CN103188064A - 时钟同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时钟同步方法及装置，该方法包括，保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；获取当前主节点时钟信息；根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点，通过本发明，解决了相关技术中时间同步方法存在由于重复进行相关消息的交互而导致的过多地占用了业务的资源、时间同步效率低以及建设成本高维护费用高的问题，进而达到了不占用过多的同步业务的资源，降低时间同步成本和维护费用，并且能够快速较为精准地达到时间同步的效果。

Description

时钟同步方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种时钟同步方法及装置。

背景技术

在有线网络系统中，特别是在大容量的电信级传输设备中，时间同步非常重要，目前，普遍采用的精确的时间算法是通过精密时钟同步协议标准(IEEE 1588)来实现时间同步的，图1是相关技术中IEEE 1588时间同步原理示意图，如图1所示，精密时钟同步协议标准(IEEE1588)的时间同步的思想是通过主从设备交互相关消息来计算主从设备之间的时间差，并根据计算得到的时间差来对正从设备的时间。

一般一个时间同步网中只有一个时间服务器或者还有一个备用时间服务器，而时间同步网中的其他设备都要与这个时间服务器进行相关消息的交互来实现时间同步，图2是相关技术中1588时间同步的网络节点间的报文交互示意图，如图2所示，当多个设备与时间服务器进行相关消息的交互来实现时间同步。

此外，相关技术中还提出了另外一种时间同步方法，该时间同步通过GPS来实现时间同步，一般会将此时间同步方法应用于主时钟设备的时间同步。但是，该时间同步技术在实施时的建设成本和维护费用都较高。

在上述的时间同步方法中，如果时钟的精度达不到要求则可能会在时间同步网中需要较多的维护数据来对时间同步进行维护，从而导致过多地占用了业务的资源，同时，时间同步网中的设备每次与时间服务器进行时间同步时都要进行相关消息的交互，降低了时间同步网中的设备与时间服务器进行时间同步的效率，导致业务中断，给设备制造商造成巨大的损失，然而，时间同步系统又不能过于复杂，以免占用过多的业务资源。

因此，相关技术中时间同步方法存在由于重复进行相关消息的交互而导致的过多地占用了业务的资源、时间同步效率低以及建设成本高维护费用高的问题。

发明内容

本发明提供了一种时钟同步方法及装置，以至少解决相关技术中时间同步方法存在由于重复进行相关消息的交互而导致的过多地占用了业务的资源、时间同步效率低以及建设成本高维护费用高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种时钟同步方法，包括：保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；获取当前主节点时钟信息；根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点。

优选地，所述主从节点通过以下方式确定：采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算；根据计算出的生成树确定主从节点，其中，所述生成树中的父节点为主节点，所述生成树中的子节点为从节点。

优选地，在将所述主从节点时钟同步之前，判断所述生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在所述生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将所述主从节点时钟同步。

优选地，对保存的所述主从节点时钟之前同步时所采用的所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

优选地，在根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与所述主从节点的路径延迟计算获得的所述从节点当前时钟与所述从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在所述误差超过所述预定误差的情况下，对所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

根据本发明的另一方面，提供了一种时钟同步装置，包括：保存模块，用于保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；获取模块，用于获取当前主节点时钟信息；同步模块，用于根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点。

优选地，还包括：计算模块，用于采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算；确定模块，用于根据计算出的生成树确定主从节点，其中，所述生成树中的父节点为主节点，所述生成树中的子节点为从节点。

优选地，还包括第一判断模块，用于在将所述主从节点时钟同步之前，判断所述生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在所述生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将所述主从节点时钟同步。

优选地，还包括更新模块，对保存的所述主从节点时钟之前同步时所采用的所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

优选地，所述更新模块还包括第二判断模块，用于在根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与所述主从节点的路径延迟计算获得的所述从节点当前时钟与所述从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在所述误差超过所述预定误差的情况下，对所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

