CN111699457A - 用于使一组设备同步的方法、相关联的计算机程序和同步系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使包括服务器(12)和客户端(14)的互连关键设备同步的方法(24)，每个关键设备通过虚拟链路(18)连接到另一关键设备，所述虚拟链路(18)的每个终点与数据分组的传输时间的最小值(BCTT)和最大值(WCTT)相关联，所述方法(24)被周期性地实施，包括：‑在接收时刻(ti)接收消息(38)，所述消息包括由发射机服务器(12)确定的至少一个时间参考(Hrefi)，‑对于接收到的每个消息，基于时间参考(Hrefi)、当前关键设备在当前时刻和在接收时刻的内部时钟的值(hint_tc_di)、所述发射机服务器和当前关键设备之间的虚拟链路的传输时间的最小值(BCTT)和最大值(WCTT)来估计(40)发射机服务器(12)的当前时间。

Description

用于使一组设备同步的方法、相关联的计算机程序和同步 系统
本发明涉及关键计算系统领域，例如机载航空电子系统领域。
“关键计算系统”是指故障可能导致严重后果(例如死亡或重伤、严重物理损坏或严重环境后果)的计算系统。这种关键计算系统基于计算资源和网络资源的严格划分。
在下文中，这种关键计算系统对应于航空电子系统。
航空电子系统实现航空电子功能。航空电子功能例如是根据传感器提供的测量信号计算飞行参数、根据飞行参数和/或飞行控制开发用于飞行器的致动器的控制信号、在观察器上显示飞行参数、显示用于维护的飞行参数等。
在航空电子系统内，若干航空电子设备(即，设备项)经由通信网络(例如飞行器ARINC 664-P7网络)互连。
目前，在这样的飞行器ARINC 664-P7网络内，没有鲁棒和精确的同步机制。实际上，飞行器中当前共享的唯一时间是基于精度为一秒量级的机制，而某些航空电子功能(诸如增加的网络完整性、分布式架构(特别是第二代集成模块化航空电子设备(IMA-2G))中的降低的消息处理滞后、音频/视频流同步、检测对安全的某些攻击、识别航空电子系统故障的根本原因，合并来自传感器的数据等)需要鲁棒的共享时间参考(也就是说，可由联合航空当局的文件AMJ 25.1309所定义的“灾难性”级别功能使用，并且该功能的高精度得到保证，最多可达到100μs的量级)。根据现有技术，仅通过添加与ARINC 664-P7网络并行的同步网络才能实现这种精度的保证，这增加了航空电子系统的成本、重量和消耗。
本发明的一个目的是提出一种在关键计算系统(例如航空电子系统)内的同步方法，使得有可能提高鲁棒性并保证该计算系统的网络内的共享时间参考的高精度，同时避免基于该同一网络内部的时间测量的同步机制，这种机制不适于验证该网络的完整性。
为此，本发明提出了一种用于使一组互连的关键计算设备(特别是航空电子设备)与诸如飞行器的交通工具的通信网络同步的方法，并且每个关键计算设备包括时间管理模块，该组关键计算设备包括多个客户端和多个时间参考服务器中的至少一个，每个关键计算设备通过虚拟链路连接到至少一个其它关键计算设备，虚拟链路的每个终止点与所述虚拟链路上的数据分组的传输时间的最小值和最大值相关联，
所述同步方法由每个当前关键计算设备的所述时间管理模块周期性地实现和重复，并且至少包括：
-接收由与所述当前关键计算设备分离的发送服务器发送的至少一个同步消息，每个消息与接收时刻相关联并且包括由所述发送服务器确定的至少一个时间参考，
-对于每个接收到的同步消息，根据五组参数来估计所述发送服务器的当前时间，所述五组参数包括：
■所述时间参考，
■所述当前关键计算设备在所述当前时刻的内部时钟值，
■所述当前关键计算设备在所述接收时刻的内部时钟值，
与所述发送服务器和所述当前关键计算设备之间的所述虚拟链路相关联的传输时间的所述最小值和所述最大值。
根据本发明的其它有利方面，所述同步方法是这样的：
该方法的重复周期根据以下关系：
Figure BDA0002418935180000021
其中：
-在两个服务器之间的虚拟链路中传输的分组的最佳(BCTT)理论传输时间和最差(WCTT)理论传输时间之间的时间差G(s’,s)，
-与两个计算机设备的所述时间参考之间的最大可接受间隙相对应的精度数据PR，
-关键计算设备的内部时钟的最大漂移速率D；
-所述组件的关键计算设备的数量M；
-每个关键计算设备还包括用于管理同步故障的模块，所述同步故障可以在所述方法的实现期间被检测到，并且其中，在当前时段期间，在接收到至少一个同步消息和对所述发送服务器的所述当前时间的估计之前，所述方法包括：
-由所述当前关键计算设备的所述时间管理模块向其自身的故障管理模块发送与用于管理与所述当前关键计算设备分离的至少一个发送服务器的故障的模块相关联的并且在先前时段期间接收的任何信息，
-执行从其自身的故障管理模块接收的每个尚未执行的动作，
-所述当前关键计算设备是所述多个服务器中的当前服务器，每个服务器通过虚拟同步链路连接到每个其它服务器和每个客户端；
-在初始化阶段期间，在接收到至少一个同步消息和估计所述发送服务器的所述当前时间之前，所述方法包括：
