CN111431652B - 一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统，该方法包括：第一中间设备按照一定频率检测其与第二中间设备的连接是否断开：如果连接断开，则第一中间设备在其所在的子网络内发送主时钟竞争报文，其中，主时钟竞争报文携带第一中间设备的逻辑地址；第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备。本发明可满足复杂拓扑结构和可变拓扑结构的主时钟确定需求，提高了多级时钟同步网络的实用性、稳定性和可靠性。

Description

一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统
技术领域
本发明涉及工业通信技术领域，特别涉及一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统。
背景技术
以太网由于其开放性好、应用广泛以及价格低廉等特点，已有进一步应用到工业现场的趋势，主时钟竞争技术作为其核心技术，正在得到越来越多的关注。随着应用的深入，在实际应用中，不同的场合中所使用的多级网络对主时钟竞争的复杂性以及可变性提出了不同的要求，即要求主时钟竞争系统能够适应于复杂拓扑结构，并且能够在系统拓扑发生变化的情况下，比如主子网络的断开或接合后，仍能在短时间内确定网络中的新的主时钟设备。目前，对于自适应多级网络断开和接合时，需要消耗大量的时间来确定网络中的主时钟成员设备，这样会导致在这段时间内网络内部的数据报文传输出现错误。
由此可见，现有主时钟竞争机制及其系统在自适应多级网络断开和接合时存在的局限性及缺陷，无法满足多级网络的复杂拓扑结构及可变性提出的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统，以解决现有的主时钟竞争机制及其系统无法适应复杂拓扑结构以及可变拓扑结构需求，实用性、稳定性与可靠性较低的问题。
本发明提供的一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统是这样实现的：
一方面，本发明提供一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法，所述多级时钟同步网络包括一个主网络和一个或多个子网络，每个所述子网络至少包括一个第一中间设备与所述主网络或上一级子网络的第二中间设备连接，所述方法包括：所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开：如果连接断开，则所述第一中间设备在其所在的子网络内发送主时钟竞争报文，其中，所述主时钟竞争报文携带所述第一中间设备的逻辑地址；所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备。
较佳地，还包括：所述子网络内的其他设备收到所述主时钟竞争报文后，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述主时钟竞争报文。
较佳地，所述所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开还包括：如果连接未断开，则所述第一中间设备将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述第二中间设备发送的报文。
较佳地，所述所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文还包括：若收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则所述第一中间设备比较自身的逻辑地址和接收到的其他设备发送的主时钟竞争报文中携带的逻辑地址：若自身的逻辑地址最小，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；否则，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发该时钟竞争报文。
较佳地，所述所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备的连接是否断开的方法包括：所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备相连接的端口是否断开：如果断开，则进一步检测是否接收到所述第二中间设备发送的报文，若没有接收到报文，则所述第一中间设备判断其与所述第二中间设备连接断开。
较佳地，所述所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备的连接是否断开的方法具体为：检测所述第一中间设备的通信芯片中寄存器的值是否正常，其中，所述通信芯片中寄存器的值用于标识其是否与有效的其他设备连接。
较佳地，所述主时钟竞争报文还携带有报文发送终止标识，所述子网络中的其他设备根据所述报文发送终止标识停止在所述子网络中发送其自身的报文。
较佳地，所述第一中间设备的逻辑地址为可用于唯一标识所述第一中间设备的编码。
另一方面，本发明还提供了一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争系统，包括一个主网络和一个或多个子网络，每个所述子网络至少包括一个第一中间设备与所述主网络或上一级子网络连接，其中，所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开：如果连接断开，则所述第一中间设备在所述子网络内发送主时钟竞争报文，所述主时钟竞争报文携带所述第一中间设备的逻辑地址，所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；如果连接未断开，则所述第一中间设备将自身置为其所在的子网络的从时钟设备。
