CN104052589B - 容错时钟网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了容错时钟网络。容错和冗余根时钟方案可减少或消除由网络链路或设备故障引起的精确时间转换。主同步消息可由主根时钟来发送，并且一个或一个以上的备份同步消息可由相应备份根时钟来发送。主根时钟和备份根时钟可同时进行操作。主同步消息和备份同步消息可经由网络被发送到终端站。终端站可基于所接收的消息中的一个消息、一些消息或所有消息导出本地时钟。终端站基于时钟源可以或者不能在消息之间进行区分。终端站可验证从特定时钟源所接收的消息。

Description

容错时钟网络

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请序列号61/791,878的优先权，通过引用将其全部内容结合于本文中。

技术领域

本发明涉及通过例如使用冗余根时钟（redundant grandmaster clocks）来同步位于分布式网络上的各个节点的时钟以防止故障。

背景技术

通信协议广泛用于网络中，诸如用于局域网（LAN）和城域网（MAN）中。例如，如电气和电子工程师协会（IEEE）802标准中规定的以太网、令牌环网、无线LAN、桥接及虚拟桥接LAN为一些这样的技术。IEEE802标准涉及承载可变大小数据包的网络。IEEE802中规定的服务和协议映射到七层开放系统互连（OSI）网络参考模型的较低两层（数据链路层和物理层）。OSI数据链路层分成两个子层，称为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。

在计算机网络中的设备中的时钟可针对设备进行同步以协同工作。可被同步的时钟（或简单设备）的粒度取决于网络目的。因此，在关键任务网络和诸如可用在汽车控制系统（诸如传动系统、牵引力控制系统）中以及用在制造环境（诸如高速运动控制系统、电力能源电网控制系统）中的这些网络等称为时间灵敏网络（TSN）的网络、金融交易网络、安全网络以及支持时间灵敏应用的其它这样的网络上的处理和运动或其它面向控制的网络应用取决于使网络中设备或终端站保持同步的可靠时钟源。此外，随着移动网络的进步，诸如3G、4G、4G LTE、WiFi以及其他各种这样的网络，网络连接设备的同步获得进一步重视。

发明内容

根据本发明的一个方面提供了一种根时钟设备，包括：时钟；接口，被配置为在网络上通信，并接收主同步消息，所述主同步消息经由所述网络从主根时钟设备接收，并且所述主同步消息包括所述主根时钟设备的时钟信号；处理器，被配置为保持所述时钟与在所述主同步消息中接收的时钟信号基本上同步；以及所述处理器进一步被配置为基于所述时钟产生备份同步消息，以及所述接口进一步被配置为经由所述网络发送所产生的所述备份同步消息。

其中，如果接收到所述主同步消息，那么所述备份同步消息被发送到临时缓冲器。

其中，所述处理器被配置为：检测在预定保持时间未从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息；并且，作为响应，触发所述备份同步消息的传输以被网络设备接收。

其中，在所述预定保持时间之后触发到所述网络设备的所述备份同步消息的传输，所述预定保持时间比所述网络设备的预定保持时间更短。

其中，所述处理器被配置为检测在所述预定保持时间之后从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息，并且，作为响应，中止用于被所述网络设备接收的所述备份同步消息的所述传输。

其中，响应于未从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息，所述处理器被配置为开始将所述根时钟设备作为所述网络的新主根时钟设备并且将所述主根时钟设备作为所述网络的新备份根时钟设备。

其中，不管所述主同步消息的接收，所述备份同步消息被发送以被网络设备接收。

其中，所述处理器进一步被配置为：从所接收的所述主同步消息中提取全局标识符；以及在所述备份同步消息传输之前，将所述全局标识符包括在所产生的所述备份同步消息中。

其中，所述处理器进一步被配置为在所述备份同步消息传输之前，将表示所述根时钟设备的标识符包括在所产生的备份同步消息中。

本发明的另一方面提供了一种网络中的终端站设备，所述终端站设备包括：时钟；接口，被配置为经由所述网络从第一根时钟设备接收第一时钟信号；所述接口进一步被配置为经由所述网络从第二根时钟设备接收第二时钟信号；以及处理器，被配置为基于所接收的所述第一时钟信号和所接收的所述第二时钟信号来调整所述时钟。

其中，所述处理器被配置为以第一频率调整所述时钟，其中，所述第一频率为接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号时的速率。

其中，所述处理器被配置为以第二频率调整所述时钟，其中，所述第二频率为接收所述第二时钟信号时的速率。

其中，所述接口被配置为从第三根时钟设备接收第三时钟信号，并且其中，不管所接收的时钟信号的源，所述处理器被配置为基于所接收的所述第一、第二和第三时钟信号来调整所述时钟。

其中，所述处理器被配置为基于时钟信号中表示源的身份的标识符来识别接收的所述时钟信号的所述源，以及所述处理器进一步被配置为基于来自所述源的所述时钟信号的连续消息之间的时间值的差来验证来自所述源的所述时钟信号。

其中，所述处理器被配置为基于所述时间值的差超出预定范围向网络管理员指示所述源为时钟信号的不可靠源。

本发明的另一方面提供了一种方法，包括：在网络设备接收经由网络来自主根时钟设备的同步消息；在所述网络设备接收经由所述网络来自备份根时钟设备的备份同步消息；以及基于所述主同步消息和所述备份同步消息来配置在所述网络设备的本地时钟。

