CN106209510A - 适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法，属于网络技术领域。包括发送两列服从泊松分布的探测包列，每个包列由若干个背靠背探测包对构成，各自包列内探测包长度相同，彼此包列间探测包长度不同；每个探测包采集其在发送主机的发送起始时间、探测包到达接收主机的接收时刻、接收主机向发送主机返回应答包的发送时间及应答包返回发送主机的接收时间；从测量数据中取出测量最小时延值，分析理论最小时延值、测量最小时延值、探测包长度、传输时延值之间的关系，建立函数关系式；联立方程，约减方程变量，求得时钟偏差。该方法提供一种无需借助额外硬件支持，既适用于对称路径又适用于非对称路径，且测量精度高的时钟偏差测量方法。

Description

适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法。

背景技术

时钟同步是分布式系统的核心技术之一，在网络管理、网络安全、网络测量等方面均有广泛应用，而测量进而消除时钟偏差(某一时刻端系统间不同时钟时间之间的差值)是实现时钟同步的关键。

目前，测量时钟偏差的方法有：硬件同步方法、软件同步方法。

硬件同步方法主要有两种技术：GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和IEEE-1588PTP(Precision Time Protocol，精准时间同步协议)方法。借助GPS等外部时钟源，虽可准确消除时钟偏差，但是这种方式所需硬件价格昂贵且与接收环境有关；PTP借助硬件设备将网络设备的时钟与主控机的主时钟实现同步，同步过程中，主时钟周期性发布时间同步协议及时间信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使主从设备时间保持一致。但该方法不支持非对称路径下的时钟同步，且需要相关硬件支持。

软件同步方法，主要有NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)以及改进后的SNTP(简单网络时间协议，Simple Network Time Protocol)。其缺点是，同步的准确性依赖于主机间的路径特性，方法需基于网络路径为对称路径(往返路径延迟相等)的假设前提，在非对称路径情况下，测量误差非常大。

目前，随着互联网规模的不断扩大，网络结构的日益复杂，非对称路径(网络端系统在传输数据时，不同方向上的数据流所经过的路径不同或上下行链路特性不同)已占网络路径的相当部分，且还有继续增大的趋势。而目前的同步方法主要针对对称路径。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的时钟偏差测量方法需要额外硬件支持或者针对非对称路径测量精度差的技术问题，提供一种无需借助额外硬件且测量精度高的适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法，其包括下列步骤：

A、发送主机向接收主机发送服从泊松分布的第一探测包列和第二探测包列，其中，每个探测包列由多个背靠背探测包对组成，所述第一探测包列中各个探测包的长度均为第一长度S₁，所述第二个探测包列中各个探测包的长度均为第二长度S₂，且所述第一长度S₁不等于所述第二长度S₂；所述发送主机向所述接收主机发送的探测包列中的每个背靠背探测包对都携带有发送时间戳，所述发送时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁和背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁；

B、接收主机接收到发送主机发送的两个探测包列中的探测包后，向所述发送主机返回每个探测包对应的应答包，其中，每个应答包都携带有探测包到达接收主机的接收时间戳及接收主机发送应答包的发送时间戳；所述接收时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂和背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂；所述应答包的发送时间戳为：接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃和接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃；

C、发送主机接收到接收主机返回的应答包后，记录每个应答包到达发送主机的时间戳，所述应答包到达发送主机的时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间t₄和背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间t′₄；

D、发送主机统计所述第一个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第一个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₁；计算所述第一个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₁；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第一个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁；

E、发送主机统计所述第二个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第二个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₂；计算所述第二个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₂；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第二个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂；

F、发送主机根据第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁、第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂、第一个探测包列中各个探测包的第一长度S₁和第二个探测包列中各个探测包的第二长度S₂，通过如下公式确定时钟偏差：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{-\min {(t_2-t_1)}_1\×S_2+\min {(t_4-t_3)}_1\×S_2+min{(t_2-t_1)}_2\×S_1-\min {(t_4-t_3)}_2\×S_1}{2(S_1-S_2)}$

