CN102546073B - 一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，包括：第一步，每台主时钟以环状方式连接在一起组成环形网络结构；第二步，每台主时钟在环形网络口上都启动拓扑发现协议，用来发现环形网络情况，并决定其中一条线路用于备份线路；第三步，环网上所有主时钟在网口上启动IEEE 1588协议，BMC算法决定哪台主时钟最后成为最高级主时钟；则其他主时钟的环形网络网口都变成了从时钟节点，并停止将自身的GPS时间校准到1588时钟，转而通过1588协议按照最高级主时钟的时钟进行校准；第四步，发生故障时，拓扑发现协议会进行环形网络上的主时钟切换，同时产生警告事件。本发明可避免主时钟切换时出现时间的抖动。

Description

一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法

技术领域

本发明涉及同步对时技术领域，更具体地说，涉及一种利用多时钟环的方式来防止时钟切换抖动的方法。

背景技术

IEEE 1588精密时钟同步协议让测量以及用于实施网络通信、本地计算和分布式对象的控制系统的时钟精确同步成为可能。时钟之间的通信是通过一个通信网络进行的，协议在系统中设立了时钟之间的主从关系。所有的时钟都要最终从主时钟的时间上派生出它们自己的时间。其中，IEEE 1588共有3种设备类型，分别为：普通时钟、边界时钟和透明时钟。普通时钟按角色可分为主时钟和从时钟，只包含一个精密时间协议(PTP)端口；边界时钟是一个多口装置，在精密时间协议(PTP)范围之间起到桥梁作用，也就是说它在一方面是从时钟，在另一方面又是一个主时钟。边界时钟可以是不同精密时间协议(PTP)模式之间或者不同链路层技术之间的桥梁。透明时钟是一个多口装置，通常是一个分组交换机，控制精密时间协议(PTP)信息并对由于储存与转发排队交换机构成所带来的不确定时间抖动进行修正。

协议的基本原理是主时钟从更高精度的时钟(如GPS)获取时间信号，然后主从时钟之间进行同步信息包的发送和接收，对信息包的发出时间和接收时间信息进行记录，并且对每一条信息包加盖时间标签。有了时间标签，从时钟就可以计算出自己与主时钟的时间差以及网络中的传输延时，从而进行时钟的校准同步，如图1所示。

为了提高时钟同步系统的可靠性，往往为网络配有两个主时钟，如图2所示，主时钟A和B它们均连接在一个全球定位系统GPS高级时钟上，并拥有自己的对时网络A网和B网。其中一个对时网络处于工作状态，另一个对时网络处于备用状态，处于工作状态的对时网络的连接线无论是物理上还是逻辑上都是联通的，处于备用状态的网络的连接线物理上是联通的，但是逻辑上是断开的，图2中的叉字号则表示断开。假设主时钟A发生故障，那么备用对时网络B就会恢复联通，对时网络A断开联通，此时主时钟B就会代替A继续工作。

这种方法存在这样一个问题，就是这两个时钟分别连接在不同的全球定位系统GPS信号上，由于全球定位系统GPS信号A和B之间不可能是完全同步的，就导致主时钟A和B是不一致的，一旦A发生故障之后，B开始工作，那么整个网络的时间需要从A跳跃到B，跳跃的过程中会出现时间的抖动，并且跳跃是需要一个收敛时间，在这段时间内会影响到网络设备的正确对时，导致意外发生，这无疑会影响到整个同步系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，该方法利用多时钟环避免对时网络之间的切换出现时间的抖动，使得切换过程平滑顺利，从而加强网络主时钟的可靠性。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，每台主时钟里集成一个微型交换机，每台主时钟通过微型交换机以环状方式连接在一起组成环形网络结构；

第二步，每台主时钟在环形网络口上都启动拓扑发现协议，用来发现环形网络情况，并最后决定其中一条线路被断开通信，用于备份线路；

第三步，环网上所有主时钟将各自1588的时钟较准至接收到的GPS时间；然后所有的主时钟在网口上启动IEEE 1588协议，IEEE 1588协议发送的数据报文里包含BMC算法所需要的数据，BMC算法根据IEEE1588协议发送的数据报中的数据，决定哪台主时钟最后成为最高级主时钟；此时，其他主时钟的环形网络网口都变成了从时钟节点，并且都停止将自身的GPS时间校准到1588时钟，转而通过1588协议按照最高级主时钟的时钟进行校准；