其中，响应于接收到各所述主同步消息和所述备份同步消息配置在所述网络设备的本地时钟。

其中，在所述网络设备的本地时钟被配置为基于所述主同步消息和所述备份同步消息与所述主根时钟设备的主基准时钟源基本上同步，其中根据所述主基准时钟源在所述主根时钟设备产生所述主同步消息；以及根据所述备份根时钟设备的本地时钟在所述备份根时钟设备产生所述备份同步消息，其中，基于所述主同步消息所述备份根时钟设备的所述本地时钟调谐到所述主基准时钟源。

其中，在所述网络设备未接收到所述主同步消息的情况下，所述方法进一步包括：基于所述备份同步消息，将在所述网络设备的所述本地时钟转换到与所述备份根时钟设备的从基准时钟源基本上同步，其中，根据所述备份根时钟设备的所述本地时钟在所述备份根时钟设备产生所述备份同步消息，其中，通过以预定公差值来改变所述本地时钟，所述备份根时钟设备的所述本地时钟转换到与所述从基准时钟同步。

该方法进一步包括：在所述网络设备基于所述备份同步消息中的时钟标识符将所述备份根时钟设备识别为所述备份同步消息的源；在所述网络设备计算连续备份同步消息中的时钟信号之间的差；在所述网络设备基于所述差在预定范围之内来验证所述备份根时钟设备；以及响应于所述差在预定范围之外，由所述网络设备将所述备份根时钟设备报告为无效时钟源。

附图说明

参考以下附图和说明可更好地理解本发明。在图中，相同附图标记表示通篇不同示图中的相应部分。

图1为利用主根时钟和备份根时钟的示例性系统的方块图。

图2为利用主根时钟和备份根时钟的另一个示例性系统的方块图。

图3A和图3B为利用共同或单独时钟源进行操作的主根时钟和备份根时钟的示例配置的方块图。

图4为示出由示例备份根时钟所执行的示例步骤的流程图。

图5为用于愈合（heal）主根时钟主同步消息的示例性系统的方块图，其中主根时钟和备份根时钟共用共同主时钟源。

图6为用于愈合主根时钟主同步消息的示例性系统的方块图，其中主根时钟和备份根时钟未共用主时钟源。

图7为流程图，其示出在愈合主根时钟主同步消息期间执行的示例步骤，其中主根时钟和备份根时钟未共用主时钟源。

具体实施方式

以下讨论涉及对位于分布式网络上的各个节点的时钟的同步。

在该背景中，时钟可为具有网络连接的设备，并且可为（主）同步基准的源或（从）同步基准的目的地。可为分布式网络中的每个网络段选择同步主机（synchronizationmaster）。此外，根定时基准可称为根时钟。因此，根时钟可以是用作网络中的所有设备最终与其同步的主时间源的时钟。如果两个或两个以上时钟具有相同的时间间隔（epoch），那么它们通常说成是“同步”到指定的不确定性，并且两个时钟的任何时间间隔的测量值相差不超过指定的不确定性。因此，对于同一事件由两个同步时钟产生的时间戳可能相差不超过指定的不确定性。指定的不确定性提供了基于网络的任务关键度而有所不同的工程公差。例如，在关键任务环境中，诸如工业生产线，工程公差可能为非常小的时间周期，在毫秒、微秒或甚至更小的范围内。而在较为宽松的环境中，诸如音频-视频广播，时间周期的工程公差可能为一秒或更长。所述系统和方法并不限制于任何特定工程公差值。

冗余根时钟可用于防止网络中的同步时钟故障。主根时钟（pGM）和备份根时钟（bGM）可被预配置或动态发现。利用诸如IEEE1588-2008和IEEE802.1AS中规定的最佳主时钟算法（BMCA）的选择程序或者利用其它选择技术，通过基于时钟品质、优先级（优先）以及其它参数的选择方法，来选择并配置将要选为pGM和bGM的设备。例如，时钟优先级可基于时钟源（诸如GPS）或时钟的层级（诸如层1或层2）来确定。时钟源的可追溯性也可以作为确定时钟优先级的因素。例如，如果根时钟设备直接可追溯到时钟源，诸如GPS，那么根时钟设备可比另一个根时钟设备具有更高优先级，该另一个根时钟设备从依次使用GPS时钟源的另一个设备导出时钟。优先级也可基于根时钟设备是否在与网络有关的相对中心位置、根时钟设备是否具有强大的电源备份以及其它这样的网络具体细节。根时钟设备有关网络的相对中心位置可基于将消息从根时钟设备发送到网络中的设备的经验延迟值或任何其它性能相关条件来确定。

在一个实例中，BMCA可预先选择pGM和bGM，并且当设备部署到网站中时，它们选择作为pGM和bGM的相应设备将被识别。在另一个实例中，在部署到网络中之后，设备可被选为pGM和bGM，在这种情况下，可动态地执行BMCA理。所使用的BMCA或任何其它选择理可被配置为选择一个以上bGM设备。因此，备用根设备列表可通过选择理产生，使得备用根设备列表包含一个或一个以上bGM设备或潜在bGM设备。备用根设备列表可按优先级或时钟品质或任何其它参数的次序列出潜在bGM。

bGM设备为TSN中的网络设备提供从故障情况下到接收来自pGM的主同步信号的无缝转换。故障可能为pGM的故障或TSN的链路的故障。例如，当pGM发生故障时，那么bGM可变为新根时钟。因此，描述了冗余根时钟系统和方法。人们还期望在故障条件下将频率和相位从pGM无缝转换到bGM。例如，从pGM切换到bGM（以及从bGM切换到pGM）可包括受控相位和频率偏差。bGM可被提供为主动（发送同步）或被动（不发送同步）。也可支持彼此同步的冗余根时钟。存在被预配置或者动态发现的多个bGM实例，并且多个bGM实例通过作为IEEE1588-2008和IEEE802.1AS中规定的BMCA一部分的备用最佳主时钟选择或通过其它等效动态选择方法进行配置。当使用多个bGM时，在被提供和动态选择的情况下，bGM列表按优先级（或优先）次序排列。

