一部分。其他实施例和方面可以参照说明和附图理解。
附图说明
从而已经概括地描述本发明，现在将参照附图，其不必按比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明的说明性实施例的可被利用以用于提供本地网络内的时间同步的一个示例系统的示意图。
图2是根据本发明的说明性实施例的可被利用以用于提供本地网络内的时间同步的另一个示例系统的示意图。
图3是根据本发明的说明性实施例的用于提供时间同步的一个示例方法的流程图。
图4是根据本发明的说明性实施例的用于提供时间同步的另一个示例方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明的说明性实施例，其中示出本发明的一些而不是所有实施例。实际上，本发明可采用许多不同的形式体现并且不应该解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得该公开将满足适用的法律要求。相似的数字始终指相似的元素。
为了该公开的目的，术语“网络装置”可指连接到本地网络的相对低带宽网络装置。该网络装置的相对低带宽可使得难以在网络装置维护相对准确时间信号或通过基于网络的分组交换通信(例如以太网分组交换通信等)将该时间信号与其他时间信号同步。例如，由相对低带宽和/或网络装置的处理速度产生的延迟可使得难以维护满足事件顺序(SOE)定时的期望分辨率(例如，大约一(1)毫秒的期望分辨率等)的时间信号。合适的网络装置的一个示例是H1基金会现场总线装置，但在本发明的各种实施例中可利用其他网络装置。
公开的是用于提供时间同步的控制系统和方法。根据本发明的一个实施例，公开用于提供本地网络内的时间同步的系统，本地网络例如位于发电厂或制炼厂的基金会现场总线装置或其他相对低带宽装置的本地网络。例如全球定位系统(GPS)时间源等时间源可配置成确定相对准确或精确的当前时间。另外，该时间源可配置成在一个或多个指定时间输出参考信号。例如，该时间源可配置成在指定时间周期性地输出参考信号，例如每秒一次、每十秒一次等。例如网络主机装置等第一网络装置可包含或与该时间源通信。该网络主机装置可配置成或编程成识别参考信号将由时间源输出时的下一个指定时间，例如将输出参考信号的下一秒。
网络主机可通过本地网络并且在达到指定时间之前传送识别的指定时间或指定时间的指示给一个或多个相对低带宽网络装置。例如，指定时间可通过与基金会现场总线网络的合适的通信总线传送给一个或多个基金会现场总线装置。当由时间源维护的当前时间达到指定时间时，时间源然后可输出参考信号(例如ping信号等)，并且该参考信号可由网络装置中的每个接收。在某些实施例中，例如指定总线线路等一个或多个指定信号线路可便于该参考信号到网络装置的传送。在其他实施例中，该参考信号可叠加或另外添加到在总线内的信号线路上传播的信号。一旦网络装置接收该参考信号，内部定时信号(例如，内部时钟)的值可设置或更新到之前接收的指定时间。在这点上，可便于相对低带宽装置的网络内的相对准确或精确时间同步。该时间同步可便于监测的事件的相对准确时间标记和/或可维护事件顺序(SOE)定时。
本发明的各种实施例可包括一个或多个专用计算机、系统和/或特定机器，其便于网络(例如包括一个或多个相对低带宽装置的本地网络等)内的时间同步和/或SOE定时。在各种实施例中专用计算机或特定机器可根据需要包括很多种不同的软件模块。如在下文更详细地说明的，在某些实施例中，这些各种软件部件可被利用以用于便于时间同步。
本文描述的本发明的某些实施例可具有便于网络(例如包括一个或多个相对低带宽网络装置的网络等)内的相对准确时间同步的技术效果。另外，本发明的某些实施例可具有便于控制网络(例如在发电厂或制炼厂的控制网络等)内的相对准确事件顺序(SOE)定时的技术效果。
本发明的各种实施例可在一个或多个网络(例如与发电厂或制炼厂控制系统关联的一个或多个本地网络等)中包含相对低带宽装置，例如基金会现场总线类型(下文中的“现场总线”)装置等。在本发明的各种实施例中可根据需要利用很多种现场总线装置。现场总线装置的示例包括但不限于传感器、计量器、测量装置、阀、致动器、输入/输出子系统、主机系统、链接装置、合适的现场总线H1装置和/或合适的现场总线高速以太网(HSE)装置。在某些实施例中，H1装置可以相对低带宽或数据率操作和/或通信，而HSE装置可以相对较高的数据率操作。作为一个示例，H1装置可以大约每秒31.25千比特操作，而HSE装置可以大约每秒100兆比特操作。
