CN107612788A - 一种时间服务器故障检测方法、设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种时间服务器故障检测方法、设备和系统，该方法可以用纯软件方式实现，包括如下步骤：从时间用户接收与时间服务器相关的信息；基于时间服务器信息从时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；向时间用户发送时间服务器故障通知。该系统包括实现该方法的时间服务器故障检测节点。本发明实现成本低廉、便于部署和应用，不受时间服务器个数限制，还能在时间服务器发生故障时，及时、有效地检测故障并通知时间用户调整时间同步关系，极大提升了时间同步系统的稳定性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及时间同步领域，尤其涉及一种时间服务器故障检测方法、设备和系统。
技术背景
在网络时代的今天，网络上各类信息处理节点间的时间同步问题已成为必须去面对和解决的问题。目前广泛使用时间同步方法是在网络上部署一个或多个时间服务器，采用逐级时间同步方法将时间服务器的时间发播到各级信息处理节点。这就要求时间服务器之间时间保持高度的时间同步，然而，卫星信号受扰、守时模块老化或时间服务器软件故障都可能导致时间服务器发生时间漂移，甚至是时间跳变，进而导致时间服务器服务的时间用户-各级信息处理节点之间时间失步、不能和标准UTC时间保持同步。
目前，存在大量的时间服务器的时间同步解决方案，包括：光纤双向比对、卫星双向比对、卫星共视比对等，以上解决方案均采用两两比对方式检测时间服务器之间的时间偏差，再通过时间校准手段实现时间服务器之间的同步。无一例外，以上这些方案都需要配置昂贵的专用设备并需要专用通信链路支撑，存在成本高、难于维护、风险性大等缺点。同时，如果远距离网络上部署了多个时间服务器，采用上述的时间服务器同步算法，系统将十分复杂并且难于实现。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的不足，本发明提供一种时间服务器故障检测方法，能够通过纯软件方式实现对时间服务器的故障的有效检测和判定，成本低廉、便于部署和应用。
本发明还提供一种时间服务器故障检测设备，能够通过纯软件方式实现对时间服务器的故障的有效检测和判定，成本低廉、便于部署和应用。
本发明还提供一种时间服务器故障检测系统，能够通过纯软件方式实现对时间服务器的故障的有效检测和判定，成本低廉、便于部署和应用。
技术方案：本发明所述的时间服务器故障检测方法包括以下步骤：(1)从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息；(2)基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；(3)对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；(4)将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；(5)向所述时间用户发送时间服务器故障通知。
在步骤(2)中，所述运行状态包括：设备在线/离线状态、卫星接收模块工作状态、原子钟守时模块工作状态和网络时间发播模块工作状态。采集所述运行状态和/或所述输出时间包括：向所述时间服务器发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器的状态应答报文和/或输出时间应答报文。
在步骤(3)中，对采集的运行状态进行状态检测包括：基于所述状态应答报文将出现以下情形中的一或多者的时间服务器判定为时间输出异常：设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间。对采集的输出时间进行比对分析包括：基于所述输出时间应答报文获取时间服务器的个数；如果时间服务器个数大于等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。
本发明还提供一种时间服务器故障检测设备，包括：用于从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息的装置；用于基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间的装置；用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析的装置；用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器的装置；用于向所述时间用户发送时间服务器故障通知的装置。
本发明还提供一种时间服务器故障检测系统，包括：时间服务器，经配置以接收外部基准时间；与所述时间服务器保持时间同步的时间用户；时间服务器故障检测节点，包括：接收模块，用于从所述时间用户接收与所述时间服务器相关的信息；采集模块，用于基于所述时间服务器信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；检测分析模块，用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；标识模块，用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；通知模块，用于向所述时间用户发送时间服务器故障通知。
进一步地，所述采集模块还用于：向所述时间服务器发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器的状态应答报文和/或输出时间应答报文。
进一步地，所述检测分析模块还用于：基于所述状态应答报文检测是否出现以下情形中的一或多者：设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间。