-通过将预定仿射函数应用于所述当前服务器在当前时刻的所述内部时钟的所述值来确定所述当前服务器的时间参考，所述仿射函数与因子和移位相关联，所述因子和所述移位的值预先在预定初始值处启动，
-发送同步消息，所述同步消息包括标识字段，所述标识字段表示所述当前服务器的所述时间管理模块的所述初始化阶段并且包括所述当前服务器的所述时间参考；
-在执行对所述发送服务器的所述当前时间的估计之后，对于每个接收到的同步消息，该同步消息包括表示单独的发送服务器的所述初始化阶段的标识字段，并且一旦接收到第一预定数量的同步消息就实现该同步消息，所述方法包括：
-确定与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前最大时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新所述仿射函数的所述因子和所述位移，
-启动所述当前服务器的所述时间管理模块的操作阶段。
-在执行对所述发送服务器的所述当前时间的估计之后，对于每个接收到的同步消息，该同步消息包括表示单独的发送服务器的所述操作阶段的标识字段，并且一旦接收到第二预定数量的同步消息就实现该同步消息，所述方法包括：
-确定与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前平均时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新所述仿射函数的所述因子和所述位移，
-启动所述当前服务器的所述时间管理模块的操作阶段。
-所述当前关键计算设备是来自所述多个服务器的当前服务器，每个服务器通过虚拟同步链路连接到每个其他服务器和每个客户端，在所述操作阶段期间，所述方法包括：
-对于包括表示单独的发送服务器的所述操作阶段的标识字段的每个接收的同步消息：
-如果消息的所述接收时刻比所述当前时刻早两个以上时段，则向当前客户端的所述故障管理模块发送表示异常的一条信息并停止所述消息的处理，
-否则，与所述消息相关联的所述当前时间的所述估计，
-确定与从所述当前服务器的所述当前时间和与每个消息相关联的当前时间获得的所述当前平均时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新所述仿射函数的所述因子和所述位移，以及
-发送同步消息，所述同步消息包括表示所述当前服务器的所述操作阶段并且包含所述当前服务器的所述时间参考的标识字段；
-所述当前关键计算设备是所述多个客户端中的当前客户端，每个客户端通过虚拟同步链路连接到所述多个服务器中的每个服务器，在初始化阶段期间，继根据包括表示单独发送服务器的所述操作阶段的标识字段的第一接收的同步消息实现的对所述发送服务器的所述当前时间的估计之后，所述方法包括：
-更新所述当前客户端的等于与所述消息相关联的所述当前时间的所述时间参考，
-将可应用于所述当前客户端的所述内部时钟的所述值的仿射函数的初始因子和移位值初始化，
-启动所述当前客户端的所述时间管理模块的所述操作阶段。
-所述当前关键计算设备是来自所述多个客户端的当前客户端，每个客户端通过虚拟同步链路连接到来自所述多个服务器的每个服务器，在所述操作阶段期间，所述方法包括：
-对于包括表示单独的发送服务器的所述操作阶段的标识字段的每个接收的同步消息：
-如果消息的所述接收时刻比所述当前时刻早两个以上时段，则向当前客户端的所述故障管理模块发送表示异常的一条信息并停止所述消息的处理，
-否则，与所述消息相关联的所述当前时间的所述估计，
-如果一方面通过将仿射函数应用于所述当前客户端在所述当前时刻的所述内部时钟的所述值而获得的所述当前客户端的时间参考与另一方面从与每个消息相关联的当前时间获得的平均当前时间之间的差的绝对值高于预定精度阈值，则向所述当前客户端的所述故障管理模块发送表示异常的信息，
-确定与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前平均时间相对应的新时间参考，以及
-根据所述新时间参考来更新所述当前客户端的所述仿射函数的所述因子和所述位移。
本发明还涉及包括软件指令的计算机程序，所述软件指令在由计算机执行时实现如上定义的同步方法。
本发明还涉及一种用于使一组互连的关键计算设备(特别是航空电子设备)与诸如飞行器的交通工具的通信网络同步的系统，并且每个关键计算设备包括时间管理模块，该组关键计算设备包括多个客户端和多个时间参考服务器中的至少一个，每个关键计算设备通过虚拟链路连接到至少一个其它关键计算设备，虚拟链路的每个终止点与所述虚拟链路上的数据分组的传输时间的最小值和最大值相关联，
每个当前关键计算设备的所述时间管理模块能够至少执行和周期性地重复：
-接收由与所述当前关键计算设备分离的发送服务器发送的至少一个同步消息，每个消息与接收时刻相关联并且包括由所述发送服务器确定的至少一个时间参考，
-对于每个接收到的同步消息，根据五组参数来估计所述发送服务器的当前时间，所述五组参数包括：
■所述时间参考，