图1为利用包括pGM110和bGM120的主时钟源的示例性系统100的方块图。利用主时钟选择算法，诸如BMCA或任何其它算法，可对pGM110和bGM120一起进行选择。当pGM110可操作时且在检测到任何故障之前，可选择bGM120。pGM110和/或bGM120可设置有（例如）时钟源，诸如全球定位系统（GPS）、世界时间服务器或其它任何这样的时钟源。pGM110和bGM120均可包括接口112，以经由网络发送和/或接收消息。在一些情况下，pGM110和bGM120可具有发送和接收消息的单独接口。消息可包括pGM时钟同步消息170（pSync170）和bGM时钟同步消息180（bSync180）。pSync170和bSync180消息都可用于导出用于终端站的时钟，诸如以太网站130。终端站也可称为终端设备、网络设备、网络节点或简单节点。终端站也可包括接口112，用于经由网络传输和接收消息。在图1的系统中，pSync170和bSync180消息可经由以太网桥140、150和以太网或其它IEEE802时间灵敏网络（TSN）190被发送到以太网站130且被以太网站130接收。诸如经由以太网桥140、150，pSync消息也可发送到bGM120，bSync消息可发送到pGM110。

pGM110可以是将被选择为系统100的根时钟的根时钟设备。选择可基于诸如最佳主时钟（BMC）算法的算法或任何其它方法。选择可能基于几个因素，诸如网络速度、正常操作时间、方差、分配的优先级或其它这样的因素。bGM120可以是将被选择为系统100的备份根时钟的根时钟设备。bGM选择可能基于与pGM相同的算法和因素。可替代地，bGM120可基于不同算法和/或因素进行选择。此外，为了提供无缝备份时钟信号，可在pGM起作用时选择bGM120。可替代地，可在检测到pGM故障之后选择bGM。虽然图1仅示出一个bGM，但是可选择几个备份根时钟。因此，在给定时间，pGM和至少一个bGM在系统100中可以是功能有效或可操作的。

pSync170和bSync180消息可根据时间协议进行配置，诸如网络时间协议（NTP）、精确时间协议（PTP）或其它这样的协议。此外，消息可兼容协议标准，诸如IEEE1588-2002、IEEE1588-2008或其它任何标准。利用多播、单播或其它任何通信机制或协议经由网络190可传输消息。附加或可替代地，消息可使用互联网协议（IP）分组进行传输，诸如IPv4或IPv6分组。可替代地或附加地，消息可使用设备网、控制网、IEEE802.3以太网、PTP或任何其它这样的协议进行封装。

为了说明的目的，图1的终端站被描述为以太网站130，然而，终端站也可包括网络上其它类型的节点，例如，用于令牌环网、无线LAN、桥接及虚拟桥接LAN类型网络的终端站。终端站可以是连接到网络的节点，诸如网络桥接器、路由器、调制解调器、工作站、移动电话、笔记本计算机、台式计算机、服务器、平板设备、智能电话或可连接在网络190上的任何其它设备。终端站也可为机械，诸如工业机器人、传送带或任何其它这样的工业机械。终端站也可为运载工具，诸如汽车、卡车、飞机、航天飞机或可被同步的其它设备。虽然终端站130在图1中示出为单个方块，但是应当理解，终端站可包括分布于整个网络的多个网络节点。虽然称为“终端”站，但是终端站可以是网络中的中间节点。终端站也可以是边界时钟。通常通过阻断其它所有同步消息的路由器，边界时钟通常可用于将同步从具有单个时域的一个网络段（诸如互联网协议（IP）子网）转发到另一个网络段。终端站可包括一个或一个以上处理器以及一个或一个以上非临时性存储设备。处理器可负责执行终端站的各种功能。终端站也可包括本地时钟，所述本地时钟使用来自根时钟设备的同步消息与一个或一个以上根时钟设备同步。终端站可作为分布式网络系统的一部分，并且终端站的操作可基于每个相应终端站的本地时钟信号进行协调。因此，保持跨终端站的本地时钟信号的同步可以使分布式网络系统（诸如系统100）在指定定时间隔和/或事件进行操作。