通过本发明，采用保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；获取当前主节点时钟信息；根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点，解决了相关技术中时间同步方法存在由于重复进行相关消息的交互而导致的过多地占用了业务的资源、时间同步效率低以及建设成本高维护费用高的问题，进而达到了不占用过多的同步业务的资源，降低时间同步成本和维护费用，并且能够快速较为精准地达到时间同步的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中IEEE 1588时间同步原理示意图；

图2是相关技术中1588时间同步的网络节点间的报文交互示意图；

图3是根据本发明实施例的时钟同步方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的时钟同步装置的结构框图；

图5是根据本发明优选实施例一的时钟同步装置的结构框图；

图6是根据本发明优选实施例二的时钟同步装置的结构框图；

图7是根据本发明优选实施例三的时钟同步装置的结构框图；

图8是根据本发明优选实施例的时钟同步装置中更新模块的结构框图；

图9是根据本发明优选实施例的生成树中主从节点的结构示意图；

图10是根据本发明优选实施例的从节点获取传输路径时延交互示意图；

图11是根据本发明优选实施例的时钟维护原理示意图；

图12是根据本发明优选实施例的时钟同步方法在主节点侧实施的流程图；

图13是根据本发明优选实施例的时钟同步方法在从节点侧实施的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种时钟同步方法，图3是根据本发明实施例的时钟同步方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；

步骤S304，获取当前主节点时钟信息；

步骤S306，根据该当前主节点时钟信息与该主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，该主从节点间不存在其它节点。

通过上述步骤，在主从节点间不存在其它节点，即主从节点间的传输路径不发生改变的情况下，通过保存同步过的主从节点时钟路径延迟，在进行主从时钟同步时，应用保存的主从节点路径延迟快速实现较为精准的时间同步，相对于现有技术中每次同步时都需要较多的资源来维护时间同步的数据，从而导致成本和维护费用较高，该方法不占用过多的同步业务的资源，降低时间同步成本和维护费用，并且能够快速较为精准地达到时间同步。

在实施时，该主从节点之间关系的确定可以通过多种方式，主从节点也可以采用多种形式存在，例如，主从节点之间的关系可以通过以下方式来确定：采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算，当然也可以采用其它预定的规则对网络中的节点进行相关运算，获得预期的节点间的组合；根据计算出的生成树确定主从节点，其中，该生成树中的父节点为主节点，该生成树中的子节点为从节点，根据生成树的方式确定的主从节点关系较为清晰，并且对主从节点关系的查找也较为方便。

为了使进行同步的从节点的时钟较为准确，在将该主从节点时钟同步之前，可以判断该生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在该生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将该主从节点时钟同步。通过这样的判断过程使得从时钟完成的时钟同步获得的时钟更为精确。在实施时，也可以将主时钟设定为系统时间服务器，该系统时间服务器用于同步其它的时钟，该系统时间服务器通过其它更为精确的时间同步方法同步过。

考虑到对主从时钟同步在更新频率上的要求，可以设置一个预定的时间段，在该预定的时间段到达之后，对保存的该主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟进行更新。该设置预定时间段的方式可以是系统设置，也可以是人为规定，或者可以根据具体情况的需要进行调制，设置的预定时间段的长短也可以根据使用的具体场景不同来进行相应的更改。

除了上述在更新的频率上的要求对进行时间同步的主从节点进行更新，还可以根据通过该主从节点时钟路径延迟计算获得的从时钟与从时钟本地时钟之间的误差精度来确定是否对主从节点时钟路径延迟进行更新，例如，在根据该当前主节点时钟信息与该主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与该主从节点的路径延迟计算获得的该从节点当前时钟与该从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在该误差超过该预定误差的情况下，对该主从节点时钟路径延迟进行更新，更新的过程可以采用相关技术中获取主从时钟路径延迟的任何技术手段，在此不再详述。

在本实施例中还提供了一种时钟同步装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是根据本发明实施例的时钟同步装置的结构框图，如图4所示，该装置包括，保存模块42、获取模块44和同步模块46。下面对该装置进行说明。