■所述当前关键计算设备在所述当前时刻的内部时钟值，
■所述当前关键计算设备在所述接收时刻的内部时钟值，
与所述发送服务器和所述当前关键计算设备之间的所述虚拟链路相关联的传输时间的所述最小值和所述最大值。
本发明的这些特征和优势将在阅读以下仅作为非限制性示例提供并参考附图进行的描述时更加清楚地显现，在附图中：
图1是根据本发明的同步系统的示意图；
图2是根据实现方法的计算设备是服务器的本发明第一实施方式的同步方法的流程图；
图3是根据实现方法的计算设备是客户端的本发明第二实施方式的同步方法的流程图。
图1所示的同步系统10例如嵌入在飞行器(未示出)中。同步系统10被配置成在一方面这里对应于航空电子设备的多个M(M≥2)个关键计算设备(称为服务器12，诸如三个服务器SA、SB和SC)与另一方面这里对应于航空电子设备的多个Q(Q≥2)个关键计算设备(称为客户端14C1和C2)之间交换时间参考。
具体地，航空电子服务器12或客户端14设备是能够执行软件同时保证这些软件应用的严格空间和时间划分的航空电子计算机。该划分例如由根据标准ARINC 653的操作系统来实现。
根据一个特定方面，同一航空电子设备能够既作为服务器12(即，实现与航空电子设备的“服务器”类型相关联的同步方法的特定步骤)又作为客户端14(即，实现与航空电子设备的“客户端”类型相关联的同步方法的特定步骤)来操作。
服务器12和客户端14连接到通信网络16，例如根据标准ARINC A664-p7的航空电子通信网络，并且优选地被冗余化。
更具体地，网络16包括多个网络交换机17。
另外，根据网络的预定义和静态架构，使用严格的分离来分离在各种服务器或客户端航空电子设备之间交换的数据流。
特别地，对于每个服务器12，例如服务器SA，被称为用于同步的专用虚拟链路(VL)18经由网络交换机17将该服务器12连接到所有其他服务器12SB和SC以及所有客户端C1和C2。这样的虚拟同步链路18能够传输时钟同步消息。
类似地，对于每个客户端14，例如客户端C1，被称为用于控制的专用虚拟链路20将该客户端14连接到所有服务器12SA、SB和SC。
特别地，经由这样的虚拟控制链路，每个客户端14能够请求重启根据本发明的同步方法或重置共享时间参考。与这些命令中的每一个相关联的是根据时间参考的时刻，其中命令必须由服务器12执行。
根据一个特定方面，如果通过在预定义的时间长度内接收到由至少一个其他客户端发送的相同类型的命令来确认命令，则仅由服务器考虑该命令。
根据一个特定方面，虚拟同步链路18被配置为具有比由网络16实现的所有其它虚拟链路(特别是虚拟控制链路20)更高的优先级。
另外，每个航空电子服务器12或客户端14设备至少包含以下元件：内部时钟Hi；时间管理模块G_H，其能够执行根据本发明的方法并且分别对应于虚拟同步链路18和控制链路20的起点和/或接收方；故障管理模块G_P，其专用于管理在实现根据本发明的方法期间检测到的故障；网络发送模块E，其从分区(在标准ARINC 653的含义内)直到其在网络16上发送的消息的传输时间是已知且固定的(无抖动(即，延迟变化))；网络接收模块R，其中，每个接收到的分组一旦被连接到网络16A664-p7的输入端口接收，就能够用航空电子设备的内部时钟Hi来加时间戳。
时间管理模块G_H和故障管理模块G_P例如在每个服务器12或客户端14中由托管在一个或多个分区中的软件来实现。
在一个变型中，全部或部分的时间管理模块G_H和故障管理模块G_P能够使用一个或多个可编程逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列))来实现，或者以专用集成电路(例如安装在嵌入在所讨论的航空电子设备中的电子板上的ASIC(专用集成电路))的形式来实现。
根据本发明，通过虚拟同步链路18发送的消息具体包括四个单独的字段，即：
-专用于例如对应于四位以上整数的协议版本号的字段，
-消息类型的标识字段，其取决于在所考虑的航空电子设备中实现的同步方法是处于初始化阶段INIT还是处于操作阶段TIME，例如由4位以上的整数编码，
-由发送服务器(例如SB)的故障管理模块发送到其它服务器(例如服务器SA和SC)中的每一个的故障管理模块的通知字段，这样的字段能够假定表示没有通知的零值，或者取决于故障管理模块的内部操作的任何其它值，所述故障管理模块表示由故障管理模块发送且尚未通过所述虚拟同步链路18传输的、例如通过字节上的整数进行编码的第一通知，以及
-专用于插入由发送消息的服务器计算的时间参考Href的字段，例如由服务器SB计算的时间参考HrefB，该字段例如由8字节以上的整数进行编码，该整数指示自该计数器复位以来经过的微秒数。
在通信网络16的设计期间，配置平台22能够针对虚拟同步链路18的每个终止点(即，服务器12或客户端14)确定在两个航空电子设备之间的所讨论的虚拟链路中接收的分组的最佳BCTT和最差WCTT理论传输时间是否是一对两个服务器或包括服务器和客户端的一对。