式中：ΔC表示发送主机与接收主机之间的时钟偏差。

本发明的有益效果是：

通过发送主机向接收主机发送两个由多个背靠背探测包对组成、且包列内探测包长度相同、彼此包列间的探测包长度不同的探测包列，并获取两个探测包列内每个探测包的时间戳信息，以及根据两个探测包列内每个探测包的时间戳信息确定最小测量时延，进而根据最小测量时延及两个探测包列内的探测包的长度确定时钟偏差，从而无需借助额外硬件支持，即可提高测量精度。通过设置每个探测包列中包括多个背靠背探测包对可以减少排队时延。通过设置发送的两个探测包列服从泊松分布，不仅使得探测包列中的每个背靠背探测包对可以同等概率被采集，从而可以确保得到准确的测量最小时延，而且测量过程有效地避免与网络中存在的周期性事件同步，即避免了总是采样到网络周期性出现的某一状态值，从而使得测量结果更加精准。

附图说明

图1是本发明设备示意图；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明第一探测包列和第二探测包列的构成图；

图4是本发明任一探测包对的时间戳示意图；

图5是本发明实施例提供的一种对比实验拓扑图；

图6是本发明对称路径下与NTP方法的实验比较结果；图6中的(a)图为发送主机到接收主机时延，图6中的(b)图为接收主机到发送主机时延；

图7是本发明非对称路径下与NTP方法的实验比较结果；图7中的(a)图为发送主机到接收主机时延，图7中的(b)图为接收主机到发送主机时延。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，其示出了本发明实施例提供的一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法的设备示意图。如图1所示，该设备包括发送主机101和接收主机102。其中，发送主机101和接收主机102通过网络连接。

如图2所示，本实施例中的一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法，其包括下列步骤：

A、发送主机向接收主机发送服从泊松分布的第一探测包列和第二探测包列，其中，每个探测包列由多个背靠背探测包对组成，所述第一探测包列中各个探测包的长度均为第一长度S₁，所述第二个探测包列中各个探测包的长度均为第二长度S₂，且所述第一长度S₁不等于所述第二长度S₂；所述发送主机向所述接收主机发送的探测包列中的每个背靠背探测包对都携带有发送时间戳，所述发送时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁和背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁。

如图3所示，其示出了一种第一探测包列和第二探测包列的构成图。具体地，发送主机先向接收主机发送第一探测包列中的各个背靠背探测包对，直至第一探测包列中的最后一个背靠背探测包对发送完成后，再向接收主机发送第二探测包列中的各个背靠背探测包对。在发送任一探测包列中的任一背靠背探测包对时，先发送该背靠背探测包对的第1探测包，再发送该背靠背探测包对的第2探测包。

B、接收主机接收到发送主机发送的两个探测包列中的探测包后，向所述发送主机返回每个探测包对应的应答包，其中，每个应答包都携带有探测包到达接收主机的接收时间戳及接收主机发送应答包的发送时间戳；所述接收时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂和背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂；所述应答包的发送时间戳为：接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃和接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃。

其中，接收主机接收任一探测包后，均会生成一个该探测包对应的应答包。由于每个探测包均对应一个应答包，因此，每个背靠背探测包对均对应一个应答包对，每个探测包列也对应一个应答包列。

C、发送主机接收到接收主机返回的应答包后，记录每个应答包到达发送主机的时间戳，所述应答包到达发送主机的时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间t₄和背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄。

如图4所示，其示出了任一背靠背探测包对的时间戳示意图。t₁、t₂、t₃和t₄分别表示该背靠背探测包对中第1探测包在发送主机的发送起始时间、第1探测包到达接收主机的接收时间、接收主机发送该第1探测包的应答包的发送时间及第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间。t′₁、t′₂、t′₃和t′₄分别表示该背靠背探测包对中第2探测包在发送主机的发送起始时间、第2探测包到达接收主机的接收时间、接收主机发送该第2探测包的应答包的发送时间及第2探测包的应答包达到发送主机的接收时间。

D、发送主机统计所述第一个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第一个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₁；计算所述第一个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₁；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第一个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁。

E、发送主机统计所述第二个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第二个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₂；计算所述第二个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₂；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第二个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂。

F、发送主机根据第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁、第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂、第一个探测包列中各个探测包的第一长度S₁和第二个探测包列中各个探测包的第二长度S₂，通过如下公式确定时钟偏差：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{-\min {(t_2-t_1)}_1\×S_2+\min {(t_4-t_3)}_1\×S_2+min{(t_2-t_1)}_2\×S_1-\min {(t_4-t_3)}_2\×S_1}{2(S_1-S_2)}$