如上所述，bGM120可以以主动或被动模式进行操作。在主动模式下，即使当pGM可操作且发送pSync170消息时，bGM120也可经由网络连续发送bSync180消息。因此，在主动模式下，终端站130可接收pSync170和bSync180消息。pSync170和bSync180消息可基本上同时或在彼此的某个时间间隔内被接收。在其中接收消息的时间间隔可约为连续pSync170（或bSync180）消息之间的时间间隔的一半。在这种情况下，如果终端站130在频率F接收pSync170（或bSync180），那么终端站130在该频率的两倍2F时可接收两个消息的组合。在被动模式下，bGM120可检测pSync消息，并且在预期时间周期内无法检测或接收pSync170消息时，bGM120可发送bSync180消息。bGM的超时周期通常短于所需的保持时间，其中保持时间为终端站在指定的时钟公差内可连续操作的时间。保持时间为应用特定，并且对于每个时间灵敏网络可能是不同值（例如，最小公分母）。因此，以太网站130在被动模式下仅可接收pSync170消息或bSync180消息之一。然而，即使在被动模式下，bGM120也可操作并产生bSync180消息。在实例中，bGM120可将所产生的bSync180消息发送到临时缓冲器（诸如无记载删除，silent drop）而不是网络中。一旦bGM120检测到未接收pSync170消息，也称为pSync故障，bGM120就可改变所产生的bSync180消息的目的地，使得消息被发送到终端站而不是临时缓冲器。在有多个备份根时钟设备的情况下，以太网站130可以在pSync170消息接收中断的情况下接收多个bSync消息。当存在多个bGM时，它们的相对优先级可能已知，诸如基于在备用根设备列表中的bGM的次序。因此，以太网站130可按照列表使用来自具有最高优先级的bGM的bSync消息。可替代地，以太网站130可使用所接收的所有bSync消息。可替代地或附加地，在多个bGM的情况下，bGM120可检测来自列表中其它bGM的bSync消息。bGM120可比较分配给其自身的优先级与从其接收另一个bSync的bGM的优先级。在bGM120检测到其它bGM于较高优先级的情况下，bGM120可中止发送bSync。可替代地或附加地，bGM120可连续发送bSync，直至检测到来自原始pGM110的pSync消息。

在主动和被动两种模式下，以太网站130可使用所接收的所有同步消息来导出它们的时钟，而不管所接收的同步或时钟信号的源时钟。可替代地，以太网站130可使用从特定源时钟所接收的时钟信号来导出它们的时钟。同步消息可包含标识符，所述标识符指示消息源。标识符可以是包括在同步消息中而不管消息源的全局标识符。在这种情况下，终端站130可能在所接收的同步消息之间不进行区分。bGM120可从pSync170消息提取全局标识符，并且将它嵌入或包括在由bGM120所产生的bSync180消息中。bGM120可存储用于嵌入的全局标识符。可替代地或附加地，同步消息可包含产生消息的根时钟设备的唯一标识符。因此，除全局标识符外，bGM120可以将表示bGM120的标识符嵌入bSync180消息中。在另一个实例中，bGM120可以仅将唯一标识符而非全局标识符添加到bSync180消息中。唯一标识符可使终端站130能够识别所接收的同步消息的源，并且对源根时钟设备的可靠性进行分析，诸如源设备的可靠性。即使同步速率变化，终端站行为仍然保持相同。例如，在主动模式下，以太网站130可接收多个同步消息，诸如pSync170和bSync180消息。来自多个源的同步消息可在彼此的预定时间间隔内被接收。可替代地，可基本上同时接收同步消息。可替代地或附加地，可在特定速率下接收同步消息。以太网站130可基于所有所接收的同步消息来导出本地时钟。在被动模式下，以太网站130在给定时间可以仅接收pSync170或bSync180消息。在这种情况下，以太网站130可以仅基于所接收的pSync170或bSync180消息来导出时钟。因此，在这些情况中任一种情况下，不管接收同步消息的频率，以太网站130可连续同步操作。

图2为示例性系统200的方块图，其中pGM110无法发送精确pSync170消息。操作在主动模式下的bGM120可连续发送bSync180消息到以太网站130。正如其它部分所述，当以太网站130可基于bSync180消息来导出时钟时，以太网站130可基于连续接收的bSync180消息连续无缝操作。

可替代地，如果bGM120在被动模式下操作，那么bSync180消息未被连续发送。在这种情况下，正如其它部分所述，在发送bSync180消息之前，bGM120可能等待预定超时或保持时间。保持时间为用于当设备同步的源中断或临时不可用时保持设备同步稳定的时间周期。在其之后发送bSync180消息的保持时间可能比由以太网站130使用的保持时间短。例如，bGM120的保持时间可为几毫秒，而以太网站130的保持时间可为一秒。因此，以太网站130可在以太网站130的保持时间内接收bSync180消息。因此，以太网站130可连续从bSync180消息（而不是pSync170消息）无缝导出时钟且连续同步操作。因此，即使在pGM故障或无法接收pSync170消息的其它情况期间，以太网站130也可无缝地连续同步它们的时钟。可替代地，在被动模式期间，以太网站130可进入保持，直至利用bSync180消息与bGM120同步。

pGM110和bGM120可从可追溯时钟源推导出它们的相应时钟信号以提供pSync170和bSync180消息。例如，如图3A所示，pGM110和bGM120可使用共同时钟源310。可替代地，如图3B所示，pGM110和bGM120可各自分别具有单独时钟源350和360。时钟源310、350和360中的每一个可以是GPS、普通时钟或任何其它时钟信号提供设备。时钟源可以在根时钟设备的外部，并且根时钟设备可对时钟源推导出本地时钟。可替代地或附加，根时钟设备可包括内部时钟源。时钟源可被pGM110和/或bGM120用于建立协调通用时间（UTC）时基。由pGM110所使用的时钟源350可意识优先时钟基准，而由bGM120所使用的时钟源360可为普通时钟或非共同时钟源。