与给定虚拟链路18相关联的这些参数BCTT和WCTT以及其他预定配置数据被集成到嵌入式同步系统10的每个航空电子设备的配置文件中和/或存储在配置平台22内的文件中。其他配置数据具体包括：保证在ARINC A664-p7网络16内确定和共享的时间参考的鲁棒性所需的服务器12的数量N、所考虑的航空电子设备12或14的内部时钟Hi相对于精确的理论时间的最大漂移水平D(该水平是植入航空电子设备中的电子部件的特性数据)、与两个客户端的时间参考之间的最大可接受间隙相对应的精度数据PR、例如或者同步周期P的预定值，根据本发明的方法由每个时间管理模块G_H根据该周期P周期性地实施，无论该时间管理模块G_H是包含在与服务器12相对应的航空电子设备中还是包含在与客户端14相对应的航空电子设备中，等等。
特别地，为了保证精度数据PR的值的可靠性，配置平台22能够验证周期P符合以下关系：
Figure BDA0002418935180000091
用G(s’,s)表示由服务器s’向服务器s在虚拟链路中传输的分组的最佳(BCTT)和最差(WCTT)理论传输时间之间的时间差。
此外，每个时间管理模块G_H能够检测同步异常，例如，其自身的时间参考与另一服务器的时间参考之间的差异太大而不能保证精度PR，并且能够将其报告给时间管理模块G_H和故障管理模块G_P双方所属的航空电子设备的故障管理模块G_P。
作为响应，故障管理模块G_P能够向时间管理模块G_H指示响应于该同步异常要执行的动作序列。检测到的同步异常类型与要执行的动作序列之间的对应性也是能够存储在每个所考虑的航空电子设备的配置文件中的配置数据，并且取决于整个关键计算系统的安全架构和时间参考的使用。
这样的动作例如是重启时间管理模块G_H，或者由时间管理模块G_H向其他服务器12广播表示该异常的一条信息(也称为通知)，或者考虑排除服务器12以便执行根据本发明的同步方法，或者停止实施根据本发明的同步方法，等等。
现在将参考图2(当航空电子设备是服务器12时)和参考图3(当航空电子设备是客户端14时)更详细地描述由图1的同步系统10的每个航空电子设备、服务器12或客户端14实现的同步方法。
如以下关于图2或图3所公开的，无论航空电子设备是服务器12还是客户端14，同步系统10的这两种类型的航空电子设备都周期性地实现两个基本步骤：即，用于接收由与当前关键计算设备(服务器12，例如SA，或客户端14，例如C1)分离的发送服务器12(例如SB)发送的至少一个同步消息的步骤，每个消息与具有发送服务器的索引i的接收时刻ti相关联，并且包括由发送服务器(例如SB)确定的至少一个时间参考HrefB；以及对于每个接收到的同步消息，用于根据五组参数来估计发送服务器(例如SB)的当前时间Hci的步骤，该五组参数包括：
■具有发送服务器的索引i的时间参考Hrefi，例如对于发送服务器SB而言是HrefB。.
■当前关键计算设备di的内部时钟在当前时刻tc的值hint_tc_di，当前时刻tc能够随着经过的时间而增加并且对应于根据本发明的方法的步骤的当前实现时刻。
■当前关键计算设备di的内部时钟在接收时刻ti的值hint_ti_di，
■与发送服务器Si(例如发送服务器SB)和当前关键计算设备di之间的虚拟链路VL相关联的传输时间的最小值BCTT(Si,di)和最大值WCTT(Si,di)。
另外，无论航空电子设备是服务器12还是客户端14，同步系统10的这两种类型的航空电子设备在当前时段期间、在接收至少一个同步消息之前以及在估计发送服务器SB的当前时间HcB时实现：
-由当前关键计算设备的时间管理模块向其自身的故障管理模块G_P发送与用于管理与当前关键计算设备分离的至少一个发送服务器的故障G_P的模块相关联的并且在先前时段期间接收的任何信息，
-执行从其自身的故障管理模块G_P接收的每个尚未执行的动作。
换句话说，本发明利用了关键分区系统的特定特征，即通信网络16的预定义和静态配置、在该通信网络16内交换的数据流的严格分离、以及使用在网络16的设计期间实现的理论计算来确定虚拟链路18的数据分组的交叉时间的网络交叉时间的主设备，这使得有可能避免使用统计方法，例如与PTP协议(预测时间协议)(IEEE 1588)相关联的不适合于诸如航空电子系统之类的关键计算系统、也使用A664-P7网络内的流的分离的那些统计方法，因为由于所使用的统计方法无法正式保证时间精度。
另外，本发明基于能够定义精确公共时间参考的多个服务器的使用，这使得根据本发明实现的同步稳健。
实际上，单个服务器的使用不适合于确定可用于诸如航空电子功能之类的关键计算功能的时间参考。
另外，本发明可以避免改变网络交换机17的操作，这使得可以在现有通信网络16内执行根据本发明的方法。
下文结合图2公开了当航空电子设备对应于服务器12时实施的同步方法24。
由服务器实现的这种同步方法24包括两个阶段，即初始化阶段26和操作阶段28。
在初始化阶段26中，由当前服务器12(例如SA)实现的同步方法24包括用于使预定仿射函数的参数初始化以便获得与服务器12SA相关联的参考时间Href的第一步骤30。
特别地，对于每个服务器Si，这些参数对应于初始化为1的因子coeffsi和以初始化时刻-hint_tinit_Si与内部时钟值相反地初始化的偏移offsetsi。