第四步，发生故障时，拓扑发现协议会进行环形网络上的主时钟切换，同时产生警告事件。

通过上述方法可将多个主时钟构成一环状形的网络拓扑结构，在发生故障时主时钟切换无抖动，提高了时钟切换的可靠性和稳定性。

更具体地说，所述组成环形网络结构的主时钟为2台或3台。

所述微型交换机是指用于每个主时钟发送和接收校准时间报文的微型交换机。这样可以实现主时钟之间同步对时报文的发送和接收，使得各主时钟之间通信的同步。

所述第一步中的拓扑发现协议是指快速生成树协议。快速生成树协议可解决环形网络发生网络风暴的问题。

所述第四步中的进行环形网络上的主时钟的切换采用如下方式之一：(1)当拓扑发现协议检测到发生单点线路故障时，启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；(2)当拓扑发现协议检测到发生单点设备故障时，判断是最高级主时钟发生故障还是其他主时钟发生故障；当最高级主时钟发生故障时，BMC算法重新选择最高级主时钟，采用逼近算法将新最高级主时钟的时间逼近自身的GPS时间；当其他主时钟发生故障时，发生故障的主时钟停止使用，并启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；(3)当发生多点故障时，按发生单点故障的情况逐点进行处理。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明的方法是将主时钟构成环状形的网络拓扑结构，提高了主时钟切换时的可靠性和稳定性。

2、本发明的方法可避免主时钟网络之间的切换出现时间抖动，使得切换过程平滑顺利，从而加强网络主时钟的可靠性。

附图说明

图1是主时钟和从时钟之间的对时示意图；

图2是现有时钟备用的连接示意图；

图3是三个主时钟组成的多时钟环的连接示意图；

图4是时钟环切换工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本实施例采用三个主时钟构成时钟环为例对下述进行说明。

三个主时钟组成的多时钟环的连接示意图如图3所示，主时钟A、主时钟B和主时钟C之间组成环形网络结构，各主时钟都设置有用于发送和接收校准时间报文的微型交换机。本发明的基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，包括以下步骤：

第一步，主时钟A、主时钟B和主时钟C之间组成环形网络结构；

第二步，三台主时钟(主时钟A、主时钟B和主时钟C)在环形网络口上都启动拓扑发现协议(采用快速生成树协议)，用来发现环形网络情况，并最后决定其中一条线路被断开通信，用于备份线路；

第三步，主时钟A、主时钟B和主时钟C将各自时钟校准为接受到的GPS-A、GPS-B和GPS-C的时间，三个主时钟在网络口上启动IEEE1588协议，BMC算法根据IEEE1588协议发送的数据报中的数据，决定该环形网络中的最高级主时钟：假设选定主时钟A为最高级主时钟，除最高级主时钟外的其他主时钟(主时钟B和主时钟C)停止各自的GPS时间(GPS-B和GPS-C时间)，通过IEEE1588协议与最高级主时钟(主时钟A)进行校准。

主时钟A从高级时钟GPS-A上获取时间基准，然后通过交换机使得主时钟B和主时钟C与其同步，同步之后主时钟B又作为最高级主时钟同步下一级的从时钟，图3中省略了下一级时钟这一部分。时钟环中所有的时钟时间来源均为GPS-A，所以，主时钟B和主时钟C两个时钟是同步的，与主时钟B和主时钟C连接的网络上的时钟也是同步的。

第四步，发生故障时，拓扑发现协议会进行环形网络上的主时钟切换，同时产生警告事件；环形网络上主时钟之间的切换采用如下方式之一：当拓扑发现协议检测到发生单点线路故障时，启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；当发生单点设备故障时，判断是最高级主时钟发生故障还是其他主时钟发生故障；当最高级主时钟发生故障时，BMC算法重新选择最高级主时钟，采用逼近算法将新最高级主时钟的时间逼近自身的GPS时间；当其他主时钟发生故障时，发生故障的主时钟停止使用，并启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；当发生多点故障时，按发生单点故障的情况逐点进行处理。

本发明的基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法实现流程图如图4所不：

1)所有设备上电，环形结构组成。

2)每台主时钟在环形网络口上都会启动拓扑发现协议，如快速生成树协议，用来发现环形网络情况，最后某一条线路被决定断开通信，用于备份线路。这里假设最终被决定断开的线路是图3中的主时钟A与主时钟B的直连线路。

3)环网上所有时钟开始将各自1588的时钟较准至接收到的GPS时间。然后，所有的主时钟在网口上启动IEEE 1588协议，IEEE 1588协议发送的数据报文里包含了BMC算法所需要的数据，用于决定哪台主时钟最后成为最高级的主时钟。这里假设主时钟A被算法选择出来为最高级的主时钟。