根据需要，现场总线装置之间的通信可通过利用现场总线协议而便利化。该现场总线协议是全数字串行双向通信协议，其提供标准化的物理接口给总线或网络互连现场设备或现场总线装置。该现场总线协议是由现场总线基金会开发并且管理的开放架构协议。该现场总线协议实际上向厂或设施内的现场仪器或现场装置提供局域网，其使这些现场装置能够在整个设施中分布的位置执行控制功能并且能够在这些控制功能执行前和后互相通信以实现整体控制策略。因为现场总线协议使控制功能能够在整个过程控制网络中分布，它可减小中央控制器的操作负荷。
图1是根据本发明的说明性实施例的可被利用以用于提供网络(例如本地网络等)内的时间同步的一个示例系统100的示意框图。该控制系统100可包括至少一个网络主机装置105，任何数量的其他网络装置110a-n和时间源115。根据需要，该网络主机装置105和其他网络装置110a-n可通过合适的本地网络或本地总线120互相通信。在这点上，该网络主机装置105和其他网络装置110a-n可形成本地网络或局域网，例如位于发电厂或制炼厂中的本地网络。在某些实施例中，网络装置110a-n可配置成监测发电厂或制炼厂中的各种设备和/或系统。由网络装置110a-n收集的测量数据和/或其他监测数据然后可传送给网络主机装置105。根据需要，网络主机装置105可传送至少一部分从其他装置110a-n接收的数据给一个或多个远程装置和/或系统125，例如与厂关联的中央控制器和/或与其他本地网络关联的其他网络主机装置等。网络主机装置105和一个或多个远程装置125之间的通信可通过任何数量的合适网络(例如下文更详细论述的网络130等)便利化。
根据本发明的方面，网络主机装置105可包括、包含或与时间源115通信。时间源115可配置成产生和/或维护指示当前时间的相对准确和/或精确的时间信号。例如，时间源115可配置成维护具有大约一(1)微秒的分辨率的时间信号，但可利用具有其他分辨率的时间信号。在本发明的各种实施例中可根据需要利用很多种合适的时间源115。在一个示例实施例中，时间源115可包括全球定位系统(GPS)时间源，其可操作成或配置成与一个多个GPS卫星117通信以便产生相对准确的时间信号。时间源115可建立与期望数量的卫星117的联系并且一旦已经联系则建立或产生时间信号。根据需要，GPS时间源可被包含进入网络主机装置105或在通信上耦合于主机装置105。尽管GPS时间源参照图1描述，可利用其他合适的时间源。例如，如在下文参照图2更详细论述的，网络主机装置115可通过基于以太网的分组交换与一个或多个远程装置通信并且产生或建立合适的时间信号。网络主机装置115可具有比其他网络装置110a-n中的一个或多个相对较高的带宽，由此允许主机装置115通过分组交换技术和通信接收和/或维护相对准确的时间信号。在这点上，网络主机装置115可充当系统100中的时间源。
根据本发明的方面，时间源115可配置成在一个或多个指定时间输出参考信号。在某些实施例中，一个或多个指定时间可利用由时间源115接收和/或存储的任何数量的参数、例如默认参数和/或从网络主机装置105接收的参数等来建立或确定。例如，时间源115可从网络主机装置105接收指令或请求以在一个或多个指定时间输出参考信号。作为另一个示例，时间源可配置成在指定时间周期性地输出参考信号，例如每秒一次、每十秒一次等。一旦达到指定时间，时间源115可输出合适的参考信号用于由系统100的一个或多个其他部件、例如主机装置105和/或其他网络装置100a-n等接收。在各种实施例中很多种合适的参考信号、例如脉冲信号或其他同步信号等可根据需要由时间源115输出。在某些实施例中，参考信号可输出到指定信号线路、例如本地网络内的指定线路或总线120等上用于传播到其他部件。在其他实施例中，参考信号可叠加到通过本地网络或总线120传播的另一个信号上。根据需要，输出参考信号可直接传送给接收者或通过一个或多个其他部件间接传送给接收者、例如网络主机装置105等。
网络主机装置105或本地主机装置可以是或包括任何数量的合适计算机处理部件，其便于管理在本地网络中连接的任何数量的其他装置110a-n和/或与一个或多个远程装置125通信。例如，网络主机装置105可包括一个或多个控制器、处理装置和/或处理部件，其配置成初始化或建立与时间源115的通信、识别参考信号将由时间源115输出时的指定时间、通过合适的本地网络或总线120传送该指定时间给一个或多个其他网络装置110a-n、从另一个网络装置110a-n接收数据，和/或传送至少一部分从另一个网络装置110a-n接收的数据给远程装置125。可包含进入网络主机装置105的合适的处理装置的示例包括但不限于专用电路、可编程逻辑阵列、微控制器、微型计算机、其他计算装置等。如此，网络主机装置105可包括任何数量的处理器141或处理部件，其便于计算机可读指令的执行以控制主机装置105的操作和/或本地网络的各种部件和/或远程装置125之间的通信。通过执行与指定时间到其他网络装置110a-n的传送关联的计算机可读指令，主机装置105可包括或形成专用计算机或专用机器，其便于在本地网络内的网络装置的同步和/或相对准确的SOE定时。