式中：ΔC表示发送主机与接收主机之间的时钟偏差。

下面结合非对称路径和对称路径的特征，推导上述实施例提出的方法，从而得出上述方法能够比较精准地测量对称路径和非对称路径的时钟偏差。

情况一：针对非对称路径的情况

具体地，非对称路径情况下，即D_SR≠D_RS(当D_SR＝D_RS时，即为对称路径情况)时，时钟偏差的计算过程通常可以表示为：

t₂＝t₁+D_SR+ΔC (1)

t₄＝t₃+D_RS-ΔC (2)

式(1)减式(2)可得：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{(t_2-t_1)-(t_4-t_3)+(D_{RS}-D_{SR})}{2}---\left(3\right)$

D_SR表示从发送主机SND到接收主机RCV的单向时延；D_RS表示从接收主机RCV到发送主机SND的单向时延；ΔC表示接收主机RCV与发送主机SND之间的时钟偏差；C_SND表示发送主机时钟；C_RCV表示接收主机时钟。

通常，端到端的时延由排队时延、传输时延、传播时延、处理时延组成。目前路由器的处理时延可达纳秒级，网络中设备处理时延通常可以忽略不计。由于网络不可能总是处于拥塞状态，所以通过多次测量也可剔除排队时延，因此，通过设置每个探测包列中包括多个背靠背探测包对可以进一步减少排队时延。网络测量领域已有研究成果从理论和实验的角度均证明，通过发送多个探测包能以极大概率获得最小时延(仅包括传输时延和传播时延，本发明将其称为理论最小时延)，取包对时延和最小的方式又可进一步剔出排队时延和网络噪声对最小测量时延的影响。为避免背靠背探测包对在传输过程中，背靠背探测包对中头包对尾随包时延的影响，本发明在计算最小测量时延时主要以头包的时间戳为依据。

综上，端对端之间的最小时延minDelcy由传播时延T_g和传输时延T_t组成，即：

minDelay≈T_g+T_t (4)

由于传输时延与探测包长度成正比，则传输时延T_t与探测包长度关系如下：

T_t＝k×S (5)

其中，k为常数，取值主要与链路固有带宽相关，单位为1/Mbps，S为探测包长度，单位为比特；在单跳路径中k的取值为链路带宽的倒数，在H跳网络中k的取值为b为各链路带宽。显然，在单跳或多跳网络中式(5)均成立。

综上，式(4)可写为：

minDelay＝T_g+k×S (6)

由于非对称路径往返路径传输时延不相等，则有

minD_SR＝T_g+k₁×S (7)

minD_RS＝T′_g+k₂×S (8)

由于网络中往返路径长度基本相同，而包的传播时延主要由电磁波在信道上传播速率决定，

因此，T_g和T′_g可认为近似相等。

则式(1)和式(2)又可写为

min(t₂-t₁)＝(T_g+k₁×S)+ΔC (9)

min(t₄-t₃)＝(T_g+k₂×S)-ΔC (10)

$\mathrm{\Δ}C=\frac{\min (t_2-t_1)-\min (t_4-t_3)-(k_1-k_2)\×S}{2}---\left(11\right)$

在本发明中，将min(t₂-t₁)、min(t₄-t₃)定义为测量最小时延，min(t₂-t₁)表示探测包在接收主机的接收时间t₂与探测包在发送主机的起始发送时间t₁之差中的最小值，该值由理论最小值时延值(minD_SR)与端系统间的时钟偏差(ΔC)组成。min(t₄-t₃)表示应答包从接收主机返回发送主机的时间t₄与应答包到达接收主机的时间t₃之差中的最小值。

因在测量过程中尚还无法得到k的具体数值，且为了能够进行方程变量约减，本发明中采用发送两个不同探测包列，且这两个探测包列中的探测包长度不同，过程如下：

发送第1个探测包列，

min(t₂-t₁)₁＝T_g+k₁×S₁+ΔC (12)

min(t₄-t₃)₁＝T_g+k₂×S₁-ΔC (13)

式中，min(t₂-t₁)₁表示第1个探测包列获得的从发送主机到接收主机的测量最小时延；min(t₄-t₃)₁表示第1个探测包列获得的从接收主机到发送主机的测量最小时延；S₁表示第1个探测包列中每个探测包的长度，即第一长度。

接下来，求k₁-k₂可得：

min(t₂-t₁)₁-min(t₄-t₃)₁＝(k₁-k₂)×S₁+2ΔC (14)

