CN107769879A - 计算机网络中的时钟同步的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

计算机网络（100）中的时钟同步的系统和对应方法，其中第一最高级主机（102）发送用于计算机网络（100）的第一网络段（112）的第一同步信息，第二最高级主机（104）发送用于计算机网络（100）的第二网络段（114）的第二同步信息，其中第一最高级主机（102）和第二最高级主机（104）交换第三同步信息，其中最高级主机（102、104）根据第一协议在物理层和/或数据链路层上传输同步信息，并且其中第一同步信息和/或第二同步信息根据与第一协议不同的第二协议在物理层和/或数据链路层上发送。

Description

计算机网络中的时钟同步的系统和方法
技术领域
提供了计算机网络中的时钟同步的系统和方法。
背景技术
本发明涉及计算机网络中的时钟同步的系统和方法。
计算机网络中的时钟同步使用例如作为PTP公知的精度时间协议。该协议用于同步遍及计算机网络的时钟。
在计算机网络的启动时，建立公共时基，并且最高级主机（grandmaster）向配置为从机的包括时钟的网络节点发送“Sync”消息。网络节点接收“Sync”消息并且遵照“Sync”消息中提供的参考时间来校正时钟以建立遍及计算机网络的公共时基。
时间同步在异构车内时间和安全关键网络和其它工业网络中是必要的。
发明内容
因此提供一种可靠且鲁棒的时间同步机制是合期望的。
这通过根据权利要求1的方法来实现。相应地，在计算机网络中，第一最高级主机发送用于计算机网络的第一网络段的第一同步信息，第二最高级主机发送用于计算机网络的第二网络段的第二同步信息，其中第一最高级主机和第二最高级主机交换第三同步信息，其中最高级主机根据第一协议在物理层和/或数据链路层上传输同步信息，并且其中第一同步信息和/或第二同步信息根据与第一协议不同的第二协议在物理层和/或数据链路层上发送。
有利地，第一同步信息是用于第一网络段的第一时间同步参考，并且第二同步信息是用于第二网络段的第二时间同步参考，其中第一时间同步参考和第二时间同步参考根据第三同步信息同步。在用于时间同步的分层主从架构中，例如根据IEEE1588-2008标准，同步通过使用发送时间同步参考的主机和包括要同步的时钟并且接收同步参考以校正时钟的从机而容易这样实现。在示例中，第一最高级主机和第二最高级主机是相应同步参考的来源。
有利地，第三同步信息经由第三最高级主机交换。以太网（音频视频桥接，作为以太网AVB是公知的）AVB的容错行为利用多于两个最高级主机来进一步改进。
有利地，多个最高级主机交换同步信息，并且在多个最高级主机之间建立公共时基。这进一步改进可靠性和鲁棒性。
有利地，同步信息由最高级主机的集合发送以用于相应网络段的集合，并且取决于多个同步信息中的相应同步信息而将用于网络段的集合中的相应网络段的多个时钟同步到公共时基。这样，将计算机网络中的不同网络段的时钟同步到相同的公共时基。例如，将用于FlexRay数据总线上的数据传输调度的FlexRay时钟同步机制同步到在计算机网络的不同网络段中操作的FlexRay总线的数据传输调度。这样，相应网络段的数据传输调度受益于精度时间协议的容错行为。这样，一个网络段中的电子控制单元与另一网络段中的另一电子控制单元之间的通信基于公共时基。这允许例如经由一个或若干网关使用公共或对准的数据传输调度的不同总线系统上的电子控制单元之间的通信。
有利地，在最高级主机之间交换的同步信息仅在用于连接最高级主机的计算机网络的特定网络段中交换。这减少其它网络段中的计算机网络上的负载。
有利地，用于同步网络段的时钟的时间同步参考由仅该网络段中的相应最高级主机发送。这样，进一步减少其它网络段上的负载。
附图说明
本发明的另外的方面将通过详细描述和随附各图的考虑而变得明显。
本发明的实施例通过示例的方式参考随附各图中的图来说明，其中相同的参考标记指示类似的元件并且其中
图1示出计算机网络的部分，
图2示意性地示出四个最高级主机之间的消息传输，
图3示意性地示出最高级主机之间的公共时基建立逻辑，
图4示意性地示出基于以太网和FlexRay的异构网络中的数据传输调度。
具体实施方式
在以下描述中，介绍众多具体细节以提供时钟同步的所提出的方法的实施例的透彻理解并且使得能够实现针对这些实施例的描述。然而，本领域技术人员将认识到，这些实施例可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下或者利用其它组件、系统等来实践。