进一步地，所述检测分析模块还用于：基于所述输出时间应答报文判断时间服务器的个数；如果时间服务器个数大于等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。
有益效果：相对于现有技术，本发明具备如下有益技术效果：
(1)摒弃了基于昂贵硬件实现的时间服务器同步方案，采用软件方式实现时间服务器故障检测，时间服务器故障检测方法成本低廉、便于部署和应用；(2)针对时间服务器的故障检测不受时间服务器个数限制，即使待检测时间服务器个数只有一个，也能开展状态故障和时间输出故障检测；(3)能够在时间服务器发生故障时，及时、有效地进行故障检测并通知时间用户调整时间同步关系，极大提升了时间同步系统的稳定性和稳定性。
附图说明
图1是本发明的时间服务器故障检测方法流程图；
图2是本发明的时间服务器故障检测系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1，本发明的时间服务器故障检测方法流包括如下步骤：
S101：从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息；
S102：基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；
S103：对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；
S104：将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；
S105：向所述时间用户发送时间服务器故障通知。
上述步骤均可以用纯软件的方式来实现，不需要引入昂贵的硬件，因而成本低廉、便于部署和应用。再者，由于采用软件方式进行故障检测，检测精度限制在百毫秒级别。换言之，能够对时间输出误差超过百毫秒级或时间输出稳定度低于百毫秒级的故障进行检测。此外，步骤S105的实施能够使时间用户及时进行调整，不再和故障时间服务器保持时间同步，从而有效避免了时间用户时间失步、不能和标准UTC时间保持同步等问题，提升了时间同步系统的稳定度和鲁棒性。
具体而言，步骤S102可以通过如下方式实现：向与时间用户同步的时间服务器发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器的状态应答报文和/或输出时间应答报文。状态应答报文包含了时间服务器的运行状态信息。其中，时间服务器的运行状态包括：设备在线/离线状态、卫星接收模块工作状态、原子钟守时模块工作状态和网络时间发播模块工作状态。
在步骤S103中，对采集的运行状态进行状态检测包括：基于所述状态应答报文检测是否出现以下情形中的一或多者：设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间。对采集的输出时间进行比对分析包括：基于所述输出时间应答报文获取时间服务器的个数；如果时间服务器个数大于等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。这样一来，可以对以下三类服务器故障进行检测：时间服务器状态故障、时间输出偏差大和时间输出稳定度差。同时，故障检测不受时间服务器个数限制，即使待检测时间服务器个数只有一个，也能开展状态故障和时间输出故障检测。
对应于本发明的服务器故障检测方法，本发明还提供一种服务器故障检测设备，包括：用于从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息的装置；用于基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间的装置；用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析的装置；用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器的装置。
如图2，本发明的服务器故障检测设备包括：时间服务器1、时间用户2和时间服务器故障检测节点3。
时间服务器1经配置以接收外部基准时间，该外部基准时间可以是标准UTC时间，同时，装配网络时间发播模块用于发播外部基准时间。时间服务器1通过设置卫星接收模块来接收标准UTC时间。该卫星接收模块可以采用多模卫星接收模块，包括GPS授时信号的接收和北斗授时信号的接收。时间服务器1包括原子钟模块，用于实现高精度守时，以更可靠地接收UTC时间。
时间用户2与时间服务器1保持时间同步。具体而言，时间用户2可以向时间服务器1发送时间申请报文，并接收时间应答报文。该申请报文和时间应答报文遵循网络对时协议，NTP。时间用户根据交互报文数据计算时间用户与时间服务器的时差值，再根据时差值完成时间用户本地时间调校，进而实现时间用户和时间服务器保持时间同步。
时间服务器故障检测节点3设置在时间服务器和时间用户之间，用于通过与时间服务器1和时间用户2的通信来实现时间服务器故障检测。具体而言，时间服务器故障检测节点3包括：接收模块，用于从时间用户2接收与之同步的时间服务器1相关的信息；采集模块，用于基于所述时间服务器信息从所述时间服务器1采集其运行状态和/或输出时间；检测分析模块，用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；标识模块，用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；通知模块，用于向时间用户2发送时间服务器故障通知。时间用户2在接收到所述故障通知后，将不再和故障时间服务器进行时间同步，转而和其他在线的非故障时间服务器保持时间同步。这样一来，便有效避免了时间用户时间失步、不能和标准UTC时间保持同步等问题，提升了时间同步系统的稳定度和鲁棒性。
特别地，采集模块采集的时间服务器运行状态包括：设备在线/离线状态、卫星接收模块工作状态、原子钟守时模块工作状态和网络时间发播模块工作状态。采集模块向时间服务器1采集运行状态和/或输出时间可以通过以下方式实现，即：向时间服务器1发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器1的状态应答报文和/或输出时间应答报文。