发送第2个探测包列，

min(t₂-t₁)₂＝T_g+k₁×S₂+ΔC (15)

min(t₄-t₃)₂＝T_g+k₂×S₂-ΔC (16)

式中，min(t₂-t₁)₂表示第2个探测包列获得的从发送主机到接收主机的测量最小时延；min(t₄-t₃)₂表示第2个探测包列获得的从接收主机到发送主机的测量最小时延；S₂表示第2个探测包列中的包长度。

求k₁-k₂，可得：

min(t₂-t₁)₂-min(t₄-t₃)₂＝(k₁-k₂)×S₂+2ΔC (17)

由式(14)和式(17)可得：

$k_1-k_2=\frac{\min {(t_2-t_1)}_1-min{(t_4-t_3)}_1-\min {(t_2-t_1)}_2+\min {(t_4-t_3)}_2}{S_1-S_2}---\left(18\right)$

由式(14)和式(18)可得：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{-\min {(t_2-t_1)}_1\×S_2+\min {(t_4-t_3)}_1\×S_2+min{(t_2-t_1)}_2\×S_1-\min {(t_4-t_3)}_2\×S_1}{2(S_1-S_2)}---\left(19\right)$

依式(19)则可得到非对称路径下发送主机与接收主机之间的时钟偏差。

由上述过程可知，本发明提出的方法能够适用于非对称路径，且上述实施例中提供的方法在测量非对称路径的时钟偏差时，结合了非对称路径的具体情况实现，因此，使用上述方法测量非对称路径的时钟偏差时，测量结果比较准确。

情况二：针对对称路径的情况

在对称路径情况下，即D_SR＝D_RS，亦即k₁≈k₂。由式(11)可知，时钟偏差计算公式简化如下。

$\mathrm{\Δ}C=\frac{\min (t_2-t_1)-\min (t_4-t_3)}{2}---\left(20\right)$

依式(20)则可得到对称路径下发送主机与接收主机之间的时钟偏差。而min(t₂-t₁)和min(t₄-t₃)既可以根据第一探测包列确定，也可以根据第二探测包列确定，还可以取第一探测包列和第二探测包列测量得到的平均值等。

进一步地，为了验证上述实施例所述的方法测量时钟偏差的准确性，本发明还对上述测量时钟偏差的方法进行了实验验证。

实施例1：对称路径情况下实验验证。

本实施例基于NIST Net仿真平台进行对称路径条件下时钟偏差测量对比实验。

使用GPS或原子钟等外部时钟源，虽可准确检验测量所得的时钟偏差是否正确，但是这种方式所需硬件价格昂贵，实施复杂。考虑到单向时延测量需在时钟偏差测量的基础之上，因此，我们通过对单向时延测量值的分析来检验时钟偏差的测量精度。实验中先测量得到时钟偏差，然后以此时钟偏差值修改接收主机时钟，进行系统间时钟同步，最后测量得到单向时延值。

采用网络模拟软件NIST Net模拟网络路径情况，如图5所示，设置往返路径带宽分别为0.1Mpbs和0.1Mpbs。仅考虑探测包的传播和传输时延，忽略网络转发数据包时间及程序的处理等时间的情况下，仿真平台的单向时延理论值易于求得。数据包数据域长度(1000B)加上头部长度，探测包的总长度1042字节，在不同带宽环境下传输时延值分别为：(1042*8)/100000＝83.36ms；在实验室环境下，因传输距离较短，传播时延可忽略。可将83.36ms当作发送主机到接收主机，接收主机到发送主机时延的理论参考值(理想值)。在不引入外部时钟源的情况下。用NTP方法得出时钟偏差，而后测得单向时延测量结果进行对比。按本发明提出的方法计算时钟偏差后，而后测量得到不同方向单向时延的平均值为：84.026ms、84.052ms；NTP方法计算时钟偏差后，而后测量得到的单向时延值分别为：84.036ms、84.047ms。由此可得，针对对称路径的情况，本实施例与NTB方法所测量的时钟偏差的精度基本相当。如图6所示，其示出了对称路径下本发明与NTP方法的实验比较结果图。图6中的(a)图为发送主机到接收主机时延，图6中的(b)图为接收主机到发送主机时延。