较佳地，所述所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文还包括：若收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则所述第一中间设备比较自身的逻辑地址和接收到的其他设备发送的主时钟竞争报文中携带的逻辑地址：若自身的逻辑地址最小，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；否则，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发该时钟竞争报文。
本发明实施例用于确定多级时钟同步网络的网络拓扑出现断开或断开后再接入时的主时钟，可满足复杂拓扑结构和可变拓扑结构的主时钟确定需求，提高了多级时钟同步网络的实用性、稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是本发明实施例多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法流程图；
图2是本发明实施例多级时钟同步网络自适应主时钟竞争系统结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
请参考图1，一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法，所述多级时钟同步网络包括一个主网络和一个或多个子网络，每个所述子网络至少包括一个第一中间设备与所述主网络或上一级子网络的第二中间设备连接，所述方法包括：
S1：所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开：如果连接断开，则所述第一中间设备在其所在的子网络内发送主时钟竞争报文；如果连接未断开，则所述第一中间设备将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述第二中间设备发送的报文；
其中，所述主时钟竞争报文携带所述第一中间设备的逻辑地址和报文发送终止标识，所述子网络中的其他设备根据所述报文发送终止标识停止在所述子网络中发送其自身的报文。这里，所述第一中间设备的逻辑地址为可用于唯一标识所述第一中间设备的编码，如IP地址、设备编号等。
本实施例中，所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备连接是否断开的方法包括：所述第一中间设备检测其与所述主网络或上一级子网络相连接的端口是否断开：如果断开，则进一步检测是否接收到所述第二中间设备发送的报文，若没有接收到报文，则所述第一中间设备判断其与所述第二中间设备连接断开。
具体地，第一中间设备通过检测其通信芯片中寄存器的值是否正常来判断其与所述第二中间设备连接是否断开，其中，所述通信芯片中寄存器的值用于标识其是否与有效的其他设备连接。
S2：所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；若收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则所述第一中间设备比较自身的逻辑地址和接收到的其他设备发送的主时钟竞争报文中携带的逻辑地址：若自身的逻辑地址最小，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；否则，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发该时钟竞争报文。
S3：所述子网络内的其他设备收到所述主时钟竞争报文后，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述主时钟竞争报文。
为进一步具体地阐述本发明实施例多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法和系统地工作原理，以下以一具体多级时钟同步网络为例进行说明：
如图2所示，多级时钟同步网络包括一级网络、次级网络和次子级网络，具体包括：
一级网络包括网络11，网络11为主网络，由成员设备101、成员设备102和成员设备103按照线性网络拓扑结构组成；
次级网络包括网络21和网络22，网络21和网络22均为子网络，其中，网络21由成员设备201、成员设备202和成员设备203按照线型网络拓扑结构组成，成员设备201的IP地址为192.168.2.1，成员设备202的IP地址为192.168.2.2，成员设备203的IP地址为192.168.2.3；网络22由成员设备301、成员设备302和成员设备303按照环型网络拓扑结构组成，成员设备301的IP地址为192.168.3.1，成员设备302的IP地址为192.168.3.2，成员设备303的IP地址为192.168.3.3。其中，网络21通过第一中间设备(成员设备201)与主网络11的第二中间设备(成员设备102)连接，即通过成员设备201与成员设备102连接实现网络21和主网络11的连接；网络22通过第一中间设备(成员设备301和成员设备303)与主网络11的第二中间设备(成员设备103)连接，具体通过成员设备301和成员设备303分别与成员设备103实现网络22和主网络11的连接；
次级子网络包括网络31，网络31为子网络，由成员设备401、成员设备402和成员设备403按照线型网络拓扑结构组成，成员设备401的IP地址为192.168.4.1，成员设备402的IP地址为192.168.4.2，成员设备403的IP地址为192.168.4.3。其中，网络31通过第一中间设备(成员设备401)与网络22的第二中间设备(成员设备302)连接，具体通过成员设备401与成员设备302连接实现网络31和网络22的连接。