图1描绘了计算机网络100的部分。计算机网络100可以是车内网络，其连接不同的电子控制单元，从而提供用于操作车辆的各种特征。计算机网络100还可以连接提供例如用于操作生产线的工业领域中的特征的其它电子控制单元。
根据图1的计算机网络100包括第一最高级主机102、第二最高级主机104、第三最高级主机106和第四最高级主机108。计算机网络100不限于四个最高级主机。计算机网络100可以包括多个最高级主机或少于四个。
最高级主机通过图1中描绘为实线的数据链路连接。在图1的示例中，最高级主机每一个通过分离的数据链路连接到每一个其它最高级主机。
然而，最高级主机之间的连接可以不是直接链路。替代性地或此外，可以实现经由另一最高级主机或桥接器的两个最高级主机之间的间接链路。
连接最高级主机的数据链路在示例中是连接最高级主机的计算机网络104的特定网络段120的部分。特定网络段120上的数据传输根据第一协议在物理层和/或数据链路层上。物理层和/或数据链路层在示例中根据以太网协议实现，特别地借助于IEEE 802.1 AS-2011协议，作为gPTP、以太网AVB公知。此外，实现用于改进关于基于以太网的网络中的两个或更多时间主机的gPTP时钟同步的容错行为的机制。
通过根据以太网AVB协议的“Sync”消息的使用，在多个最高级主机之间建立公共时基。这在图2和3中描绘。
在图2中，第四最高级主机108经由相应数据链路向第一最高级主机102发送第一消息SYNC1。第一最高级主机102经由相应数据链路向第三最高级主机106发送第二消息SYNC2。第三最高级主机经由相应数据链路向第二最高级主机104发送第三消息SYNC3。
第四最高级主机108同样经由相应数据链路向第二最高级主机104和第三最高级主机106发送第一消息SYNC1。同样地，第一最高级主机102经由相应数据链路向第二最高级主机104和第四最高级主机108发送第二消息SYNC2。同样地，第三最高级主机106经由相应数据链路向第一最高级主机102和第四最高级主机108发送第三消息SYNC3。同样地，第二最高级主机104经由相应数据链路向第一最高级主机102、第三最高级主机106和第四最高级主机108发送第四消息SYNC4。
建立公共时基的时间同步优选地在计算机网络100的启动时实现。有利地，在计算机网络100的操作期间例如频繁地重复时间同步。
如图3中描绘的，将公共时间值Cmiddle(tcalc)确定为例如时间CGM1(tcalc)、CGM2(tcalc)、CGM3(tcalc)和CGM4(tcalc)的算术平均值，其在示例中在第一消息SYNC1、第二消息SYNC2、第三消息SYNC3、第四消息SYNC4中的相应消息中通过第一最高级主机102、第二最高级主机104、第三最高级主机106和第四最高级主机108中的相应最高级主机来交换。
替代于算术平均值，也可以使用对时间进行平均的任何其它形式。这样，最高级主机每一个建立公共时基。
如图1中所描绘的，在示例中，第一最高级主机102和第二最高级主机104分别连接到第一网络段112和第二网络段114。在示例中，计算机网络100的第一网络段112和计算机网络100的第二网络段114仅经由第一最高级主机102和第二最高级主机104连接到彼此。
第一网络段112和第二网络段114包括经由图1中描绘为实线的数据链路连接到相应最高级主机的电子控制单元。
第一最高级主机102发送针对第一网络段112的第一同步信息。第二最高级主机104发送针对第二网络段的第二同步信息。第一同步信息和/或第二同步信息根据第二协议在物理层和/或数据链路层上发送。第二协议优选地不同于第一协议。在示例中，第二协议是FlexRay协议，特别地根据ISO 17458/1至17558/5。也可以使用具有确定性时间调度的任何其它通信技术。
第一同步信息是用于第一网络段112的第一时间同步参考。第二同步信息是用于第二网络段114的第二时间同步参考。优选地，第一时间同步参考和第二时间同步参考根据在多个最高级主机102、104、106、108之间建立的公共时基同步。多个最高级主机102、104、106、108如以上所描述的那样交换同步信息。可替换地或此外，第一最高级主机102和第二最高级主机104交换第三同步信息，并且第一时间同步参考和第二时间同步参考的同步根据第三同步信息。第三同步信息例如是在第一最高级主机102和第二最高级主机104之间建立的公共时基。例如，最佳主机时钟算法用于建立作为公共时基的最高级主机之一的时基。