然后，对于每个周期P，根据步骤32，当前服务器SA的时间管理模块G_H实现将与和当前服务器SA分离的至少一个发送服务器的故障管理模块G_P相关联的并且在前一周期期间接收的任何信息(即，通知或通知字段)发送到其自身的故障管理模块G_P。
如前所述，该步骤32之后是步骤34，用于执行从其自身的故障管理模块G_P接收的尚未执行的每个动作。
一旦已经执行了这些步骤30至34，则服务器在初始化阶段26中执行步骤36，用于通过将预定仿射函数应用于当前服务器在当前时刻tc的内部时钟的值来确定当前服务器SA的时间参考HrefA，使得：
HrefA(tc)＝coeffA.hint_tc_SA+offsetA＝hint_tc_SA-hint_tinit。
根据步骤36，当前服务器SA接着发送同步消息，该同步消息包括表示当前服务器SA的时间管理模块的初始化阶段的标识字段，即例如INIT，并且包括当前服务器SA的时间参考(即HrefA)。
然后，根据接收到的同步消息的类型(INIT或TIME)并且根据同步消息的数量(换句话说，根据发送同步消息的单独服务器的数量)来执行初始化阶段的两种变型。
根据第一变型，如果根据步骤38，当前服务器SA自从进入初始化阶段26以来已经从至少(N-1)个单独的服务器接收到至少一个消息INIT，则对于从单独的服务器接收到的每个最后的消息INIT(在时刻ti从例如对应于SB或SC的服务器Si接收到、并且包含时间参考Hrefi的消息)，根据步骤40，当前服务器SA的时间管理模块根据当前事件tc的以下公式来执行对发送服务器(例如SB)的当前时间的估计：
HcB＝HrefB+hint_tc_SA–hint_ti_SA+(BCTT(SB,SA)+WCTT(SB,SA))/2。
然后，该步骤40之后是步骤42，用于例如结合图1确定所估计的发送服务器的当前时间中的最大值，分别与发送服务器SB和SC相关联的当前时间HcB和HcC的最大值Hmax。
接下来的步骤44用于使用值Hmax作为与服务器SA相关联的新时间参考NHrefA。为此，在该步骤44期间，时间管理模块根据以下公式实现与服务器SA相关联的并且在以下时段P期间被请求的仿射函数的新参数NcoeffA和NoffsetA的更新(即，校正)：
NcoeffA＝1+(NHrefA-HrefA)/P,et NoffsetA＝offsetA+(coeffA-NcoeffA).hint_tc_SA。
一旦实施该步骤44，则操作阶段28在随后的时段P中开始。
根据第二变型，如果根据步骤46，当前服务器SA自从进入初始化阶段26以来已经从至少N个单独的服务器接收到至少一个消息TIME(即，表示操作阶段28)，则对于从单独的服务器接收到的每个最后的消息TIME(在时刻ti从例如对应于SB或SC的服务器Si接收到、并且包含时间参考Hrefi的消息)，则根据步骤48，当前服务器SA的时间管理模块根据当前事件tc的以下公式来执行对发送服务器(例如SB)的当前时间的估计：
HcB＝HrefB+hint_tc_SA–hint_ti_SA+(BCTT(SB,SA)+WCTT(SB,SA))/2,
否则，在随后的时段P中重复先前公开的方法的步骤32至38，直到满足步骤38的条件为止，即自从进入初始化阶段26开始的至少(N-1)个单独的服务器接收至少一个消息INIT，或者同时接收与步骤46相关联的条件，即自从进入初始化阶段26开始的至少N个单独的服务器接收至少一个消息TIME(也就是说，表示操作阶段28)。
然后，该步骤48之后是步骤50，用于例如结合图1确定所估计的发送服务器的当前时间中的最大值，分别与发送服务器SB和SC相关联的当前时间HcB和HcC的平均值HmoyS。
接下来的步骤52用于使用值HmoyS作为与服务器SA相关联的新时间参考NHrefA。为此，在该步骤52期间，时间管理模块根据以下公式实现与服务器SA相关联的并且在以下时段P期间被请求的仿射函数的新参数NcoeffA和NoffsetA的更新(即，校正)：
NcoeffA＝1+(NHrefA-HrefA)/P,et NoffsetA＝offsetA+(coeffA-NcoeffA).hint_tc_SA。
一旦实施该步骤52，则操作阶段28在随后的时段P中开始。
当该当前服务器SA处于操作阶段28时，在每个周期P中，同步方法包括步骤54，在步骤54中当前服务器SA的时间管理模块G_H实现将与和当前服务器SA分离的至少一个发送服务器的故障管理模块G_P相关联的并且在前一周期期间接收的任何信息(即，通知或通知字段)发送到其自身的故障管理模块G_P。
如前所述，该步骤54之后是步骤56，用于执行从其自身的故障管理模块G_P接收的尚未执行的每个动作。
然后，根据步骤58，对于从单独的服务器接收的每个最后消息TIME(在时刻ti从例如对应于SB或SC服务器Si接收的、并且包含时间参考Hrefi的消息)，在操作阶段28中，当前服务器SA的时间管理模块实现：
-如果消息的所述接收时刻比所述当前时刻早两个以上时段，则向当前客户端的所述故障管理模块发送表示异常的一条信息并停止所接收消息TIME的处理，