在pGM110和bGM120具有可追溯共同时钟源310的初始情况下，pSync170和bSync180消息可能正在提供期望和/或预定公差内的时钟信号。公差也可称为工程公差，并且为时钟信号变化的容许极限。通常，公差规定为在不影响性能且不显著影响整个系统和/或个体设备功能的情况下允许的缺陷和固有变异性的合理余地。按照用于系统的最大时间间隔误差（MTIE）掩码，公差可能基于抖动-漂移公差。因此，基于pSync170和/或bSync180消息所导出的时钟（诸如在终端站的时钟）可以在预定公差内基本同步操作。

在pGM110使用第一时钟源（诸如时钟源350）且bGM120使用第二时钟源（诸如时钟源360）的情况下，当两个时钟源为单独的自治时钟源时，可采取额外步骤以保持同步。例如，根时钟设备中的一个可基于其它根时钟设备来导出时钟。图4示出在这方面可采取的至少一些示例步骤。本实例中，在步骤410，bGM120可基于pSync170消息来导出本地时钟信号。这可涉及将bGM120的本地时钟与由pSync170消息提供的时钟信号调谐。只要在步骤420未检测到pSync故障，bGM120就可基于所导出的本地时钟信号来产生bSync180消息。此外，如果bGM120在主动模式下操作，这可在步骤450中确定，则在步骤460，所产生的bSync180消息经由网络190被发送。相反，在步骤450，如果bGM120未在主动模式下操作，那么操作可返回到方块410。可替代地，如果在步骤420检测到pSync故障，诸如大于保持时间未接收到pSync170消息，那么bGM120可基于时钟源360（而不是所导出的本地时钟）来产生bSync180消息。然而，将来自pGM110的时钟源转换为时钟源360可引起突然变化，这可能大于先前讨论的预定公差。因此，bGM120可以以小步骤将来自pGM110的本地时钟移植为时钟源360。本地时钟移植的每个步骤可在允许预定公差内执行，直至本地时钟与时钟源360基本上同步。因为在主动模式或被动模式下都检测到pSync故障，所以如在步骤460中一般，bGM120可经由网络发送所产生的bSync180消息。

图5为用于恢复或愈合pGM pSync170消息的示例性系统500的方块图，其中pGM110和bGM120共用共同时钟源，诸如GPS时钟源。如上所述，在无法接收pGM pSync170消息的情况下，bGM120可能已经充当系统的主根时钟设备且可能负责将同步消息发送到系统中的终端站130。一旦与pSync170消息有关的故障得到解决，系统（诸如系统500）就可以转换回pGM110作为主根时钟设备以及bGM120作为备份根时钟设备的先前状态。故障可能由pGM110的故障或用于传输pGM pSync170消息的通信信道中的故障或系统中任何组件的其它这样的故障所引起。当从所述故障恢复时，pGM110可能无法立即开始发送pSync170消息。相反，在再次开始发送pSync170消息之前，pGM110可检查对bGM120的同步。可以这样做，是因为bGM120的时钟信号可能已经漂离pGM110的时钟信号，例如，如果bGM120移植到不同时钟源，如上所述。在这种情况下，bGM120可发送bSync180消息到pGM110。pGM110可基于bSync180消息检查对bGM120的同步。pGM110可将pGM110的本地时钟信号调谐为包含在bSync180消息中的时钟信息。一旦pGM110基于bSync180消息已经推导出稳定时钟，pGM110就可基于本地时钟产生pSync170消息并发送pSync170消息。在主动模式下的bGM120依旧可连续发送bSync180消息。在被动模式下的bGM120可检测到pGM110已经恢复发送pSync170消息，并且在保持时间周期可连续发送bSync180消息。在保持周期之后，bGM120可停止发送bSync180消息。

可替代地，在pSync170消息由于故障而中断期间，bGM120可能还未漂离pGM110。这可能为pGM110和bGM120时钟源可追溯到相同时钟源310和/或pSync故障是在可忽略的小时间周期的情况。在这种情况下，pGM110在恢复期间可以不用调谐到bGM120。从故障恢复也可称为愈合或还原。此外，一旦pGM已经恢复或还原并开始发送pSync170消息，bGM120可以不调谐到pGM110。以太网站130可使用pSync170和bSync180两者来推导出它们的时钟。

图6为示出从pSync相关故障恢复的示例性系统600的方块图，并且其中系统600的pGM110和bGM120不共用主时钟源或分别具有单独时钟源350和360。结合示出示例步骤的图7，该示例步骤可在从这种情况下的故障恢复期间和之后来执行。当pGM110和bGM120时钟源无法追溯到与系统600中的时钟源相同的时钟源时，一旦bGM120停止接收pSync170消息，bGM120就相对pGM110在频率和/或相位发生漂移。因此，在步骤710中，当恢复时，pGM110可调谐到bGM120。因为终端站130可使用pSync170和bSync180用于本地同步，所以pSync170和bSync180的相应时钟信号可保持在预定公差内。为了保持公差，pGM110可使用在来自bGM120的bSync180消息中的时钟信息调谐pGM110的本地时钟。一旦调谐完成，就可使用定时程序（诸如MIME）作出定时校正，以保持期望的工程公差。在步骤720中，当达到稳定时钟时，pGM110可基于所调谐的本地时钟来产生且发送pSync170消息。在步骤730中，pGM110还可通过每定时程序（诸如MIME）所允许的抖动-漂移公差将所调谐的本地时钟移动到主基准时钟源350。在检测到pSync之后，在步骤740中，bGM120可利用pSync170消息依次将其本地时钟与pGM110的时钟进行调谐。通常，可通过在pGM110的抖动-漂移公差内转换时钟来执行调谐，如本文中其它部分所述。如果bGM120在主动模式下操作，那么bGM120可连续发送bSync180消息。在被动模式下，bGM120可在检测到恢复后的pSync170消息之后的保持周期发送bSync180消息，并且在保持周期结束之后停止发送bSync180消息。