除一个或多个处理器141外，网络主机装置105可包括一个或多个存储器装置142、一个或多个时钟143或定时部件、一个或多个网络接口144和/或一个或多个I/O接口145。该一个或多个存储器装置142或存储器可以是任何合适的存储器装置，例如高速缓存、只读存储器装置、随机存取存储器装置、磁性存储装置等。该一个或多个存储器装置142可存储由主机装置105利用的数据、可执行指令和/或各种程序模块，例如数据文件146、操作系统147和/或时间同步模块148或时间同步应用程序。该数据文件146可包括与主机装置105的操作关联的存储的数据、与时间源115的操作关联的存储的数据、时间同步数据、与一个或多个其他网络装置110a-n的操作关联的存储的数据、由其他网络装置110a-n获取和从其接收的测量值和/或读数、存储的SOE数据，和/或与一个或多个远程125的操作和/或与远程装置125的通信关联的存储的数据。
在本发明的某些实施例中，网络主机装置105可包括任何数量的软件应用程序，其被执行以便于主机装置105的操作。该软件应用程序可包括可由一个或多个处理器141执行的计算机可读指令。该计算机可读指令的执行可形成专用计算机，其便于各种网络部件110a-n的时间同步和/或SOE定时数据到一个或多个远程装置125的传送。作为软件应用程序的示例，主机装置105可以可选地包括操作系统(“OS”)147，其控制主机装置105的一般操作并且便于另外的软件应用程序的执行。
另外，主机装置105可包括时间同步模块148，其可操作成、配置成或编程成便于网络装置110a-n互相之间以及与一个或多个远程装置125的时间同步。可由该时间同步模块148执行的操作的一个示例在下文参照图3更详细地描述。该时间同步模块148可识别和/或初始化时间源115。该模块148然后可识别或确定参考信号将由时间源115输出时的下一个指定时间，并且该时间同步模块148可命令将下一个指定时间或下一个指定时间的指示传送到一个或多个其他网络装置110a-n。在这点上，当参考信号由时间源115输出时，其他网络装置110a-n可更新它们的内部时间信号或时钟使得装置110a-n同步或几乎同步。
另外，根据需要，时间同步模块148可从一个或多个其他网络装置110a-n接收和/或处理时间标记的数据和/或SOE数据。在某些实施例中，数据可响应于传送给其他网络装置110a-n的一个或多个数据请求而被接收。时间同步模块148可根据需要命令请求的传送。另外，接收的数据可由网络主机装置110存储和/或传送给一个或多个远程装置125。作为一个示例，SOE数据的请求可传送给一个或多个现场总线装置，并且SOE数据可通过合适的现场总线网络从现场总线装置接收。SOE数据然后可传送给与发电厂或制炼厂关联的中央控制器。
在某些实施例中，时间同步模块148可操作成、配置成或编程成产生、接收和/或维护时间信号，其可被利用以用于同步其他网络装置110a-n。例如，时间同步模块148可利用与一个或多个远程装置125(例如与发电厂或制炼厂关联的中央控制器等)的基于以太网的分组交换通信建立和维护相对准确的时间信号。可被利用以用于通过基于以太网的分组交换通信建立和维护时间信号的合适的方法的一个示例在IEEE1588标准(其由电气电子工程师协会公布)中阐述。一旦时间信号已经由时间同步模块148建立，模块148可确定例如脉冲信号等参考信号将被输出以由其他网络装置110a-n接收时的指定时间。时间同步模块148可进一步配置成一旦建立的时间信号的值达到指定时间就输出合适的参考信号。
继续参考网络主机装置105，一个或多个时钟143可包括任何合适的时钟或定时装置，其便于主机装置105内的定时。在本发明的各种实施例中可根据需要利用很多种不同类型的时钟和/或时钟发生器，例如石英压电振荡器、其他谐振电路和/或其他合适的时钟发生器。另外，可利用很多种不同的时钟信号，例如方波时钟信号等。