网络中的每个成员设备在上电前，均已通过组态方式确定了其mac地址、IP地址及其所在网络等信息。当多级时钟同步网络正常运行时，任一个子网络的第一中间设备与主网络或上一级子网络的一个或多个成员设备连接时，主网络或上一级子网络的一个或多个成员设备为该子网络的主时钟设备，该子网络的所有成员设备为其从时钟设备。具体地，本实施例中，成员设备102为网络21的主时钟设备，成员设备201、成员设备202和成员设备203为网络21的从时钟设备；成员设备103为网络22的主时钟设备，成员设备301、成员设备302和成员设备303为网络22的从时钟设备；成员设备302为网络31的主时钟设备，成员设备401、成员设备402和成员设备403为网络31的从时钟设备。
其中，每个子网络的主时钟设备向其从时钟设备发送报文，报文中携带上级网络标识，用于告知子网络中的每一个成员设备其处于下级网络中；同时，每个子网络的第一中间设备与主网络或上级网络的第二中间设备相连，该第一中间设备按照一定频率检测与第二中间设备相连的端口是否连接正常。具体地，即成员设备102向网络21的每个成员设备发送报文，成员设备103向网络22的每个成员设备发送报文，成员设备302向网络31的每个成员设备发送报文；同时，成员设备201按照一定频率检测与主网络11的成员设备102相连的端口是否连接正常，成员设备301和成员设备303分别按照一定频率检测与主网络11的成员设备103相连的端口是否连接正常，成员设备401按照一定频率检测与子网络22的成员设备302相连的端口是否连接正常。
当下级网络中的第一中间设备检测到与上级网络的第二中间设备连接的端口断开时，即开始进一步检测是否接收到第二中间设备发送的报文，若没有接收到报文，则判断其从上级网络上断开，且其为离上级网络最近的设备。该第一中间设备开始向所在子网络发送主时钟竞争报文，主时钟竞争报文中携带了该第一中间设备的逻辑地址。
如果该第一中间设备接收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则说明其所在子网络中还包括其他第一中间设备，则该第一中间设备对比自身的逻辑地址和其他设备发送的主时钟竞争报文携带的逻辑地址：若存在其他主时钟竞争报文中携带的逻辑地址小于该第一中间设备自身的逻辑地址，则该第一中间设备停止发送主时钟竞争报文，并置自身为所在子网络的从时钟设备；若其他主时钟竞争报文中携带的逻辑地址均大于该第一中间设备的逻辑地址，则该第一中间设备继续发送主时钟竞争报文，且如果在一定时间间隔内没有再接收到新的主时钟竞争报文，则置自身为所在子网络的主时钟设备。
同时，该子网络中的其他设备接收并转发主时钟竞争报文，并记录下主时钟竞争报文中最小的逻辑地址作为该子网络的主时钟设备逻辑地址。
具体地，以子网络21的成员设备201从主网络11断开为例对多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法中单个第一中间设备情况进行说明：首先，成员设备201检测到自身从主网络11的成员设备102的端口断开，进一步地，成员设备201检测到未再接收到成员设备102发送的报文，则成员设备201判断自身已经从成员设备102断开，且自身为离成员设备102最近的设备；然后，成员设备201向自身所在的子网络21发送主时钟竞争报文，该报文携带了成员设备201的逻辑地址(IP地址)，由于子网络21中只有一个成员设备201判断自身从上级网络的第二中间设备断开，当成员设备201在连续两个基准通信周期内没有接收到其他成员设备发送的主时钟竞争报文，成员设备201将自身置为其子网络21的主时钟设备；子网络21中的其他成员设备(成员设备202和成员设备203)接收到主时钟竞争报文后，停止发送自身报文，置自身为子网络21的从时钟设备，并记录成员设备201的IP地址。
以下，再以子网络22的成员设备301和成员设备303从主网络11的成员设备103断开为例多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法中多个第一中间设备情况进行说明：首先，成员设备301和成员设备303分别检测到自身从成员设备103的端口断开，进一步地，成员设备301和成员设备303分别检测到未再接收到成员设备103发送的报文，则成员设备301和成员设备303判断自身已经从成员设备103断开，且自身为离成员设备103最近的设备；然后，成员设备301和成员设备303分别向自身所在的子网络22发送主时钟竞争报文，成员设备301发送的主时钟竞争报文携带了成员设备301的IP地址信息，成员设备303发送的主时钟竞争报文携带了成员设备303的IP地址信息。当成员设备303接收到成员设备301发送的主时钟竞争报文，对比报文中的IP地址和自身的IP地址，由于自身IP地址大于报文中的IP地址，成员设备303停止发送主时钟竞争报文，并以成员设备301为子网络22的主时钟设备；当成员设备301接收到成员设备303发送的主时钟竞争报文，对比报文中的IP地址和自身的IP地址，由于自身IP地址小于报文中的IP地址，成员设备301继续发送主时钟竞争报文，且在连续两个基准通信周期内没有接收到其他成员设备发送的报文后，将自身置为子网络22的主时钟设备。子网络22中的其他成员设备接收到主时钟竞争报文后，将停止发送自身报文，并置自身子网络22的从时钟设备，且以成员设备301为网络的主时钟设备。同时，子网络31作为子网络22的下一级网络，其主时钟设备不受子网络22的主时钟的影响，仍为成员设备302。
另一方面，下级子网络和上级网络两个独立的网络接合时，当上级网络的第二中间设备检测与下级子网络连通，即将自身置为该下级子网络的主时钟设备，并发送报文；当下级子网络的第一中间设备检测到与主网络或上级网络的第二中间设备连接的端口上线，则进一步检测是否接收到第二中间设备发送的报文，若接收到报文，则第一中间设备置自身为从时钟设备，并转发该报文，该下级子网络中的其他设备接收并转发该报文，并记录该报文的逻辑地址，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备。