-否则，根据当前时刻tc的以下等式来估计发送服务器(例如SB)的当前时间：
HcB＝HrefB+hint_tc_SA–hint_ti_SA+(BCTT(SB,SA)+WCTT(SB,SA))/2。
然后，该步骤58之后是步骤60，用于例如结合图1确定所估计的发送服务器的当前时间中的平均值hint_tc_SA，分别与发送服务器SB和SC相关联的HmoyS的平均值hint_tc_SA以及当前时间HcB和HcC。
接下来的步骤62用于使用值HmoyS作为与服务器SA相关联的新时间参考NHrefA。为此，在该步骤62期间，时间管理模块根据以下公式实现与服务器SA相关联的并且在以下时段P期间被请求的仿射函数的新参数NcoeffA和NoffsetA的更新(即，校正)：
NcoeffA＝1+(NHrefA-HrefA)/P,et NoffsetA＝offsetA+(coeffA-NcoeffA).hint_tc_SA。
一旦执行该步骤62，则执行用于发送同步消息的步骤64，该同步消息包括表示当前服务器的操作阶段的并且包含与服务器SA相关联的新时间参考NHrefA的标识字段TIME。
下文结合图3公开了当航空电子设备对应于客户端14时实施的同步方法66。
由客户端实现的这种同步方法66包括两个阶段，即初始化阶段68和操作阶段70。
在初始化阶段68中，在每个周期P中，由当前客户端14(例如C1)执行的同步方法66包括第一步骤72，在该步骤中，当前客户端C1的时间管理模块G_H执行向其自身的故障管理模块G_P传输与至少一个发送服务器的故障管理模块G_P相关联并且在前一周期期间接收的任何信息(即，通知或通知字段)。
如前所述，该步骤72之后是步骤74，用于执行从其自身的故障管理模块G_P接收的尚未执行的每个动作。
然后，根据步骤76，如果从服务器接收到第一消息TIME(即，表示发送服务器的操作阶段28)(在时刻ti从例如对应于SA、SB或SC的服务器Si接收到的并且包含时间参考Hrefi的消息)，则根据步骤78，当前客户端C1的时间管理模块在当前时刻tc根据以下公式执行发送服务器(例如SB)的当前时间的估计：
HcB＝HrefB+hint_tc_C1–hint_ti_C1+(BCTT(SB,C1)+WCTT(SB,C1))/2，否则在随后的时段P中重复用于发送通知信息和动作性能的步骤72和74，直到接收到消息TIME为止。
然后，根据步骤80，当前客户端C1选择值HcB作为其新时间参考HC1＝HcB。为此，在该步骤80期间，时间管理模块实现可应用于当前客户端C1的内部时钟的值的仿射函数的参数的初始化。这些参数对应于在实现初始化步骤80的当前时刻tc被初始化为1的因子coeffC1和以如下形式：offsetC1＝HC1-hint_tc_C1初始化的偏移offsetC1。
一旦实施该步骤80，则操作阶段70在随后的时段P中开始。
在当前客户端的操作阶段70中，方法66然后包括在每个周期P中的第一步骤82，在该步骤中，当前客户端C1的时间管理模块G_H执行向其自身的故障管理模块G_P传输与至少一个发送服务器的故障管理模块G_P相关联并且在前一周期期间接收的任何信息(即，通知或通知字段)。
如前所述，该步骤82之后是步骤84，用于执行从其自身的故障管理模块G_P接收的尚未执行的每个动作。
然后，根据步骤86，如果消息的接收时刻ti在当前时刻tc之前多于两个周期P(换句话说，如果tc-ti>2P)，则对于当前客户端(例如C1)从单独的服务器接收的每个最后消息TIME(在时刻ti从例如对应于SA、SB或SC的服务器Si接收的并且包含时间参考Hrefi的消息)，实现了向当前客户端的故障管理模块发送表示异常的信息并且停止该消息的处理。
否则，根据步骤90，当前客户端C1的时间管理模块在当前时刻tc根据以下公式实现对发送服务器(例如SB)的当前时间的估计：
HcB＝HrefB+hint_tc_C1–hint_ti_C1+(BCTT(SB,C1)+WCTT(SB,C1))/2。
然后，根据步骤92，当前客户端C1的时间管理模块实现分别与发送服务器SA、SB和SC相关联的当前时间HcA、HcB和HcC的平均值HmoyC的确定。
根据步骤94，如果一方面通过将仿射函数应用于当前客户端C1在当前时刻tc的内部时钟hint_tc_C1的值而获得的当前客户端的时间参考HrefC1与另一方面平均当前时间HmoyC之间的差的绝对值高于与所考虑的当前客户端(例如C1)的配置文件的精度数据PR相对应的预定阈值，则同时实现将表示异常(即，故障)的一条信息发送到当前客户端C1的故障管理模块G_P。
换言之，由于HrefC1＝coeffC1.hint_tc_C1+offsetC1，如果|HmoyC-HrefC1|>PR，则故障由当前客户端C1的时间管理模块G_H指示给其自身的故障管理模块G_P。
然后，根据步骤96，当前客户端C1的新时间参考NHrefC1然后对应于平均当前时间HmoyC，并且根据以下公式实现与当前客户端C1相关联的仿射函数的参数NcoeffC1和NoffsetC1的新值的更新，并且将在以下时段P期间使用：