因此，一般地，利用同时操作，当pGM110和bGM120具有相同主时钟源310时，冗余根时钟，pGM110和bGM120相应时钟可被同步，并且对于时钟同步可以不采取额外步骤。可替代地，如果pGM110和bGM120分别具有不同主时钟源350和360，那么bGM120最初可调谐到pGM110。例如，可调整bGM120的本地时钟以与pGM110的本地时钟在相同的频率和相位上操作。这可涉及理包含在pSync170消息中的时钟信息。当根据需要稳定在每MIME的时钟公差内时，可使用bGM调谐时钟。

不管pGM110和bGM120是否使用共同时钟源或不同时钟源，由bGM120进行的故障检测可能相似。终端站（诸如以太网站130）可在单个根时钟的标称两倍速率下从pGM110和bGM120接收pSync170和bSync180消息。即使包括在消息中的时钟ID可识别两个不同消息源中的一个，从同步角度来看，这些消息看起来相同。

bGM120可在主动模式或被动模式下操作。在主动模式下，不管是否发送pSync170消息，bGM120可产生并发送bSync消息。因此，在pSync故障期间，诸如pGM故障，主动bGM120可连续发送bSync180消息到网络中所有终端站或节点。终端站可接收bSync180消息且根据bSync180消息来导出和/或调整它们的相应时钟。在pSync170消息可操作的操作期间，终端站130可在单个GM的两倍速率下分别从pGM110和bGM120接收pSync170和bSync180。即使不同所接收的消息中的时钟ID可能不同，从同步角度来看，这些消息看起来相同。因为它们同步，所以终端站可理犹如它们来自相同GM的消息。因此，在主动模式bGM120的情况下，在有或无可操作的pSync170消息的情况下，诸如当pGM110无法操作时，终端站可连续无缝操作。

在被动模式下，当pGM110可操作时，bGM120不发送bSync180消息。在pGM故障、利用被动bGM120操作期间，bGM120可在pGM110超时之后开始发送bSync180消息。bGM120等待pSync170消息的超时周期可能比在终端站配置的保持周期更短。在超时周期之后，bGM120可开始发送bSync180消息到终端站。终端站可在保持时间内操作，直至使用bSync180消息实现bGM同步。因此，在被动模式bGM120的情况下，在有或无操作pGM110的情况下，终端站连续无缝操作。

当检测到pSync故障时，诸如在pGM110或网络链路故障，bGM120假设充当当前pGM。此外，响应于故障检测，可通过触发bGM选择（诸如BMCA）来选择新备份根时钟设备，并且转换为bGM120。新bGM可添加到备用根设备列表。在列表根据bGM的相对优先级进行排序的情况下，新选择的bGM可附加到列表或可插入到列表中先前的点。选择可基于主时钟选择算法（诸如BMCA）来执行。其它算法也可用于选择。在可能的新备份根时钟设备相对于bGM120具有时钟源在预定公差内，时钟选择算法（诸如BMCA）可以不进行修改。此外，在已经选择从备份根时钟设备的情况下，或存在跨网络主动发送相应同步消息的多个根时钟设备，可以不进行时钟选择。

pGM110和bGM120可在支持双重或多重时间灵敏应用的网络中操作。在这种情况下，网络可支持彼此独立的一个以上的独立时域。例如，网络中第一应用可能取决于可从GPS时钟推导出的日时钟的精确时间，其中闰秒（或闰微秒）校正对于第一应用的功能来说是期望的或必要的。同时，在网络上可操作的第二应用可能取决于精确重复周期，其中闰秒校正可能并非必要或甚至不合需要的。因此，两个应用可以是独立时域的一部分且可从单独时钟源导出对应时钟。每个独立时域可包括相应pGM和bGM设备，如整个文档中所述。因此，对于网络中支持的每个独立时域，相应pGM和bGM设备可被复制以实现容错。双时域可扩展为覆盖重叠pSync和bSync定时路径。

对于同时、冗余GM恢复，故障为固定，并且所修复的原始pGM110或新pGM110可插入到网络中。由于pSync170消息故障，诸如由于pGM110故障，bGM120可接管pGM的职责，从而被视为当前pGM。当前pGM（原始bGM120）可能已经漂离原始pGM110的时钟基准。在pSync170恢复期间，为了保持GM时钟源之间的同步，pGM110可首先同步到当前pGM（原始bGM120）。一旦同步，原始pGM110就可恢复为pGM且可开始发送pSync170消息。在同步之后发送pSync170消息之前，pGM110可稳定时钟。当检测到所恢复的pSync170消息时，原始bGM120（当前pGM）可将其自身恢复为备份GM并且可利用pSync170消息将其时钟调谐至pGM110。当发生转变时，bGM120可选择停止发送bSync180消息。在这种可选择的情况下，bGM120相对于新发现和/或所恢复的pGM可进入初始阶段。在被动模式下，在pGM检测和预定超时之后，bGM120可停止发送bSync180消息。pGM110可移动同步时钟到基准时钟源，如本发明中其它部分所述。pGM110可通过逐渐应用时间差将时钟转换为主基准，以避免同步时间中非连续步骤。因此可通过小步骤来执行转换，诸如在预定公差内。预定公差可以基于系统的抖动-漂移公差。预定公差可能受系统的MTIE的限制。