保存模块42，用于保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；获取模块44，连接至该保存模块42，用于获取当前主节点时钟信息；同步模块46，连接至该获取模块44，用于根据该当前主节点时钟信息与该主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，该主从节点间不存在其它节点。

图5是根据本发明优选实施例一的时钟同步装置的结构框图，如图5所示，该装置包括，除图4中的所有模块外，还包括计算模块52和确定模块54。下面对该装置进行说明。

计算模块52，用于采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算；确定模块54，连接至计算模块52，用于根据计算出的生成树确定主从节点，其中，该生成树中的父节点为主节点，该生成树中的子节点为从节点。

图6是根据本发明优选实施例二的时钟同步装置的结构框图，如图6所示，该装置包括图5中的所有模块外，还包括第一判断模块62，用于在将该主从节点时钟同步之前，判断该生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在该生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将该主从节点时钟同步。

图7是根据本发明优选实施例三的时钟同步装置的结构框图，如图7所示，该装置包括图4中的所有模块外，还包括更新模块72，用于对保存的该主从节点时钟之前同步时所采用的该主从节点时钟路径延迟进行更新。

图8是根据本发明优选实施例的时钟同步装置中更新模块的结构框图，如图8所示，该更新模块72包括第二判断模块82，用于在根据该当前主节点时钟信息与该主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与该主从节点的路径延迟计算获得的该从节点当前时钟与该从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在该误差超过该预定误差的情况下，对该主从节点时钟路径延迟进行更新。

上述实施例及优选实施方式可以应用于各种类型网络的时间同步，在不同的网络类型中应用时，各种网络中对应的主从节点所属的类型会存在不同，但并影响其应用本实施例及优选实施方式的时间同步方法，下面以有线网络中使用该方法为例进行说明。

在本优选实施例中提供了一种在有线网络中实现时间同步的方法，在本实施中采用以下步骤：

S1，对网络中的节点采用生成树算法：首先对网络中的节点，以主时钟节点为根节点采用生成树算法生成树，图9是根据本发明优选实施例的生成树中主从节点的结构示意图，如图9所示，所有的叶子节点都与它的父节点成为一对主从时钟对，父节点作为主时钟，而子节点作为从时钟。

S2，从节点计算路径延时：图10是根据本发明优选实施例的从节点获取传输路径时延交互示意图，如图10所示，从节点发送路径时延请求给主节点，并在路径时延请求报文中打上路径时延请求离开从节点的时间戳t1，主节点的接收端接收到路径时延请求报文后在路径时延请求报文中打上主节点的时间戳t2，然后，再将主节点本身的时间tm填写到路径时延请求报文体中，并将路径时延请求报文返还给从节点，在路径时延请求报文中打上路径时延请求报文离开主节点的时间戳t3，从节点在收到路径时延请求报文后，则在路径时延请求报文中打上时间戳t4，于是可以得到路径延时Δt＝((t4-t1)-(t3-t2))/2，当然，上述计算从节点路径延时的方法只是一种优选的示例，本发明对此不做限定。

优选地，在上述示例的基础上，主从节点对中的从节点可以在任意时间向主节点发起计算时延的路径时延请求报文，也就是说，整个网络中的所有从节点都可以快速地、准确地获得各自所在的主从节点对的路径延时。

S3，从节点同步时间：需要说明的是，由于每个节点对中间不再有其他的节点，只有信号放大器，所以如果传输路径的工作状态不发生变化，那么从节电得到的路径延时就是非常固定的值，所以如果传输路径不发生变化，只需要计算一次路径延时。

从节点在计算出路径时延后将Δt保存在本地的内存中，在对从节点进行时间同步时从本地直接取出保存的Δt，而不再重复计算路径延时，并使用本次的应答报文中携带的主节点时间tm对从节点进行时间同步，具体地，从节点时间ts＝Δt+tm，以实现从节点的时间与主节点时间同步。