优选地，在最高级主机102、104、106、108之间交换的同步信息仅在用于连接最高级主机的计算机网络的特定网络段120中交换。此外，用于同步网络段112、114的时钟的时间同步参考由相应最高级主机102、104仅在该网络段112、114中发送。这样，显著减少相应网络段112、114上的负载而同时同步仍旧受益于公共时基。
在示例中，第一网络段112包括连接到第一最高级主机102的第一ECU 131、第二ECU 132、第三ECU 133和第四ECU 134。第二网络段114包括连接到第二最高级主机104的第五ECU 141、第六ECU 142、第七ECU 143和第八ECU 144。
以下参照图4来解释包括第一网络段112、第二网络段114和特定网络段120的异构网络中的数据传输调度。
图4描绘了用于在第一网络段112中在第一周期409和第二周期410中随时间传输数据的时隙。
在第一时隙405中，在第一周期409的开始处，第一最高级主机102根据第二协议发送同步消息，例如FlexRay同步消息。此后，在第二时隙401、第三时隙402、第四时隙403和第五时隙404中，第一ECU 131、第二ECU 132、第三ECU 133和第四ECU 134根据第二协议发送例如根据FlexRay协议的帧。此后，在第六时隙406、第七时隙407和第八时隙408中，传输根据第二协议的附加数据。例如，传输根据FlexRay协议的“Dyn”、“Symb Wind”和“NIT”。
此后，第一周期409结束。在示例中，第二周期410在第一周期409之后发送并且包括相同的时隙和时隙次序。
根据图4，在第二网络段114中，在第一周期439和第二周期440中传输数据。在第一周期439的开始处的是用于根据第二协议传输同步信息（例如来自第二最高级主机104的FlexRay同步消息）的第一时隙435。此后，在第二时隙131、第三时隙132、第四时隙433和第五时隙134中传输根据第二协议的数据。在这些时隙中，第一ECU 131、第二ECU 132、第三ECU 133和第四ECU 134的数据在示例中作为根据FlexRay协议的相应帧被转发。此后，在第五时隙436、第七时隙137和第八时隙138中，传输根据第二协议的附加数据，例如根据FlexRay协议的“Dyn”、“Symb Wind”和“NIT”。此后，第一周期139结束。在示例中，第二周期440在第一周期139结束之后开始。第二周期440包含与第一周期439相同的时隙和/或时隙。
根据示例，第一网络段112中的第一周期409在晚于第二网络段114中的第一周期439的不同时间处开始。相应地，数据经由第一最高级主机102、第二最高级主机104并且在示例中经由第三最高级主机106从第一网络段112输送。
根据第一协议的最高级主机之间的通信通过也在图4中指示针对第一最高级主机102、第二最高级主机104和第三最高级主机106的随时间的时隙来描绘。
在示例中，防护带，其为空白时隙415和空白时隙425，在经由第一协议的数据传输中使用。根据示例，在防护带415之后，第一最高级主机102在第一时隙411中发送从第一ECU131接收的数据。在另一防护带115之后，第一最高级主机102在第二时隙412中发送从第二ECU 132接收的数据。在另一防护带415之后，第一最高级主机102在第三时隙430中发送从第三ECU 132接收的数据。在另一防护带415之后，第一最高级主机102在第四时隙中发送从第四ECU 134接收的数据。此后，使用另一防护带415。相应ECU的数据的发送与第一最高级主机102处的数据的可用性对准。防护带415用于等待直到第一网络段112中的第一周期409中的第一时隙401结束。在该时间处，来自第一ECU 131的数据在第一最高级主机102处可用以用于进一步处理。
结果，在第三最高级主机106处，使用防护带425并且用于发送来自第一ECU 131的数据的第一时隙421与用于在第一最高级主机102处发送第一ECU 131的数据的第一时隙411同步。时隙可以对准或者之后开始预定时间段。对应时间调度分别实现在根据第一协议和第二协议的数据传输中。通过使用公共时基，确保时间调度是可靠的。在第三最高级主机106从第一ECU 131接收数据之后，也就是在第一时隙411结束之后，第三最高级主机106在第一时隙421中发送来自第一ECU 131的数据。在示例中，数据被发送至第二最高级主机104。在防护带425之后，由第三最高级主机106接收的来自第二ECU 132的数据在第二时隙422中发送。在另一防护带425之后，由第三最高级主机106从第三ECU 133接收的数据在第三时隙423中发送。在另一防护带425之后，由第三最高级主机106从第四ECU 134接收的数据在第四时隙424中发送。然后使用另一防护带425。