一个或多个网络接口144可便于主机装置105到任何数量的网络的连接，例如便于与远程装置125的通信的本地网络120和/或一个或多个网络130。在这点上，主机装置105可从系统100的其他部件接收数据和/或传送数据到其上。例如，与指定时间关联的数据可从时间源115接收并且传送给其他网络装置110a-n。作为另一个示例，SOE定时数据可从其他网络装置110a-n接收并且传送给一个或多个远程装置125。
一个或多个I/O接口145可便于数据通过一个或多个I/O装置、例如串行端口、通用串行总线(USB)端口、其他端口和/或各种用户输入装置(例如，小键盘、触摸屏显示器、鼠标、键盘等)等由网络主机装置105的处理部件接收。例如，在某些实施例中，I/O接口145可便于接收来自时间源115的数据。
继续参照图1，任何数量的网络装置110a-n可包括在系统中。现在将描述例如H1现场总线装置或其他相对低带宽装置等示例网络装置(一般称为装置110)。网络装置110或本地网络装置可以是或包括任何数量的合适的计算机处理部件或处理装置，其便于装置110的一般操作、定时信号的维护、通过本地网络120和/或专用信号线路与其他装置的通信，和/或定时信号的同步或更新。可包含进入网络装置110的合适的处理部件装置或部件的示例包括但不限于专用电路、可编程逻辑阵列、微控制器、微型计算机、其他计算装置等。如此，网络装置110可包括任何数量的处理器151或处理部件，其便于计算机可读指令的执行以控制网络装置110的操作，和/或通过本地网络120和/或任何数量的专用信号线路与其他装置的通信。通过执行与定时信号的维护关联的计算机可读指令，网络装置110可包括或形成专用计算机或专用机器，其便于网络装置110与在本地网络和/或其他网络内的其他装置的同步。另外，网络装置110可包括或形成专用计算机或专用机器，其便于相对准确的SOE定时。
除一个或多个处理器151外，网络装置110可包括一个或多个存储器装置152、一个或多个时钟153或定时部件、一个或多个网络接口154和/或一个或多个I/O接口155。该一个或多个存储器装置152或存储器可以是任何合适的存储器装置，例如高速缓存、只读存储器装置、随机存取存储器装置、磁性存储装置等。该一个或多个存储器装置152可存储由网络装置110利用的数据、可执行指令和/或各种程序模块，例如数据文件156、操作系统157和/或时间模块158或定时应用程序。该数据文件156可包括与网络装置110的操作关联的存储的数据、由网络装置110产生的存储的测量数据和/或计算、与网络主机装置105和/或与主机装置105的通信关联的存储的数据，和/或与网络装置110的时间同步关联的存储的数据。
在本发明的某些实施例中，网络装置110可包括任何数量的软件应用程序或其他可编程逻辑包括的计算机可读指令，其被执行以便于网络装置110的操作。作为软件应用程序的示例，网络装置110可以可选地包括操作系统(“OS”)157，其控制装置110的一般操作并且便于另外的软件应用程序的执行。另外，网络装置110可包括时间模块158，其可操作成、配置成或编程成便于网络装置110与其他装置的时间同步和/或SOE定时。可由该时间模块158执行的操作的一个示例在下文参照图4更详细地描述。该时间模块158可配置成初始化网络装置110的内部定时信号或时钟153。该定时模块158可进一步配置成从例如网络主机105等另一个网络部件接收指定时间、下一个指定时间或其的指示。该定时模块158可存储该指定时间在存储器152中。该定时模块158可进一步配置成接收由时间源115输出的参考信号。该参考信号可通过任何数量的合适的通信技术接收，例如通过一个或多个专用信号线路、通过叠加或另外添加该参考信号到另一个信号等。一旦参考信号接收到，该定时模块158可访问该指定时间并且设置或更新内部时钟153的值到该指定时间的值。在这点上，可便于网络装置110与其他装置的相对准确的时间同步。
另外，定时模块158和/或与网络装置110关联的其他模块或应用程序可配置或编程成时间标记各种事件和/或测量，其由网络装置110识别、观察或获取。例如，定时模块158可时间标记在发电厂或制炼厂内获取的测量，其超过阈值或落入指定范围外。根据需要，时间标记的数据可由网络装置110存储和/或通过本地网络120传送给例如网络主机装置105等其他装置。时间标记的数据可在没有请求的情况下推送到另一个装置和/或响应于请求传送给另一个装置。在这点上，相对准确的时间标记的SOE数据可由网络装置110维护和/或传送给系统100的其他部件。