实施例2：非对称路径情况下实验验证

本实施例基于NIST仿真平台进行了非对称路径下时钟偏差测量对比实验。

采用网络模拟软件NIST Net模拟网络路径情况，设置往返路径带宽分别为0.1Mpbs和1Mpbs。仅考虑探测包的传播和传输时延，忽略网络转发数据包时间及程序的处理等时间的情况下，仿真平台的单向时延值易于求得。数据包数据域长度(1000B)加上头部长度，探测包的总长度1042字节，在不同带宽环境下传输时延值分别为：(1042*8)/100000＝83.36ms；(1042*8)/1000000＝8.336ms。在实验室环境下，因传输距离较短，传播时延可忽略。可将83.36ms和8.336ms当作不同方向单向时延的理论参考值(理想值)。在不引入外部时钟源的情况下，用NTP方法得出时钟偏差，而后测得单向时延测量结果进行对比。按本发明提出的方法计算时钟偏差后，而后测量得到不同方向单向时延的平均值为：84.043ms、9.251ms；NTP方法计算时钟偏差后，而后测量得到的单向时延值分别为：46.770ms、46.636ms。实验结果表明，在非对称路径下，本发明的测量结果与理论值非常接近，明显优于NTP方法。如图7所示，其示出了一种非对称路径下本发明与NTP方法的实验比较结果；图7中的(a)图为发送主机到接收主机时延，图7中的(b)图为接收主机到发送主机时延。

上述实验证明了本发明提出的方法在对称、非对称路径下测量时钟偏差的可行性和准确性。

Claims (1)

1.一种适用于对称、非对称路径的时钟偏差测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

A、发送主机向接收主机发送服从泊松分布的第一探测包列和第二探测包列，其中，每个探测包列由多个背靠背探测包对组成，所述第一探测包列中各个探测包的长度均为第一长度S₁，所述第二个探测包列中各个探测包的长度均为第二长度S₂，且所述第一长度S₁不等于所述第二长度S₂；所述发送主机向所述接收主机发送的探测包列中的每个背靠背探测包对都携带有发送时间戳，所述发送时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁和背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁；

B、接收主机接收到发送主机发送的两个探测包列中的探测包后，向所述发送主机返回每个探测包对应的应答包，其中，每个应答包都携带有探测包到达接收主机的接收时间戳及接收主机发送应答包的发送时间戳；所述接收时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂和背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂；所述应答包的发送时间戳为：接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃和接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃；

C、发送主机接收到接收主机返回的应答包后，记录每个应答包到达发送主机的时间戳，所述应答包到达发送主机的时间戳为：背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间t₄和背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间t′₄；

D、发送主机统计所述第一个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第一个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₁；计算所述第一个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₁；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第一个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁；

E、发送主机统计所述第二个探测包列中各个探测包的时间戳即背靠背探测包对中第1探测包的发送起始时间t₁、背靠背探测包对中第2探测包的发送起始时间t′₁、背靠背探测包对中第1探测包到达接收主机的接收时间t₂、背靠背探测包对中第2探测包到达接收主机的接收时间t′₂、接收主机发送第1个应答包的发送时间t₃、接收主机发送第2个包应答的发送时间t′₃、背靠背探测包对中第1探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t₄，背靠背探测包对中第2探测包的应答包到达发送主机的接收时间为t′₄，计算所述第二个探测包列中的每个背靠背探测包对从发送主机到接收主机的第一时延之和：sum((t₂-t₁)+(t′₂-t′₁))₂；计算所述第二个探测包列中的各个应答包对从接收主机到发送主机的第二时延之和：sum((t₄-t₃)+(t′₄-t′₃))₂；根据各个第一时延之和及各个第二时延之和，从中选出最小值并确定所述第二个探测包列中的最小时延和所对应的背靠背探测包对、应答包对，将该背靠背探测包对和应答包对中第1个包的时间戳取出，计算测量所得最小时延值，即得第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂；

F、发送主机根据第一个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₁和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₁、第二个探测包列发送主机到接收主机的测量最小时延值：min(t₂-t₁)₂和接收主机到发送主机的测量最小时延值：min(t₄-t₃)₂、第一个探测包列中各个探测包的第一长度S₁和第二个探测包列中各个探测包的第二长度S₂，通过如下公式确定时钟偏差：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{-\min {(t_2-t_1)}_1\×S_2+\min {(t_4-t_3)}_1\×S_2+min{(t_2-t_1)}_2\×S_1-min{(t_4-t_3)}_2\×S_1}{2(S_1-S_2)}$

式中：ΔC表示发送主机与接收主机之间的时钟偏差。