检测分析模块检测基于状态应答报文和/或输出时间应答报文指示的内容判定相应的时间服务器是否出现状态异常或输出时间异常。对于状态应答报文，当其内容指示相应的服务器出现设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间的情况时，检测分析模块判定该服务器状态异常。对于输出时间应答报文，检测分析模块首先基于所述输出时间应答报文判断时间服务器的个数，再基于时间服务器的个数进行相应的比对分析。具体而言，如果时间服务器个数大于等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。通过这种方式，能够对以下三类服务器故障进行检测：时间服务器状态故障、时间输出偏差大和时间输出稳定度差。此外，时间服务器的故障检测也不受时间服务器个数限制，即使待检测时间服务器个数只有一个，也能开展状态故障和时间输出故障检测。再者，由于可以采用纯软件方式进行故障检测，本发明的检测精度可达到百毫秒级别，即：能够对时间输出误差超过百毫秒级或时间输出稳定度低于百毫秒级的故障进行检测。
Claims (10)
1.一种时间服务器故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息；
(2)基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；
(3)对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；
(4)将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；
(5)向所述时间用户发送时间服务器故障通知。
2.根据权利要求1所述的时间服务器故障检测方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述运行状态包括：设备在线/离线状态、卫星接收模块工作状态、原子钟守时模块工作状态和网络时间发播模块工作状态。
3.根据权利要求1所述的时间服务器故障检测方法，其特征在于，在步骤(2)中，采集所述运行状态和/或所述输出时间包括：向所述时间服务器发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器的状态应答报文和/或输出时间应答报文。
4.根据权利要求4所述的时间服务器故障检测方法，其特征在于，在步骤(3)中，对采集的运行状态进行状态检测包括：
基于所述状态应答报文将出现以下情形中的一或多者的时间服务器判定为时间输出异常：设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间。
5.根据权利要求4所述的时间服务器故障检测方法，其特征在于，在步骤(3)中，对采集的输出时间进行比对分析包括：
基于所述输出时间应答报文获取时间服务器的个数；
如果时间服务器个数大于或等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；
如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。
6.一种时间服务器故障检测设备，其特征在于，包括：
用于从时间用户接收与所述时间用户同步的时间服务器的信息的装置；
用于基于所述信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间的装置；
用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析的装置；
用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器的装置；
用于向所述时间用户发送时间服务器故障通知的装置。
7.一种时间服务器故障检测系统，其特征在于，包括：
时间服务器，经配置以接收外部基准时间；
与所述时间服务器保持时间同步的时间用户；
时间服务器故障检测节点，包括：
接收模块，用于从所述时间用户接收与所述时间服务器相关的信息；
采集模块，用于基于所述时间服务器信息从所述时间服务器采集其运行状态和/或输出时间；
检测分析模块，用于对采集的运行状态进行状态检测和/或对采集的输出时间进行比对分析；
标识模块，用于将状态异常或输出时间异常的时间服务器标识为故障时间服务器；
通知模块，用于向所述时间用户发送时间服务器故障通知。
8.根据权利要求7所述的时间服务器故障检测系统，其特征在于，所述采集模块还用于：
向所述时间服务器发送状态查询报文和/或输出时间查询报文，并接收所述时间服务器的状态应答报文和/或输出时间应答报文。
9.根据权利要求8所述的时间服务器故障检测系统，其特征在于，所述检测分析模块还用于：
基于所述状态应答报文检测是否出现以下情形中的一或多者：设备离线、卫星接收模块无法跟踪卫星时间、原子钟模块无法进行守时或网络时间发播模块不对外发播时间。
10.根据权利要求8所述的时间服务器故障检测系统，其特征在于，所述检测分析模块还用于：
基于所述输出时间应答报文获取时间服务器的个数；
如果时间服务器个数大于等于3个，采用聚类算法对多个时间服务器同一时刻的输出时间样本进行比对分析，将输出时间偏离聚类中心超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；同时，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常；
如果时间服务器个数小于3个，针对每一个时间服务器，采用均值算法对其不同时刻的历史输出时间样本进行稳定度分析，将输出时间偏离平均时间超过一定阈值的时间服务器判定为时间输出异常。
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