继续参考网络装置110，一个或多个时钟153可包括任何合适的时钟或定时装置，其便于在装置110内定时。在本发明的各种实施例中可根据需要利用很多种不同类型的时钟和/或时钟发生器，例如石英压电振荡器、其他谐振电路和/或其他合适的时钟发生器等。另外，可利用很多种不同的时钟信号，例如方波时钟信号等。
一个或多个网络接口154可便于网络装置110连接到任意数量的网络，例如本地网络120。在这点上，网络装置110可从主机装置105和/或其他网络装置接收数据和/或传送数据到其上。一个或多个I/O接口155可便于数据通过一个或多个I/O装置、例如串行端口、通用串行总线(USB)端口、其他端口和/或各种用户输入装置(例如，小键盘、触摸屏显示器、鼠标、键盘等)等由网络装置110的处理部件接收。
本地网络或总线120可包括任何合适的本地网络或网络组合，其便于在本地主机装置105、任何数量的本地网络装置11Oa-n和/或时间源115之间通信。合适的网络或总线的示例包括基金会现场总线总线或形成本地网络、射频(RF)网络、支持蓝牙(BluetoothTM)的网络等的信号线路的其他组合。另外，根据需要，本地网络可包括任何合适的有线网络、无线网络和/或有线或无线网络的组合。根据本发明的方面，本地网络120可便于任何数量的相对低带宽装置之间通信。
便于在网络主机装置105和/或远程装置125或系统之间通信的一个或多个网络130可包括任何合适的通信网络或网络组合。合适的网络的示例包括但不限于局域网、广域网、支持以太网的网络、互联网、射频(RF)网络、支持蓝牙(BluetoothTM)的网络、任何合适的有线网络、任何合适的无线网络或任何合适的有线和无线网络的组合。在本发明的某些实施例中，例如利用以太网的实施例等，一个或多个以太网交换机可被提供以在网络130内路由数据。合适的以太网交换机的示例包括但不限于网桥、多层交换机等。
一个或多个远程装置125和/或系统可包括配置成通过一个或多个网络130与网络主机装置105直接或间接通信的任何数量的远程装置和/或系统。例如，在发电厂或制炼厂中，远程装置125可包括与发电厂关联的中央控制器，例如由通用电气公司生产的MarkTM VI控制或MarkTM Vie控制系统等。远程装置125可另外或备选地包括与位于发电厂或制炼厂内的其他本地网络关联的其他网络主机装置。
图2是根据本发明的说明性实施例可被利用以用于提供本地网络内的时间同步的另一个示例系统200的示意图。图2的系统200可包括与在图1中图示的系统100相似的部件；然而，系统200可包括通过一个或多个合适的网络130与网络主机装置105通信的一个或多个时间源205或定时装置。
网络主机装置105可具有比其他网络装置110a-n相对较高的带宽，并且该相对较高的带宽可便于相对准确的定时信号或时间同步数据由主机装置105通过网络130接收。例如，在网络主机装置105和时间源205或其他装置之间的基于以太网的通信(例如分组交换通信)可便于在主机装置105建立相对准确的定时信号。作为一个示例，在标准IEEE1588中阐述的方法可被利用以用于在主机装置105建立定时信号。在一个实施例中，网络主机装置105可包括能够实现基于以太网的时间同步的HSE基金会现场总线装置。
一旦时间信号已经由网络主机装置105建立，主机装置105可确定一个或多个指定时间并且传送指定时间或其的指示到其他网络装置110a-n。当达到指定时间时网络主机装置105然后可输出参考信号以便于在本地网络120内时间同步。在这点上，图2的网络主机装置105可执行与图1的时间源115的那些相似的操作。
根据需要，本发明的实施例可包括具有比在图1和2中图示的部件更多或更少的部件的系统。图1和2的系统100、200仅通过示例的方式提供。
图3是根据本发明的说明性实施例用于提供时间同步的一个示例方法300的流程图。在方法300中阐述的操作是可由在本地网络内的时间同步模块和/或网络主机装置(例如在图1和2中图示的时间同步模块148和/或主机装置105等)执行的操作的一个示例。方法300可在框305开始。
在框305，可识别或初始化配置成提供或生成相对准确的定时信号的时间源或定时参考。在本发明的各种实施例中可根据需要识别很多种合适的时间源。在一个示例实施例中，GPS时间源(例如在图1中图示的时间源115等)可被识别和/或初始化。在另一个示例实施例中，定时参考可利用合适的基于网络的同步技术(例如基于以太网的分组交换同步技术等)在主机装置105建立。