可替代地，当从pSync故障恢复时，当前pGM（原始bGM120）可继续操作为pGM。当从pSync故障恢复时，原始pGM110可接替为当前bGM。当恢复时，当前bGM（原始pGM110）可利用当前pGM（原始bGM120）进行调谐，如上文所讨论。在主动模式下，当前bGM（原始pGM110）可将bSync180消息连同来自当前pGM（原始bGM120）的pSync170消息一起发送。可替代地，在被动模式下，在保持时间内未接收到当前pGM（原始bGM120）的pSync170消息的情况下，当前bGM（原始pGM110）可发送bSync180消息。pGM和bGM之间角色变化可能并不影响终端站130的相应本地时钟的同步。终端站130可基于从当前主和备份根时钟设备所接收的同步消息连续导出它们的相应本地时钟。

作为例如以太网站或其它IEEE802.1AS和IEEE1588使能网络节点的终端站的操作可包括在未接收到同步消息时进入保持周期期间的操作。当自由运行时，诸如当在预期周期内未接收到同步消息时，保持周期可考虑时钟公差值，诸如预定公差。终端站可能无法区分pSync与bSync，并且pSync和bSync中一个或两个可用于同步和/或调谐以导出本地时钟。为了可靠性和保护性，终端站可从三个或三个以上的根时钟接收三个或三个以上同步消息。在使用之前，可执行加权选择，诸如简单大数、加权大数或其它计算，以证明同步消息合格。为了可靠性和保护性，可对每个同步消息进行验证。验证同步消息，并且由此来自特定根时钟源的时钟信号可能基于来自特定根时钟源的时钟信号的连续消息之间的时间值差。可确定来自特定源的当前同步消息与先前同步消息之间时间值差。终端站然后可确保时间值差在预期预定范围内。这种验证检查可在使用来自特定源的同步消息之前执行。如果在确定和/或可配置时间或序列内检测到超出范围的时间值步骤，那么特定根时钟可认为不可靠或无效，时钟源及所述状态可作为信号发到网络管理实体，诸如网络管理员。网络管理实体可为自治系统或负责维护网络在操作状态下的网络管理员。可替代地或附加，特定根时钟的不可靠状态可报告给共同仓库，所述共同仓库可接收关于网络组件的状态更新。所述状态更新可以以系统的可视化描述来表示。终端站可使用包括在消息中的时钟ID来确定消息源，从而确定所接收时钟信号的时钟源。

本文所述的操作也可用于将同步网络从在pGM下的一个时域移植到在不同pGM下的另一个时域。时域可以是彼此同步的时钟逻辑分组，一般使用协议，诸如先前提到的PTP协议中一个。在一个时域中的时钟无需同步到另一个时域中的时钟。时域提供了实现不相交时钟集，共用共同网络，但保持每个集内独立同步的方法。使用所述操作，时域可从pGM移植到另一个pGM。先前时域pGM然后可退出。例如，来自包括与pGM的时域不同的时域的pGM’的同步消息可被发送到终端站。终端站的时钟的同步然后可从pGM移植到来自另一个时域的pGM的同步消息。移植可通过逐渐应用pGM与pGM之间的时间差来执行，以避免同步时间中的非连续步骤。随着移植不断更接近pGM’的时域，pGM可退出。

终端站可接收并理来自多个不同时域的多个同步消息。多个时域可在单个网络中重叠，并且同步消息pSync、bSync及其它消息可承载在任何容错网络路径上。网络路径可包括以太网、无线局域网、同轴电缆以及电力线。终端站也可基于从特定根时钟设备接收的同步消息来执行根验证功能。连续消息或在特定时间周期内的消息之间的时间差值可用于这个目的。终端站可采用算法，诸如N个中N-1个同意、加权差或任何其它这样的算法，以确定从特定根时钟设备接收的定时信息的可靠性。

上述方法及设备适用于任何时间感知系统和网络，诸如以太网、协调共享网络（CSN），诸如WLAN同轴电缆、电力线以及其它这样的时间感知网络。根时钟设备可为专门配置为提供通篇发明所述的时钟同步消息的设备。所述根时钟设备可包括一个或一个以上处理器和一个或一个以上非临时性存储设备。处理器可负责执行通篇发明所述的各个功能。根时钟设备也可包括网络接口和相应的逻辑和电路，以经由各种通信网络发送和接收消息，诸如通篇发明所述的通信网络。根时钟设备还可包括同步到其它时钟的本地时钟。附加或可替代地，根时钟可从诸如GPS的设备接收基准时钟信号。

上述方法、设备及逻辑可在硬件、软件或硬件和软件的许多不同组合中以许多不同方式实现。例如，系统全部或部分可包括控制器、微处理器或特定用途集成电路（ASIC）中的电路，或者可利用分立逻辑或组件或者组合在单个集成电路上或分布于多个集成电路之间的其它类型模拟或数字电路的组合来实现。上述逻辑的全部或部分可实现为可被理器、控制器或其它理设备执行的指令，并且可存储于有形或非临时性机器可读或计算机可读介质中，诸如闪存、随机存取存储器（RAM）或只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）或其它机器可读介质，诸如光盘只读存储器（CDROM）或磁盘或光盘。因此，产品（诸如计算机程序产品）可包括存储介质及存储于介质上的计算机可读指令，当计算机可读指令被执行在端点、计算机系统或其它设备中时，使设备执行根据以上说明书的任一部分的操作。