S4，时间同步的维护：

在主从节点时间同步之后，还需要对时间同步进行维护，图11是根据本发明优选实施例的时钟维护原理示意图，如图11所示，主节点发送维护时间同步的报文给从节点，其中，维护时间同步报文体承载主节点当前时间tm’，从节点收到维护时间同步报文后，使用本地保存的传输路径延时Δt来重新计算网络时间ts’，即本地时间的副本，ts’＝Δt+tm’再将本地时间的副本ts’与本地时间ts进行对比，如果本地时间的副本ts’与本地时间ts的误差超过允许范围，则从节点重新向主节点发送路径时延请求报文，重新计算路径延时Δt。

通过上述时间同步方法，在不占用过多业务资源的基础上，降低建设成本和维护费用，并快速提供较精准的时间同步。

在本优选实施例中还提供了一种时钟同步方法，在该时钟同步方法中，为了保持主从时钟在交互上的连贯性与整个技术方案的完整性，先将主从时钟配合所完成的整个过程表述如下：

S1，对网络中的节点以时间服务器为根节点，采用最短路径法进行生成树计算。计算出的每个叶子节点与该节点的父节点生成主从节点对，生成的树状网络图如图9所示，在对本发明进行描述时，采用节点对A和C进行举例说明，其中A是主节点，C是从节点，如图10所示。

S2，C节点向A节点发送计算路径时延请求报文Delay_Req，在Delay_Req报文离开C节点时打上C节点在该时刻的时间戳t1，C节点启动超时计时器Tto。

S3，A节点收到Delay_Req消息后，在收到报文的时刻打上A节点该时刻的时间戳t2，并在报文体中填入本地时间tm，将报文作为响应报文Delay_Resp发送回C节点，在Delay_Resp报文离开时，打上该时刻A节点的时间戳t3。

S4，如果C节点的超时计时器Tto未超时，则C节点收到Delay_Resp时打上C节点该时刻的时间戳t4；如果超时计时器超时，则返回S2继续执行。

S5，C节点收到Delay_Resp报文后，使用Δt＝((t4-t1)-(t3-t2))/2计算出传输路径延时Δt，并保存在C节点内存变量中，同时启动同步维持超时计时器TMto。

S6，C节点获取到路径延时Δt后，使用ts＝Δt+tm计算出主节点当前时间ts，并使用ts更新本地时间，C节点发送DelayResp_Resp报文携带确认信息发送给A节点。

S7，A节点收到DelayResp_Resp报文后转入时间同步维持状态，每隔ti向A节点发送Curr_Time报文，报文内携带有A节点当前时间，间隔时间ti小于TMto的1/2，这样可以保证A节点在正常发送时间维持报文时，C节点不会超时。C节点收到Curr_Time报文后，TMto重新计时。

S8，C节点如果收到Curr_Time报文，则使用Curr_Time报文中携带的当前时间来监控传输路径传输条件是否发生变化，具体方法是获取当前时间副本ts’＝Δt+tm’，使用ts’与本地时间ts进行比较，获取时间误差Δte＝ts’-ts，如果Δte在允许范围内，即|Δte|＜Δtep则不处理，如果误差超出允许范围，则跳到第2步，重新计算Δt。

需要说明的是，由于网络中的所有的叶子节点会各自进行同步，这样必须在主从节点对的主节点中设置一个标志位，说明该节点的时间是否已经完成了同步，如果完成了同步才在收到Delay_Req后发送Delay_Resp报文，否则由于本地时间会发生变化，会导致从节点判断Δt不满足条件而重新发送Delay_Req报文并计算Δt。

针对上述对主从节点在整体的流程上所完成的交互，为使主从节点各自完成的步骤更加明了，下对分别对本发明优选实施例的主节点、从节点实施的步骤进行说明。

图12是根据本发明优选实施例的时钟同步方法在主节点侧实施的流程图，如图12所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1202，主节点判断是否接收到从节点发送路径时延请求，若是，则转至步骤S1204，若否，则转至步骤S1210；