在框310，可识别或确定参考信号将由时间源输出时的指定时间或下一个指定时间。该指定时间可以是参考信号可被输出时的将来时间点，例如参考信号将被输出时的特定秒或特定分钟。在其中主机装置105起时间源作用的实施例中，指定时间可由主机装置105建立。在其中时间源独立于或有别于主机装置105的实施例(例如包括GPS时间源的实施例)中，指定时间可由主机装置105通过一个或多个与时间源合适的通信来确定和/或建立。例如，下一个指定时间的请求可传送给时间源，并且指定时间可响应于该请求而被接收。根据需要，用于输出参考信号的一个或多个指定时间或参数可由主机装置105传送给时间源。
一旦在框310识别或确定指定时间或下一个指定时间，该指定时间或其的指示可通过本地网络传送给一个或多个其他网络装置，例如在图1中图示的网络装置110a-n。例如，在本地基金会现场总线网络内的主机装置可在合适的本地网络或总线(例如在图1中图示的本地网络120等)上传送该指定时间到一个或多个其他现场总线装置。根据本发明的方面，该指定时间可在参考信号由时间源输出之前传送给其他装置110a-n。
在框320，其在本发明的某些实施例中可以是可选的，一旦达到指定时间，网络主机装置105可输出参考信号以供由其他网络装置110a-n接收。例如，在其中主机装置105另外作为时间源操作或建立定时参考信号的实施例中，主机装置105可输出参考信号。作为另一个示例，主机装置105可从独立时间源接收已经达到指定时间的指示，并且该主机装置105可响应于该指示的接收而输出参考信号。参考信号可利用很多种合适的技术和/或网络部件来输出。在某些示例实施例中，参考信号可输出到一个或多个指定的信号线上，其便于传送参考信号给其他装置110a-n。例如，参考信号的专用信号线路可添加到本地网络120或总线。在其他示例实施例中，参考信号可叠加或另外添加到另一个信号，其通过本地网络120传播或传送给其他装置110a-n。
根据本发明的方面，输出参考信号可便于其他网络装置110a-n的时间同步。当参考信号由另一个装置110a-n接收时，其他装置110a-n的内部时钟或定时信号可设置或更新到之前接收的指定时间的值。在这点上，可在相对低带宽装置内实现相对准确的时间同步。通过建立相对准确的时间同步，相对准确的SOE定时数据可在本地网络120内和/或与其他装置一起获得。例如，相对准确的SOE定时数据可在发电厂或制炼厂(其包括中央控制器和任何数量的分布式本地网络，其包括相对低带宽装置)获得。
在框325，其在本发明的某些实施例中可以是可选的，主机装置105可通过本地网络传送SOE数据的请求给一个或多个其他网络装置110a-n中的至少一个。在框330，SOE数据可响应于该请求而从另一个装置110a-n接收。备选地，SOE数据可在没有由主机装置105传送请求的情况下由主机装置105接收。接收的SOE数据然后可由主机装置105通过除了本地网络120的网络传送给一个或多个远程装置、系统或实体，例如在图1中图示的远程装置125等。
作为一个示例，与包括相对低带宽装置的本地网络关联的主机装置可收集SOE数据。该主机装置(其可具有相对较高的带宽)然后可传送收集的SOE数据的至少一部分给一个或多个远程装置，例如中央控制器和/或其他网络主机装置等。作为一个示例，该主机装置可以是从任何数量的H1现场总线装置收集数据的HSE现场总线装置，并且该主机装置然后可传送收集的数据给与发电厂或制炼厂关联的中央控制器。
方法300可在框335后结束。
图4是根据本发明的说明性实施例用于提供时间同步的另一个示例方法400的流程图。在方法400中阐述的操作是可由本地网络内的定时模块和/或网络装置(例如在图1和2中图示的定时模块158和/或网络装置110等)执行的操作的一个示例。方法400可在框405开始。
在框405，内部时钟或定时信号可启动或开始。该内部时钟的值可以是还没有与在网络中的一个或多个其他部件同步的粗糙时间值。因此，该内部时钟的值可包括某些误差或不准确性。
在框410，可接收参考信号将由时间源输出时的指定时间或指定时间的指示。在某些实施例中，该指定时间可通过例如在图1中图示的本地网络120等本地网络从例如在图1中图示的主机装置105等主机装置接收。该指定时间可规定特定时间，例如参考信号将由时间源输出时的特定的秒或特定的分钟。根据需要，该指定时间可存储在适合的存储器或寄存器中。
在框415，可接收已经由时间源输出的参考信号。在本发明的各种实施例中可根据需要接收很多种适合类型的参考信号，例如脉冲信号等。在某些实施例中，该参考信号可通过例如已经添加到本地网络或本地总线的信号线路等一个或多个指定的信号线路从时间源或主机装置接收。在其他实施例中，该参考信号可叠加或另外添加到另一个信号，并且该参考信号可通过任何数量的合适的滤波器从其他信号识别、分析或提取。