4)除了主时钟A之外，其他的主时钟的环形网络网口都变成了从时钟节点，并且都停止将自身的GPS时间校准到1588时钟，转而向主时钟A的时钟通过IEEE 1588协议进行校准。从而所有主时钟都使用最终的主时钟A的GPS时间。那么所有向这些主时钟进行对时的从时钟取得的时间源都将一致(AB网的时间来源是一致的)。

5)当发生单点线路故障的时候，假设是由于主时钟A与主时钟C的直连线路出现问题，如线断了，或其他的原因。这时拓扑发现协议会检测到主时钟A与主时钟C线路的通信已经断了，这时先前被逻辑上断开的备份线路(主时钟A与主时钟B线路)会被迅速启用，所有节点的通信在短暂的中断后被恢复，由于IEEE 1588协议允许少量报文的丢失，所以这短暂的中断后IEEE 1588协议会继续工作，并不会影响生产环境。同时产生警告事件，通知工作人员检修主时钟A与主时钟C的线路。

6)当发生单点设备故障的时候，假设是由于某台主时钟故障，分两种情况，最高级主时钟和次级主时钟。如果是次级主时钟失效，假设是主时钟B故障，同时造成环形网络通信故障，则备份主时钟A与主时钟B线路会启用，以恢复通信，不影响其他的设备。同时产生警告事件，通知工作人员检修次级主时钟。如果是最高级主时钟A故障而失效，BMC算法会重新选择出一个主时钟，新的最高级主时钟(假设为主时钟B)，自身的GPS-B由于和GPS-A可能会有一定的时间偏差(可以预计此时间偏差不会太大)，此时不能直接校调主时钟B的1588时间到GPS-B的时间，应该采用逼近算法，使主时钟B的1588时间缓慢地逼近GPS-B时间，这样不会影响下级时钟的生产环境。同时，如果由于主时钟A的故障导致通信故障的情况，也需要将备份线路启用，并产生警告事件。

7)如果发生多点故障，多点故障是单点故障的组合故障，可以按单点故障的处理办法处理。只有当环内所有的主时钟都故障或到AB网的通信线路都故障时，A，B网的时钟才可能同时失效，此时才有可能导致生产环境事故。而这种情况是非常小概率事件，通常认为是不可能发生的。而故障的恢复按上面的描述，也不会影响生产环境。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

第一步，每台主时钟里集成一个微型交换机，每台主时钟通过微型交换机以环状方式连接在一起组成环形网络结构； 

第二步，每台主时钟在环形网络口上都启动拓扑发现协议，用来发现环形网络情况，并最后决定其中一条线路被断开通信，用于备份线路； 

第三步，环网上所有主时钟将各自1588的时钟校准至接收到的GPS时间；然后所有的主时钟在网口上启动IEEE 1588协议，IEEE 1588协议发送的数据报文里包含BMC算法所需要的数据，BMC算法根据IEEE 1588协议发送的数据报中的数据，决定哪台主时钟最后成为最高级主时钟；此时，其他主时钟的环形网络网口都变成了从时钟节点，并且都停止将自身的GPS时间校准到1588时钟，转而通过1588协议按照最高级主时钟的时钟进行校准； 

第四步，发生故障时，拓扑发现协议会进行环形网络上的主时钟切换，同时产生警告事件； 

所述第二步中的拓扑发现协议是指快速生成树协议； 

所述第四步中的进行环形网络上的主时钟的切换采用如下方式之一：⑴当拓扑发现协议检测到发生单点线路故障时，启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；⑵当拓扑发现协议检测到发生单点设备故障时，判断是最高级主时钟发生故障还是其他主时钟发生故障；当最高级主时钟发生故障时，BMC算法重新选择最高级主时钟，采用逼近算法将新最高级主时钟的时间逼近自身的GPS时间；当其他主时钟发生故障时，发生故障的主时钟停止使用，并启动备份线路，各主时钟通过备份线路进行通信；⑶当发生多点故障时，按发生单点故障的情况逐点进行处理。 

2.根据权利要求1所述的基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，其特征在于：所述组成环形网络结构的主时钟为2台或3台。 

3.根据权利要求1所述的基于多时钟环的防止时钟切换抖动的方法，其特 征在于：所述微型交换机是指用于每个主时钟发送和接收校准时间报文的微型交换机。