CN103078697A - 一种分布式时钟同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式时钟同步方法，具体为：初始化网络连接，各终端搜索其相邻终端，并确定本机时钟；各终端周期性广播本机时钟，同时接收相邻终端的时钟；各终端依据本机时钟和相邻终端时钟计算本机时钟差异数值；若时钟差异数值大于等于精度阈值，则终端的时钟更新为本机当前时钟与时钟差异数值之和，否则，终端的时钟保持不变。本发明不需依赖一台标准时钟计算机完成时钟同步，不会因为标准时钟失效或与标准时钟的通信失效而导致时钟同步系统崩溃，无需人工配置便可实现对新增计算机的时钟同步，增强了系统运行的稳定性和扩展性。

Description

一种分布式时钟同步方法

技术领域

本发明涉及时钟同步技术领域，具体涉及一种分布式法时钟同步方法，适用于多台计算机并行合作计算过程中的时钟同步过程。

背景技术

目前，时钟同步技术用于各种应用中。在计算机并行计算领域（如余度控制、云计算、数据中心等），时钟同步重要的技术环节。时钟同步也叫“对钟”。要把分布在各地的时钟对准（同步起来），最直观的方法就是“搬钟”，一般使用一个标准钟作搬钟，使各地的钟均与标准钟对准。或者使搬钟首先与系统的标准时钟对准，然后使系统中的其他时针与搬钟比对，实现系统其他时钟与系统统一标准时钟同步。

现有计算机时钟同步技术中，有两点待改进的技术问题：一、需要依赖于和标准钟（主时钟计算机）对比。如果任何因素导致和标准计算机通信失效，则系统内所有计算机的时钟同步均会失效；二、系统中新增或减去一台需要时钟同步的计算机，系统无法做到自动配置，必须进行人工设置才能实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式时钟同步方法，不需依赖一台标准时钟计算机完成时钟同步，不会因为标准时钟失效或与标准时钟的通信失效而导致时钟同步系统崩溃，无需人工配置便可实现对新增计算机的时钟同步，增强了系统运行的稳定性和扩展性。

一种分布式时钟同步方法，具体为：

初始化网络连接，各终端搜索其相邻终端，并确定本机时钟；

各终端周期性广播本机时钟，同时接收相邻终端的时钟；

各终端i计算本机时钟差异数值 $x_i(k+1)=\frac{1}{1+n_i\left(k\right)}\underset{j\∈N_i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}(x_i\left(k\right)-x_j\left(k\right)),$ x_i(k)为kT时刻终端i的时钟，N_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端集合，n_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端总数，T为时钟调整周期，k为自然数；

若时钟差异数值x_i(k+1)大于等于精度阈值，则终端i的时钟更新为本机当前时钟与时钟差异数值x_i(k+1)之和，否则，终端i的时钟保持不变。

本发明的有益效果是：本发明不需依赖一台标准时钟计算机完成时钟同步，不会因为标准时钟失效或与标准时钟的通信失效而导致时钟同步系统崩溃，增强了系统运行的稳定性。并且系统中可随时增加新的计算机单元，无需人工配置便可实现对新增计算机的时钟同步。分布式计算方法更适合与计算机集群的并行协调运算系统（如余度控制、云计算、数据中心等）。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是运行在系统中的程序流程框图。

图2是通过仿真获得的系统中各计算机终端时钟同步过程的时差状态变化示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明解决系统同步问题的基本方案是：通过网络互联方式将系统内所有的计算机联网，各计算机都能和网内的其他计算机进行通信。软件实现一套通信和算法控制程序应用在所有计算机内。程序运行后，各计算机周期性的同网内其他计算机进行通信，广播本计算机的时钟状态，并获取其他计算机的时钟状态；程序再将所有获取的时钟状态输入分布式算法中计算得到自身需要调整的时钟差值；程序最后判断差值是否在可忍受的时钟误差之内，如果是则不进行调整，如果否则按照差值调整本计算机时钟。此负反馈过程周期性的运行，运行周期由所需控制的时钟同步精度确定。

本发明中，通信网络由路由器、交换机等任何网络连接方案实现。微型机、工作站、服务器、笔记本、小型机等任何计算机终端都可以应用于时钟同步系统。

如图1所示，本发明具体包括以下步骤：

（1）同步前准备动作：首先需要初始化系统网络连接，各终端首先配置自身网络地址，而后开始遍历搜寻网络中存在的相邻终端，获得响应后，建立网络连接。系统网络建立后，开始通讯延迟校正，各终端向系统中相邻终端发送命令，获得返回信息后计算通讯延迟时间，记录与其他所有终端的延迟时间为校正因子，用于同步过程中的时钟补偿。获得通信延迟校正因子后，各终端获得自身当前时钟状态，启动循环同步过程。

（2）本机周期性广播自身时钟状态，同时多线程接收相邻终端时钟状态。

（3）根据自身时钟状态及接收到的相邻终端时钟状态，运用分布式算法，计算得到自身需要调节的时钟差异数值。

（4）根据系统定义的时钟同步精度情况，判断上一步骤得到的调节差异数值是否需要应用。当调节值大于精度阈值时，启动调整；当调节值小于精度要求时，终端不做调整。精度阈值的取值范围可以根据系统的要求调节,一般而言在1ms以内。

（5）终端根据时钟差异数值的正负情况，选择调快或调慢时钟，在当前时钟状态的基础上叠加时钟差异数值，设定为新的时钟状态。

模型给出了一种适用于网络时钟同步的分布式算法，分布式算法描述式为： $x_i(k+1)=\frac{1}{1+n_i\left(k\right)}\underset{j\∈N_i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}(x_i\left(k\right)-x_j\left(k\right)),$ x_i(k)为kT时刻终端i的时钟，N_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端集合，n_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端总数，T为时钟调整周期，k为自然数；

根据此分布式模型，终端将自身时钟状态x_i(k)和通过网络获得的临近终端时钟状态x_j(k)代入公式计算，输出本机时钟差异数值x_i(k+1)。

当网络是连通时，采用该分布式算法系统能实现所有接入终端的时钟同步。

图2是通过仿真获得的系统中各计算机终端时钟同步过程的时差状态变化示例图。其中假设网络中存在6个终端X0～X5，X0为初始时钟最慢的终端，X1～X5初始和X0的时钟差异分别为3ms、12ms、4ms、8.5ms、0.8ms。经过约15ms的同步过程后，网络中的6台终端达到时钟同步。

Claims (1)

1.一种分布式时钟同步方法，具体为：

初始化网络连接，各终端搜索其相邻终端，并确定本机时钟；

各终端周期性广播本机时钟，同时接收相邻终端的时钟；

各终端i计算本机时钟差异数值 $x_i(k+1)=\frac{1}{1+n_i\left(k\right)}\underset{j\∈N_i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}(x_i\left(k\right)-x_j\left(k\right)),$ x_i(k)为kT时刻终端i的时钟，N_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端集合，n_i(k)为kT时刻终端i的相邻终端总数，T为时钟调整周期，k为自然数；

若时钟差异数值x_i(k+1)大于等于精度阈值，则终端i的时钟更新为本机当前时钟与时钟差异数值x_i(k+1)之和，否则，终端i的时钟保持不变。

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