NcoeffC1＝1+(NHrefC1-HrefC1)/P,et NoffsetC1＝offsetC1+(coeffC1-NcoeffC1).hint_tc_C1。
因此，根据本发明的同步系统实现了定义公共精确时间的多个服务器12。该公共时间接着被发送到客户端14。根据本发明的系统不需要网络交换机的任何特定功能，这允许在对已经安装的网络设备没有硬件或软件影响的情况下保护现有网络，并且在监测消息的交叉时间的同时改进网络的完整性。

Claims (10)

1.一种用于使一组互连的关键计算设备(10)(特别是航空电子设备)与诸如飞行器的交通工具的通信网络(16)同步的方法(24、66)，并且每个关键计算设备包括时间管理模块(G_P)，该组关键计算设备包括多个客户端(14)和多个时间参考服务器(12)中的至少一个，每个关键计算设备通过虚拟链路(18、20)连接到至少一个其它关键计算设备，虚拟链路的每个终止点与所述虚拟链路上的数据分组的传输时间的最小值(BCTT)和最大值(WCTT)相关联，
所述同步方法(24、66)由每个当前关键计算设备的所述时间管理模块(G_P)周期性地实现和重复，并且至少包括：
-接收(38、46、76、86)由与所述当前关键计算设备分离的发送服务器(12)发送的至少一个同步消息，每个消息与接收时刻(ti)相关联并且包括由所述发送服务器(12)确定的至少一个时间参考(Hrefi)，
-对于每个接收到的同步消息，根据五组参数来估计(40、48、58、78、90)所述发送服务器(12)的当前时间，所述五组参数包括：
■所述时间参考(Hrefi)，
■所述当前关键计算设备在所述当前时刻的内部时钟的值(hint_tc_di)，
■所述当前关键计算设备在所述接收时刻的内部时钟的值(hint_ti_di)，
■与所述发送服务器和所述当前关键计算设备之间的所述虚拟链路相关联的传输时间的所述最小值(BCTT)和所述最大值(WCTT)。
2.根据权利要求1所述的同步方法(24、66)，其中，所述方法的重复周期(P)根据以下关系：
Figure FDA0002418935170000011
其中：
-G(s’,s)表示在两个服务器(12)之间的虚拟链路中传输的分组的最佳(BCTT)理论传输时间和最差(WCTT)理论传输时间之间的时间差，
-PR表示与两个计算机设备的所述时间参考之间的最大可接受间隙相对应的精度数据，
-D表示关键计算设备的内部时钟(Hi)的最大漂移速率；
-M表示所述组件的关键计算设备的数量。
3.根据权利要求1或2所述的同步方法(24、66)，其中，每个关键计算设备还包括用于管理同步故障的模块(G_P)，所述同步故障能够在所述方法(24、66)的实现期间被检测到，并且其中，在当前时段期间，在接收到至少一个同步消息和对所述发送服务器(12)的所述当前时间的估计之前，所述方法包括：
-由所述当前关键计算设备的所述时间管理模块(G_H)向其自身的故障管理模块(G_P)发送(32、54、72、82)与用于管理与所述当前关键计算设备分离的至少一个发送服务器(12)的故障(G_H)的模块相关联的并且在先前时段(P)期间接收的任何信息，
-执行(34、56、74、84)从其自身的故障管理模块接收的每个尚未执行的动作。
4.根据权利要求1或2所述的同步方法(24)，其中，所述当前关键计算设备是所述多个服务器(12)中的当前服务器(12)，每个服务器(12)通过虚拟同步链路(18)连接到每个其它服务器和每个客户端，
其中，在初始化阶段(26)期间，在接收(38、46)到至少一个同步消息和估计(40、48)所述发送服务器(12)的所述当前时间之前，所述方法包括：
-通过将预定仿射函数应用于所述当前服务器(12)在当前时刻的内部时钟的值来确定(34)所述当前服务器(12)的时间参考，所述仿射函数与因子和移位相关联，所述因子和所述移位的值预先在预定初始值处启动，
-发送(36)同步消息，所述同步消息包括标识字段(INIT)，所述标识字段(INIT)表示所述当前服务器(12)的所述时间管理模块(G_H)的所述初始化阶段并且包括所述当前服务器(12)的所述时间参考。
5.根据权利要求4所述的同步方法(24)，其中，在执行对所述发送服务器的所述当前时间的估计(40)之后，对于每个接收到的同步消息，该同步消息包括表示单独的发送服务器的所述初始化阶段(INIT)的标识字段，并且一旦接收到第一预定数量的同步消息就实现该同步消息，所述方法包括：
-确定(42)与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前最大时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新(44)所述仿射函数的所述因子和所述位移，
-启动(44)所述当前服务器的所述时间管理模块的操作阶段(28)。
