CN104270217A - 一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，所述方法包括：(1)计算链路传输时产生的链路延迟时间的数据包；(2)在一定时间间隔内，循环计算链路延迟；(3)对计算得出的路径延时数值，进行Q检验抽样处理。本发明提出了一种依据IEEE1588协议计算链路延时方法，增强链路延时的容错性能。此方法采用嵌入式程序运行在交换设备中，无需增加多余的硬件设备。其方法利用统计学方法科学、有效检验出抖动数据，并根据实际情况调整采样周期的步长，缩短检验流程，提高检验效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种链路延时容错性的实现方法，具体讲涉及一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法。
背景技术
目前，基于网络的时间同步系统在智能变电站有了广阔的应用空间，在时间同步要求更为精准的过程层通信网络中，IEEE1588精确网络时钟同步协议(PTP)可以满足其交换设备实时性的工作要求。
链路延时的精度是影响1588时钟同步精度的一个重要因素。在理想条件下，一般认为通信路径的通信质量为对等的，即在同一个通信路径中，数据包在链路上来回时延是一样的，因此，在1588协议中利用(TAB+TBA)/2来计算，这里的TAB和TBA是指IEEE1588路径测量报文在同一通信路径上来回传输时间。而在实际情况下，一旦通信路径不对称，出现抖动数据的时候，如果不加容错算法，就会对时钟同步的对时精度、守时性能即刻产生影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，该方法基于IEEE1588网络时钟同步协议，应用于智能变电站通信系统中，主要实现网络内各结点设备间有效路径时延的增强型计算方法，可以对因测量抖动引起的链路延时进行容错性处理。本方法针对链路延时抖动现象，提出的有效的容错方法。对测量出来的路径延时进行抽样、统计，确定出正常合理的数值范围，对超出此范围的数值进行去抖处理或者直接丢弃，降低影响时钟同步精度诸多可能性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其改进之处在于，所述方法包括
(1)计算链路传输时产生的链路延迟时间的数据包；
(2)在一定时间间隔内，循环计算链路延迟；
(3)对计算得出的路径延时数值，进行Q检验抽样处理。
优选的，所述步骤(1)包括在同一通信路径中，基于链路延时对等的原理，用公式(TAB+TBA)/2计算数据包在此链路传输时产生的链路延迟时间。
优选的，所述步骤(2)包括对所采样测量得到的链路延时测量值按从小到大的顺序排序，并计算每个链路延时测量值的中心偏移值，确定可疑数值。
进一步地，所述步骤(2)包括
(2.1)在一个测量周期内，将计算的路径延时的测定值按从小到大的顺序排列；
(2.2)求出最大与最小数据之差；
(2.3)求各测量值与其相邻值之差的绝对值；
(2.4)求得其统计值；
(2.5)确定可疑值。
进一步地，所述统计值越大，可疑值离群越远，统计值超过界限则认为是一个抖动数据，对时程序将此数据归属于可疑值集合，下一周期内，该数值仍严重超出新统计得到的边界值时，舍弃这个路径时延测量值；否则保留该可疑值，代入到下一周期的循环计算中。
进一步地，所述链路延时，则用上周期的非可疑值代入相应IEEE1588同步报文的校正域之中。
优选的，所述步骤(3)包括Q统计检验链路延时测量值，判断是否为离群值。
进一步地，所述步骤(3)包括出现离群值的时，以对半原则缩短采样周期。
进一步地，所述步骤(3)包括未出现离群值时，延长周期步长，动态地测量链路延时。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明提出了一种依据IEEE1588协议计算链路延时方法，增强链路延时的容错性能。此方法采用嵌入式程序运行在交换设备中，无需增加多余的硬件设备。其方法利用统计学方法科学、有效检验出抖动数据，并根据实际情况调整采样周期的步长，缩短检验流程，提高检验效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法流程图；
图2为本发明提供的对等延时链路测量示意图；
图3为本发明提供的IEEE1588时间同步基本网络拓扑示意图；
图4为本发明提供的自适应调整测量周期的实现流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供了一种能够增强有效路径延时容错性的实现方法，①在同一通信路径中，正确计算出数据包在此链路传输时产生的链路延迟时间；②在相同间隔时间内，需要对上一级路径延迟进行循环计算；③对计算得出的数值进行去抖动处理，利用Q检验统计方法检验出有效的路径延迟。
一旦PTP数据包经过设备端口产生的时间标记产生误码的时候，而影响到后续路径延迟的计算，通过此方法可以快速地检验出相应的无效路径延迟，而进行了去抖动处理，提高了IEEE1588网络时间同步的高效性和精准性。
提高时间同步精度主要从网络拓扑结构和对时策略两方面进行入手。首先，智能变电站通信系统网络一般采用链路中转较少的星型拓扑结构，其通信路径的对称性是相对固定的。其次，在IEEE1588同步时钟协议中P2P工作模式里，链路延迟被透明时钟划分为几段单独计算，而E2E模式下，链路延迟为主时钟到从时钟整个通信链路的延迟，在这种模式下，需要保证IEEE1588同步报文经过的路径不该出现频繁的抖动，否则无法保证调谐和测量链路延时的准确性，就两种工作模式相比较而言，采用P2P对时模式，有助于提高对时精度。