在框415基于参考信号的接收，在框420内部时钟或内部定时信号的值可设置或更新到之前接收的指定时间。在这点上，内部时钟可与其他网络装置的内部时钟同步。接收指定时间、接收参考信号和更新或设置时钟的操作在各种实施例中可根据需要重复以维护内部时钟的期望准确性。另外，在某些实施例中，下一个指定时间可由网络装置利用之前的指定时间确定。例如，参考信号可采用周期性的方式由时间源输出，例如每秒一次。在接收参考信号后，指定时间的存储值可递增预定的时间段(例如，一秒)。因此，当接收随后的参考信号时内部时钟可准确地更新。除了内部更新下一个指定时间之外，网络装置110可周期性地(例如，每十秒一次、每三十秒一次、一分钟一次，等)从可被利用以用于核实或更新下一个指定时间的存储值的网络主机装置105接收新的指定时间。在这点上，可校正由未能更新指定时间和/或未能识别参考信号而产生的任何误差。
根据本发明的方面，内部时钟可被利用以用于时间标记由网络装置110识别的某些事件和/或测量。在这点上，相对准确地SOE定时可在分布式系统内产生和/或维护。例如，在框425，一个或多个事件可利用内部时钟被时间标记或记时。根据需要，时间标记的数据或时间标记事件的其他指示符可通过本地网络120传送给网络主机装置105。例如，在框430，其在本发明的某些实施例中可以是可选的，SOE定时数据或其他时间标记的数据的请求可从网络主机装置105接收。在框435，SOE或其他时间标记的数据然后可传送给网络主机装置105。
方法400可在框435后结束。
在图3和4的方法300、400中描述的操作不必须按在图3和4中阐述的顺序执行，而相反可按任何顺序执行。另外，在本发明的某些实施例中，可执行比在图3和4中阐述的所有单元或操作更多或更少的单元或操作。
本发明在上文参照根据本发明的示例实施例的系统、方法、设备和/或计算机程序产品的框和流程图描述。将理解框图和流程图中的一个或多个框以及在框图和流程图中的框的组合可以分别由计算机可执行程序指令实现。同样，根据本发明的一些实施例，框图和流程图中的一些框可不必须按出现的顺序执行，或可根本不必须执行。
这些计算机可执行程序指令可加载到通用计算机、专用计算机、处理器或其他可编程数据处理设备上以产生特定的机器，使得在计算机、处理器或其他可编程数据处理设备上执行的指令形成用于实现在流程图框或多个框中规定的一个或多个功能的部件。这些计算机程序指令还可存储在可以命令计算机或其他可编程数据处理设备采用特定方式起作用的计算机可读存储器中，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生制品，其包括实现在流程图框或多个框中规定的一个或多个功能的指令部件。作为示例，本发明的实施例可提供计算机程序产品，其包括具有计算机可读程序代码或包含在其中的程序指令的计算机可用介质，所述计算机可读程序代码适应于执行以实现在流程图框或多个框中规定的一个或多个功能。计算机程序指令还可加载到计算机或其他可编程数据处理设备上以使一系列操作单元或步骤在计算机或其他可编程设备上执行以产生计算机实现过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图框或多个框中规定的功能的单元或步骤。
因此，框图和流程图的框支持用于执行规定功能的部件的组合、用于执行规定功能的单元或步骤和用于执行规定功能的程序指令部件的组合。还将理解框图和流程图中的每个框以及在框图和流程图中的框的组合可以由专用的基于硬件的计算机系统(其执行规定功能、单元或步骤)或专用硬件和计算机指令的组合实现。
尽管本发明已经连同目前认为是最实用以及各种实施例描述，要理解本发明不限于公开的实施例，而相反地，意在涵盖包括在附上的权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置。
该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
部件列表
  100   系统   105   网络主机装置
  110a-n   本地网络装置   115   时间源
  117   GPS卫星   120   本地网络/总线
  125   远程装置和/或系统   130   网络
  141   处理器   142   存储器装置
  143   时钟   144   网络接口
  145   I/O接口   146   数据文件