系统的理能力可分布于多个系统组件之间，诸如在多个处理器及存储器之间，可选择地包括多个分布式理系统。参数、数据库及其它数据结构可被独立存储和管理，可并入到单个存储器或数据库中，可以以许多不同方式在逻辑上和在物理上组织，并且可以许多方式来实现，包括数据结构，诸如链表、哈希表或隐式存储机构。程序可为单个程序、独立程序的一部分（例如，子例程），可以跨几个存储器和处理器分布，或者以许多不同方式来实现，诸如在库中实现，诸如共享库（例如，动态链接库（DLL））。例如，DLL可存储执行上述系统理中的任一项的代码。

各种实施方式已经进行具体说明。然而，许多其它实施方式也是可行的。

Claims (10)

1.一种根时钟设备，包括：

时钟，其可操作以在所述根时钟设备在整个网络的备用根时钟设备列表中被识别时充当备份根时钟，所述列表至少基于时钟可追溯性和所述网络中的设备位置而按优先级次序排列；

接口，被配置为在所述网络上通信，并接收主同步消息，所述主同步消息经由所述网络从被所述根时钟设备和所述整个网络的其他设备识别为主根时钟设备的另一设备连续地接收，并且所述主同步消息包括所述主根时钟设备的时钟信号；

处理器，被配置为保持所述备份根时钟与在所述主同步消息中接收的所述时钟信号基本同步；以及

所述处理器进一步被配置为在接收主同步消息的同时基于所述备份根时钟产生备份同步消息，所述备份同步消息作为当前正在被接收的所述主同步消息的冗余消息而产生，所述备份同步消息包含所述备份根时钟的时钟信号，以及所述接口进一步被配置为经由所述网络发送所产生的备份同步消息以作为复制时钟信号被全部其他设备接收，其中所述备份同步消息与所述主同步消息大体上同时被接收或者所述备份同步消息在所述主同步消息的预定时间间隔内被接收。

2.根据权利要求1所述的根时钟设备，其中所述接口经配置以在主动模式下经由所述网络冗余地发送所产生的备份同步消息，且在被动模式下，所述接口经配置以响应于接收到所述主同步消息而发送所述备份同步消息到临时缓冲器。

3.根据权利要求2所述的根时钟设备，其中，在所述被动模式下，所述处理器被配置为：

检测在预定保持时间未从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息；并且，作为响应，

触发所述备份同步消息的提取和所述备份同步消息的传输以被整个所述网络中的所述其他设备接收。

4.根据权利要求3所述的根时钟设备，其中，在所述预定保持时间之后触发到整个所述网络中的所述其他设备的所述备份同步消息的传输，所述预定保持时间比整个所述网络中的所述其他设备的预定保持时间短。

5.根据权利要求3所述的根时钟设备，其中，所述处理器被配置为检测在所述预定保持时间之后从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息，并且，作为响应，中止被整个所述网络中的所述其他设备接收的所述备份同步消息的传输。

6.根据权利要求3所述的根时钟设备，其中，响应于未从所述主根时钟设备接收到所述主同步消息，所述处理器被配置为开始将所述根时钟设备作为所述网络的新主根时钟设备并且将所述主根时钟设备作为所述网络的新备份根时钟设备。

7.根据权利要求1所述的根时钟设备，其中，所述备份同步消息被发送以被整个所述网络中的所述其他设备接收，而不论是否接收所述主同步消息。

8.根据权利要求1所述的根时钟设备，其中，所述处理器进一步被配置为：

从所接收的所述主同步消息中提取全局标识符；以及

在所述备份同步消息传输之前，将所述全局标识符包括在所产生的所述备份同步消息中。

9.一种网络中的终端站设备，包括：

时钟；

接口，被配置为经由网络从被所述终端站设备识别为第一根时钟设备的第一设备接收第一时钟信号，所述第一根时钟设备可用作所述网络中的所有设备的主时间源；

所述接口进一步被配置为与接收到所述第一时钟信号大体上同时或在接收到所述第一时钟信号的预定时间间隔内连续地接收作为复制时钟信号的第二时钟信号，所述第二时钟信号经由所述网络从备用根时钟设备列表中识别出的第二设备接收，所述第二设备相对于所述第一根时钟设备为冗余根时钟设备且可冗余地作为所述网络中的所有设备的另一主时间源，所述列表至少基于时钟可追溯性和所述网络中的设备位置而按优先级次序排列；以及

处理器，其经配置以将所述终端站设备作为终端站设备操作，并被配置为基于所接收的所述第一时钟信号和所接收的所述第二时钟信号来调整所述时钟。

10.一种时钟同步方法，包括：

在网络设备处，经由网络在时间间隔中连续地接收主同步消息，所述主同步消息是从被所述网络设备识别为主根时钟设备的第一设备接收的，所述主根时钟设备可作为所述网络中的所有设备的主时间源；

在网络接口处经由所述网络在接收到所述主同步消息的预定时间间隔内或与接收到所述主同步消息大体上同时地接收作为复制时钟信号的备份同步消息，除接收所述主同步消息外还接收所述备份同步消息，所述备份同步消息从备用根时钟设备列表中识别出的第二设备接收，并且所述第二设备能够作为所述网络中的所有设备的冗余主时间源，所述列表至少基于时钟可追溯性和所述网络中的设备位置而按优先级次序排列；以及

基于所述主同步消息和持续接收的所述备份同步消息在所述网络设备处配置本地时钟。