数据通过第一最高级主机102和第三最高级主机106的发送在第二周期410内重复。
有利地，在第一周期409与第二周期410之间，可以在相应最高级主机102、106处使用附加的防护带415和425。这允许在第一周期409中在第六时隙406、第七时隙407和第八时隙408中发送附加的数据，以及第二周期410的第一时隙405中的数据发送。
第二最高级主机104在示例中适配成从第一ECU 131、第二ECU 132、第三ECU 133和第四ECU 134接收来自第三最高级主机106的数据并且在第二网络段114中转发它，如以上所描述的。
示例性时序调度描述了用于第一网络段112中容易使用的单向链接。时序调度可以是不同的，并且特别地通过也提供用于第二网络段114的容易使用的时隙来允许双向通信。例如，第一周期409、439用于一个方向上的通信，并且第二周期410、440被用于另一方向上的通信的对应时隙取代。
也可以实现包括所描述的最高级主机并且通过使用以上描述的协议的数据链路连接而容易使用的系统。
特别地，计算机程序可以用于实现系统的相应组件中的数据传输的各种步骤。

Claims (9)

1.计算机网络（100）中的时钟同步的方法，其特征在于，第一最高级主机（102）发送用于计算机网络（100）的第一网络段（112）的第一同步信息，第二最高级主机（104）发送用于计算机网络（100）的第二网络段（114）的第二同步信息，其中第一最高级主机（102）和第二最高级主机（104）交换第三同步信息，其中最高级主机（102、104）根据第一协议在物理层和/或数据链路层上传输同步信息，并且其中第一同步信息和/或第二同步信息根据与第一协议不同的第二协议在物理层和/或数据链路层上发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一同步信息是用于第一网络段（112）的第一时间同步参考，并且第二同步信息是用于第二网络段（114）的第二时间同步参考，其中第一时间同步参考和第二时间同步参考根据第三同步信息同步。
3.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，第三同步信息经由第三最高级主机（106）交换。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，多个最高级主机（102、104、106、108）交换同步信息，并且其中在多个最高级主机（102、104、106、108）之间建立公共时基。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多个同步信息由最高级主机的集合（102、104）发送以用于相应网络段的集合（112、114），并且其中取决于多个同步信息中的相应同步信息而将用于网络段的集合（112、114）中的相应网络段（112、114）的多个时钟同步到公共时基。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在最高级主机（102、104、106、108）之间交换的同步信息仅在用于连接最高级主机（102、104、106、108）的计算机网络（100）的特定网络段（120）中交换。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，用于同步网络段（112、114）的时钟的时间同步参考由仅该网络段（112、114）中的相应最高级主机（102、104）发送。
8.用于计算机网络（100）中的时钟同步的系统，其特征在于，用于发送用于计算机网络（100）的第一网络段（112）的第一同步信息的第一最高级主机（112），用于发送用于计算机网络（100）的第二网络段（114）的第二同步信息的第二最高级主机（114），其中第一最高级主机（102）和第二最高级主机（104）可配置成交换第三同步信息，其中最高级主机（102、104）可配置成根据第一协议在物理层和/或数据链路层上传输同步信息，并且其中第一同步信息和/或第二同步信息根据与第一协议不同的第二协议在物理层和/或数据链路层上发送。
9.一种计算机可读介质，包括计算机可执行指令以用于执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
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