  147   操作系统   148   时间同步模块
  151   处理器   152   存储器装置
  153   时钟   154   网络接口
  155   I/O接口   156   数据文件
  157   操作系统   158   定时模块
  200   系统   205   时间源
  300   方法   305   框
  310   框   315   框
  320   框   325   框
  330   框   335   框
  400   方法   405   框
  410   框   415   框
  420   框   425   框
  430   框   435   框

Claims (14)

1.一种系统(100)，其包括：
时间源(115，205)，其配置成确定当前时间和参考信号将被输出时的指定时间，并且当达到所述指定时间时输出所述参考信号；
网络主机(105)，其在通信上耦合于所述时间源(115，205)并且配置成(i)识别所述指定时间以及(ii)通过本地网络(120)传送所述识别的指定时间给一个或多个网络装置(110a-n)，
其中所述一个或多个网络装置(110a-n)分别配置成(i)启动内部时钟(153)，(ii)从所述网络主机(105)接收所述指定时间，(iii)继接收所述指定时间后接收由所述时间源(115，205)输出的参考信号，以及(iv)当收到所述参考信号时设置所述内部时钟(153)的值到所述指定时间。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述时间源(115，205)包括全球定位系统(GPS)时间源(117)。
3.如权利要求1所述的系统(100)，其中：
所述网络主机(105)包括所述时间源，以及
所述网络主机(105)进一步配置成从远程实体接收至少一个时间信号。
4.如权利要求3所述的系统(100)，其中所述至少一个时间信号包括基于以太网的时间同步信号。
5.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述一个或多个网络装置(110a-n)包括基金会现场总线H1装置或低带宽网络装置中的至少一个。
6.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述参考信号包括由所述时间源(115，205)采用周期方式输出的脉冲信号。
7.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述参考信号由所述一个或多个网络装置(110a-n)通过一个或多个专用信号线路接收。
8.一种用于提供本地网络(120)中的时间同步的方法(300)，所述方法(300)包括：
由网络主机装置(105)识别(305)配置成在指定时间输出参考信号的时间源(115，205)；
由所述主机装置(105)确定(310)所述参考信号将由所述时间源(115，205)输出时的指定时间；以及
由所述主机装置(105)通过本地网络(130)并且在所述指定时间之前传送所述指定时间的指示给一个或多个网络装置(110a-n)，
其中所述一个或多个网络装置(110a-n)分别配置成接收所述指示并且当随后从所述时间源收到所述参考信号时设置内部时钟(153)的值到所述指定时间。
9.如权利要求8所述的方法(300)，其中识别时间源包括识别全球定位系统(GPS)时间源(117)。
10.如权利要求8所述的方法(300)，其中识别(305)时间源(115，205)包括：
识别与所述主机装置(105)网络通信的远程实体；以及由所述主机装置(105)从所述远程实体接收至少一个时间信号。
11.如权利要求10所述的方法(300)，其中接收至少一个时间信号包括接收基于以太网的时间同步信号。
12.如权利要求8所述的方法(300)，其中传送(315)所述指定时间的指示到一个或多个网络装置(110a-n)包括传送指示到一个或多个基金会现场总线H1装置或到一个或多个低带宽网络装置。
13.如权利要求8所述的方法(300)，进一步包括：
从所述主机装置(105)传送(320)所述参考信号到所述一个或多个网络装置(110a-n)。
14.如权利要求13所述的方法(300)，其中传送(320)所述参考信号包括通过一个或多个专用信号线路传送所述参考信号。
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