具体地，假设当次级子网络21与主网络11接合时，主网络11的成员设备102与子网络21的成员设备201连接，成员设备102将自身置为子网络21的主时钟设备，并向子网络21发送报文，该报文中携带了成员设备102的IP地址、主时钟标志位和上级网络标志位。子网络21中的每个成员设备接收到该报文后，解析报文中的IP地址、主时钟标志位和上级网络标志位，并将自身置为子网络21的从时钟设备。
以上所述实施例仅表达了本发明一些示例性实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争方法，其特征在于，所述多级时钟同步网络包括一个主网络和一个或多个子网络，每个所述子网络至少包括一个第一中间设备与所述主网络或上一级子网络的第二中间设备连接，所述方法包括：
所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开：如果连接断开，则所述第一中间设备在其所在的子网络内发送主时钟竞争报文，其中，所述主时钟竞争报文携带所述第一中间设备的逻辑地址；
所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备;
其中，所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备的连接是否断开的方法包括：所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备相连接的端口是否断开：如果断开，则进一步检测是否接收到所述第二中间设备发送的报文，若没有接收到报文，则所述第一中间设备判断其与所述第二中间设备连接断开；
所述主时钟竞争报文还携带有报文发送终止标识，所述子网络中的其他设备根据所述报文发送终止标识停止在所述子网络中发送其自身的报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述子网络内的其他设备收到所述主时钟竞争报文后，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述主时钟竞争报文。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中间设备按照一定频率检测其与所述第二中间设备的连接是否断开还包括：如果连接未断开，则所述第一中间设备将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发所述第二中间设备发送的报文。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文还包括：若收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则所述第一中间设备比较自身的逻辑地址和接收到的其他设备发送的主时钟竞争报文中携带的逻辑地址：若自身的逻辑地址最小，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；否则，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发该时钟竞争报文。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备的连接是否断开的方法具体为：检测所述第一中间设备的通信芯片中寄存器的值是否正常，其中，所述通信芯片中寄存器的值用于标识其是否与有效的其他设备连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中间设备的逻辑地址为可用于唯一标识所述第一中间设备的编码。
7.一种多级时钟同步网络自适应主时钟竞争系统，其特征在于，包括一个主网络和一个或多个子网络，每个所述子网络至少包括一个第一中间设备与所述主网络或上一级子网络连接，其中，
所述第一中间设备按照一定频率检测其与第二中间设备的连接是否断开：
如果连接断开，则所述第一中间设备在所述子网络内发送主时钟竞争报文，所述主时钟竞争报文携带所述第一中间设备的逻辑地址，所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文：若未收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；
如果连接未断开，则所述第一中间设备将自身置为其所在的子网络的从时钟设备;
其中，所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备的连接是否断开的方法包括：所述第一中间设备检测其与所述第二中间设备相连接的端口是否断开：如果断开，则进一步检测是否接收到所述第二中间设备发送的报文，若没有接收到报文，则所述第一中间设备判断其与所述第二中间设备连接断开;
所述主时钟竞争报文还携带有报文发送终止标识，所述子网络中的其他设备根据所述报文发送终止标识停止在所述子网络中发送其自身的报文。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一中间设备判断在一定时间间隔内是否收到其他设备发送的主时钟竞争报文还包括：若收到其他设备发送的主时钟竞争报文，则所述第一中间设备比较自身的逻辑地址和接收到的其他设备发送的主时钟竞争报文中携带的逻辑地址：若自身的逻辑地址最小，则将自身置为其所在的子网络的主时钟设备；否则，将自身置为其所在的子网络的从时钟设备，并转发该时钟竞争报文。
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