6.根据权利要求4所述的同步方法(24)，其中，在执行对所述发送服务器(12)的所述当前时间的所述估计(48)之后，对于每个接收到的同步消息，该同步消息包括表示单独的发送服务器(12)的所述操作阶段(28)的标识字段(TIME)，并且一旦接收到第二预定数量的同步消息就实现该同步消息，所述方法包括：
-确定(50)与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前平均时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新(52)所述仿射函数的所述因子和所述位移，
-启动(52)所述当前服务器的所述时间管理模块的操作阶段(28)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的同步方法(24)，其中，所述当前关键计算设备是所述多个服务器中的当前服务器(12)，每个服务器(12)通过虚拟同步链路(18)连接到每个其它服务器和每个客户端，
其中，在所述操作阶段(28)期间，所述方法包括：
-对于包括表示单独的发送服务器(12)的所述操作阶段(28)的标识字段(TIME)的每个接收的同步消息：
-如果消息的所述接收时刻比所述当前时刻早两个以上时段(P)，则向所述当前客户端的所述故障管理模块(G_P)发送表示异常的一条信息并停止所述消息的处理，
-否则，与所述消息相关联的所述当前时间的所述估计(58)，
-确定(60)与从所述当前服务器的所述当前时间和与每个消息相关联的当前时间获得的所述当前平均时间相对应的新时间参考，
-根据所述新时间参考来更新(62)所述仿射函数的所述因子和所述位移，以及
-发送(64)同步消息，所述同步消息包括表示所述当前服务器的所述操作阶段并且包含所述当前服务器的所述时间参考的标识字段；
8.根据权利要求1至3中任一项所述的同步方法(66)，其中，所述当前关键计算设备是来自所述多个客户端(14)的当前客户端(14)，每个客户端(14)通过虚拟同步链路(18)连接到来自所述多个服务器(12)的每个服务器(12)，
其中，在初始化阶段(68)期间，在根据包括表示单独的发送服务器(12)的所述操作阶段(28)的标识字段(TIME)的第一接收同步消息执行的对所述发送服务器的所述当前时间的估计(78)之后，所述方法包括：
-更新所述当前客户端的等于与所述消息相关联的所述当前时间的所述时间参考，
-将可应用于所述当前客户端的所述内部时钟的所述值的仿射函数的初始因子和移位值初始化(80)，
-启动(80)所述当前客户端的所述时间管理模块的所述操作阶段。
9.根据权利要求1至2所述的同步方法(66)，其中，所述当前关键计算设备是所述多个客户端(14)中的当前客户端(14)，每个客户端(14)通过虚拟同步链路(18)连接到来自所述多个服务器(12)的每个服务器(12)，
其中，在操作阶段(70)期间，所述方法包括：
-对于包括表示单独的发送服务器(12)的所述操作阶段(68)的标识字段的每个接收的同步消息：
-如果所述消息的所述接收时刻(ti)比所述当前时刻(tc)早两个以上时段(P)，则向所述当前客户端(14)的所述故障管理模块(G_P)发送表示异常的一条信息并停止所述消息的处理，
-否则，与所述消息相关联的所述当前时间的所述估计(90)，
-如果一方面通过将仿射函数应用于当前客户端(C1、C2)在所述当前时刻tc的所述内部时钟的所述值而获得的所述当前客户端(14)的时间参考与另一方面从与每个消息相关联的当前时间获得(92)的平均当前时间之间的差的绝对值高于预定精度阈值(PR)，则向所述当前客户端的所述故障管理模块(G_P)发送表示异常的信息，
-确定与从与每个消息相关联的当前时间获得的当前平均时间相对应的新时间参考，以及
-根据所述新时间参考来更新所述当前客户端(14)的所述仿射函数的所述因子和所述位移。
10.一种用于使一组互连的关键计算设备(特别是航空电子设备)与诸如飞行器的交通工具的通信网络(16)同步的系统(10)，并且每个关键计算设备包括时间管理模块(G_H)，该组关键计算设备包括多个客户端(14)和多个时间参考服务器(12)中的至少一个，每个关键计算设备通过虚拟链路(18、20)连接到至少一个其它关键计算设备，虚拟链路的每个终止点与所述虚拟链路(18、20)上的数据分组的传输时间的最小值(BCTT)和最大值(WCTT)相关联，
每个当前关键计算设备的所述时间管理模块(G_H)能够至少执行和周期性地重复：
-接收(38、46、76、86)由与所述当前关键计算设备分离的发送服务器发送的至少一个同步消息，每个消息与接收时刻相关联并且包括由所述发送服务器确定的至少一个时间参考，
-对于每个接收到的同步消息，根据五组参数来估计(40、48、58、78、90)所述发送服务器的所述当前时间，所述五组参数包括：
■所述时间参考，
■所述当前关键计算设备在所述当前时刻的内部时钟值，
■所述当前关键计算设备在所述接收时刻的内部时钟值，
■与所述发送服务器和所述当前关键计算设备之间的所述虚拟链路相关联的传输时间的所述最小值和所述最大值。
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