步骤S1204，主节点判断本节点的时间是否同步，若是，则转至步骤S1206，若否，则转至步骤S1202；

步骤S1206，在判断出本节点时间同步时，主节点在路径时延请求报文中打上主节点接收到路径时延请求报文的时间戳，然后，再将主节点当前的时间填写到路径时延请求报文体中；

步骤S1208，主节点将路径时延请求报文作为对路径时延请求的响应发送给从节点，并在路径时延请求报文中打上路径时延请求报文离开主节点的时间戳；

步骤S1210，主节点判断是否接收到从节点返回的路径时延请求报文的确认信息，若是，则转至步骤S1212，若否，则转至步骤S1202；

步骤S1212，主节点将当前的时间填写到维持报文中，并将维持报文发送给从节点，转至步骤S1202。

图13是根据本发明优选实施例的时钟同步方法在从节点侧实施的流程图，如图13所示，该流程包括如下步骤

步骤S1302，从节点判断是否需要进行时间同步，若是，则转至步骤S1304，若否，则转至步骤S1312；

步骤S1304，从节点发送路径时延请求给主节点，并启动超时计时器Tto；

步骤S1306，从节点判断超时计时器Tto是否超时，并收到主节点响应路径时延请求的路径时延请求报文，若是，则转至步骤S1308，若否，则转至步骤S1304；

步骤S1308，从节点根据路径时延请求报文计算路径延时，并进行时间同步；

步骤S1310，从节点发送路径时延请求报文的确认信息给主节点，转至步骤S1302；

步骤S1312，从节点启动同步维持超时计时器TMto；

步骤S1314，从节点判断同步维持超时计时器TMto是否超时，并收到主节点发送的维持报文，若是，则转至步骤S1316，若否，则转至步骤S1304；

步骤S1316，从节点根据收到的维持报文计算本地时间的副本，并将计算得到的本地时间的副本与本地时间进行对比；

步骤S1318，从节点判断本地时间的副本与本地时间的差值是否在允许范围内，若是，则转至步骤S1302，若否，则转至步骤S1304。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，包括：

保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；

获取当前主节点时钟信息；

根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主从节点通过以下方式确定：

采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算；

根据计算出的生成树确定主从节点，其中，所述生成树中的父节点为主节点，所述生成树中的子节点为从节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述主从节点时钟同步之前，判断所述生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在所述生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将所述主从节点时钟同步。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对保存的所述主从节点时钟之前同步时所采用的所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与所述主从节点的路径延迟计算获得的所述从节点当前时钟与所述从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在所述误差超过所述预定误差的情况下，对所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

6.一种时钟同步装置，其特征在于，包括：

保存模块，用于保存主从节点时钟之前同步时所采用的主从节点时钟路径延迟；

获取模块，用于获取当前主节点时钟信息；

同步模块，用于根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步，其中，所述主从节点间不存在其它节点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

计算模块，用于采用最短路径法对网络中的节点进行生成树计算；

确定模块，用于根据计算出的生成树确定主从节点，其中，所述生成树中的父节点为主节点，所述生成树中的子节点为从节点。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括第一判断模块，用于在将所述主从节点时钟同步之前，判断所述生成树中的父节点是否已经完成过时间同步，在所述生成树中的父节点已经完成过时间同步的情况下，将所述主从节点时钟同步。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括更新模块，对保存的所述主从节点时钟之前同步时所采用的所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述更新模块还包括第二判断模块，用于在根据所述当前主节点时钟信息与所述主从节点时钟路径延迟将当前主从节点时钟同步之前，判断根据主节点当前时钟与所述主从节点的路径延迟计算获得的所述从节点当前时钟与所述从节点本地时钟之间的误差是否超过预定误差，在所述误差超过所述预定误差的情况下，对所述主从节点时钟路径延迟进行更新。

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