如图2所述，一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法具体流程如下：
设链路时延对等，因而链路延时利用(TAB+TBA)/2来计算，为了保证守时容错率，将对一定周期内所累积测量出来的路径延时采用Q检验统计法进行阈值判断和加权处理。
1)在同一通信路径中，基于链路延时对等的原理，通过公式(TAB+TBA)/2计算出数据包在此链路传输时产生的链路延迟时间。
在一定周期内，从已经计算得出多组路径延时数据中进行采样，由于传输链路这个参数数值基本保持在一定取值范围内。
2)对所采样测量得到的链路延时测量值从小到大顺序排序，并计算出每个链路延时测量值的中心偏移值，确定可疑数值。
一旦出现个别数据与主值偏差很大，我们把这些数据暂时归为可疑值，也叫极端值。这种类型数值的出现有两种可能性，一是错误数据；二是网络拓扑结构发生变化，导致链路延迟突变。采用一定的统计学方法决定其取舍。具体步骤：
(1)在一个测量周期内，将计算出来的路径延时的测定值由小到大顺序排列：X1，X2，X3……Xn，其中可疑值为X1或Xn。
(2)求出最大与最小数据之差(R)：Xn-X1。
(3)求各测量值与其相邻值之差的绝对值，例如|X1–X2|、|Xn–Xn-1|。
(4)求得其统计值Q计。
(5)Q计越大，表明测量值离群越远，当值Q计超过一定界限则认为是一个抖动数据，则对时程序则会将其归类于可疑值，若在下一周期内，该数值依旧严重超出新统计得到的边界值，则会舍弃此路径时延测量值。链路延时则采用上周期的测量值代入相应IEEE1588同步报文的校正域之中。因为，如果对每次所测量的路径延时不加统计判断的话，将错误的值代入校正域，必将引起对时精度的抖动。
3)Q统计检验链路延时测量值，判断是否为离群值。
出现离群值的时候，以对半原则缩短采样周期；
在多个采样周期中未出现离群值，所测量得到的链路延时趋于稳定，则逐渐延长周期步长，动态地测量链路延时。
选定测量周期具有可变步长的特性。当频繁出现离群值的时候，则测量周期将逐渐缩短；当链路延时测量数值处于一个稳定期的时候，测量周期逐渐拉长，一旦出现抖动，进行修正并及时调整周期步长，这样的好处就是可以减少因数据抖动影响对时精度，增强了从钟的守时能力。
实施例
如图4所述，本发明一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法为：
设链路时延对等，因而链路延时利用(TAB+TBA)/2来计算，根据链路延时在基本网络拓扑结构不变的条件下，基本此数值是固定的，因测量抖动而出现的差异明显的测量数值，本方法就可以有效地排查出来。因此，为了保证守时容错率，将对一定周期内所测量并计算得出的路径延时数值，进行Q检验抽样。这个周期的长度就为采样步长，步长值是根据抽样检查出的数值进行有控制的调整。若出现离群值，则缩短采样步长；若未出现离群值，则延长采样步长。这样做的优势是采用可变步长的采用周期，可以大大提高链路延时计算的效率。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述方法包括
(1)计算链路传输时产生的链路延迟时间的数据包；
(2)在一定时间间隔内，循环计算链路延迟；
(3)对计算得出的路径延时数值，进行Q检验抽样处理。
2.如权利要求1所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括在同一通信路径中，基于链路延时对等的原理，用公式(TAB+TBA)/2计算数据包在此链路传输时产生的链路延迟时间。
3.如权利要求1所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括对所采样测量得到的链路延时测量值按从小到大的顺序排序，并计算每个链路延时测量值的中心偏移值，确定可疑数值。
4.如权利要求3所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括
(2.1)在一个测量周期内，将计算的路径延时的测定值按从小到大的顺序排列；
(2.2)求出最大与最小数据之差；
(2.3)求各测量值与其相邻值之差的绝对值；
(2.4)求得其统计值；
(2.5)确定可疑值。
5.如权利要求4所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述统计值越大，可疑值离群越远，统计值超过界限则认为是一个抖动数据，对时程序将此数据归属于可疑值集合，下一周期内，该数值仍严重超出新统计得到的边界值时，舍弃这个路径时延测量值；否则保留该可疑值，代入到下一周期的循环计算中。
6.如权利要求5所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述链路延时，则用上周期的非可疑值代入相应的IEEE1588同步报文的校正域之中。
7.如权利要求1所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括Q统计检验链路延时测量值，判断是否为离群值。
8.如权利要求7所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括出现离群值的时，以对半原则缩短采样周期。
9.如权利要求7所述的一种实现增强时间同步过程中链路延时容错性的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括未出现离群值时，延长周期步长，动态地测量链路延时。
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