CN113411153A - 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法 - Google Patents

一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113411153A
CN113411153A CN202110631636.6A CN202110631636A CN113411153A CN 113411153 A CN113411153 A CN 113411153A CN 202110631636 A CN202110631636 A CN 202110631636A CN 113411153 A CN113411153 A CN 113411153A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sync
message
synchronization
clock node
reply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110631636.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113411153B (zh
Inventor
孙志刚
熊旭灿
全巍
黄容
付文文
彭锦涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202110631636.6A priority Critical patent/CN113411153B/zh
Publication of CN113411153A publication Critical patent/CN113411153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113411153B publication Critical patent/CN113411153B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0661—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps
    • H04J3/0667—Bidirectional timestamps, e.g. NTP or PTP for compensation of clock drift and for compensation of propagation delays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/1095—Replication or mirroring of data, e.g. scheduling or transport for data synchronisation between network nodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/22—Parsing or analysis of headers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，步骤包括：S01.设置一个集中同步控制器，以及主时钟节点、从时钟节点；S02.集中同步控制器按照预设周期构造同步报文送往主时钟节点；S03.主时钟节点将同步报文广播给所有从时钟节点并打上时间戳，各从时钟节点将携带有时间戳的同步报文返回，提取出对应的时间戳信息；S04.各从时钟节点将同步报文发送给主时钟节点并打上时间戳，将携带有时间戳的回复同步报文发送给集中同步控制器，提取出时间戳信息；S05.计算主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移，对应调整各从时钟节点的时钟。本发明具有实现方法简单、功耗及成本低、控制效率高且灵活性强等优点。

Description

一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法
技术领域
本发明涉及时间敏感网络(Time Sensitive Network，TSN)控制技术领域，尤其涉及一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法。
背景技术
时间敏感流为一类对延时和抖动有着严格要求的周期性实时流量，属于时间敏感流量的报文即为时间敏感报文。为保证时间敏感流量在网络内的传输确定性，IEEE 802.1QTSN工作组提出时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN)，TSN旨在将以太网标准化为一种具有延时保证的确定性通信技术。TSN基于流量类型对报文的传输进行规划，以满足时间敏感、带宽预约和流量在同一网络中传输。通过网络统一的全局参照时间，时间关键流量可以在全局调度表的基础上进行传输。
为了保证网络设备时间基准的一致，TSN采用了精确时间协议(PTP)实现网络时间同步。该协议以一种主从式架构将网络所有从节点时钟同步到主节点时钟，其中，主节点往往具有高精度时钟源(例如GPS、原子钟)。PTP通过周期性的时间信息交换，可以在考虑链路延时的基础上精确计算每个从时钟相对于主时钟的时间偏移。
现有技术中时间同步机制通常是基于分布式控制实现，即控制平面与数据平面在物理位置上是紧密耦合的。该分布式控制机制虽然有利于两个平面之间数据的快速交互，从而实现网络设备性能的提升，但是对网络设备的要求较高，设备不仅需要具备精确的时间戳标记功能，还需要对接收的报文进行解析处理以实现快速响应，而在如嵌入式系统等部分应用场合，设备的功耗和体积都有着严格的限制，难以满足设备的上述要求，因而并不适于应用该类分布式控制机制。同时，分布式的网络控制方式中网络节点的配置也较为复杂且不易管理，并且在网络节点发生故障造成系统同步状态下降的情况下，难以对故障进行定位与排查。因此，上述传统的分布式时间同步机制不适用于TSN，无法满足TSN的时间同步需求，亟需提供一种能够适用于TSN的时间同步控制方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、功耗及成本低、控制效率高且灵活性强的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，步骤包括：
S01.在目标TSN中设置一个集中同步控制器，以及配置一个主时钟节点、至少一个从时钟节点，所述集中同步控制器配置为所述主时钟节点与各所述从时钟节点之间的交换节点；
S02.所述集中同步控制器按照预设周期构造同步报文送往所述主时钟节点；
S03.从节点时间提取：所述主时钟节点将接收到的同步报文广播给所有从时钟节点并打上时间戳，各所述从时钟节点将携带有时间戳的同步报文返回给所述集中同步控制器，所述集中同步控制器从返回的同步报文中提取出各从时钟节点对应的时间戳信息；
S04.主节点时间提取：各所述从时钟节点将接收到的所述集中同步控制器回复的同步报文发送给主时钟节点并打上时间戳，所述主时钟节点将携带有时间戳的回复同步报文发送给所述集中同步控制器，所述集中同步控制器从返回的回复同步报文中提取出主时钟节点的时间戳信息；
S05.时钟调整：根据提取出的所述主时钟节点的时间戳信息、所述各从时钟节点对应的时间戳信息，计算主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移；根据所述时间偏移对应调整各所述从时钟节点的时钟。
进一步的，所述步骤S03的步骤包括：
S0301.所述主时钟节点接收所述集中同步控制器发送的原始同步报文Sync_raw进行解析，将解析得到的同步报文Sync广播给所有从时钟节点，并分别在所述主时钟节点发送所述同步报文Sync时刻、在各从时钟节点接收所述同步报文Sync时刻为所述同步报文Sync打上时间戳；
S0302.各从时钟节点将携带有时间戳信息的同步报文Sync形成同步标记报文Sync_stamped，并返回给所述集中式同步控制器；
S0303.所述集中式同步控制器接收所述同步标记报文Sync_stamped，并提取其中的从时钟节点信息以及时间戳信息，得到所述各从时钟节点对应的时间戳信息。
进一步的，所述步骤S0301中，具体所述主时钟节点在所述同步报文Sync报文的发送时刻在所述同步报文Sync的对应字段打上第一时间戳T1，获取所述同步报文Sync经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对所述同步报文Sync的第一修正域Corr1进行更新，各所述从时钟节点在所述同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上第二时间戳T2。
进一步的，所述步骤S0303中，具体根据接收到的所述同步标记报文Sync_stamped的源地址对所述从时钟节点进行标识，并提取所述同步标记报文Sync_stamped中的所述第一时间戳信息T1、所述第二时间戳信息T2和所述第一修正域Corr1。
进一步的，所述步骤S04的步骤包括：
S0401.各所述从时钟节点接收所述集中式同步控制器回复的原始同步回复报文Sync_reply_raw进行解析，将解析后同步回复报文Sync_reply发送给所述主时钟节点，并分别在从时钟节点发送同步回复报文的时刻、主时钟节点接收同步回复报文的时刻为所述同步回复报文Sync_reply打上时间戳；
S0402.所述主时钟节点将携带时间戳信息的所述同步回复报文Sync_reply形成同步回复标记报文Sync_reply_stamped，并返回给所述集中式同步控制器；
S0403.所述集中式同步控制器接收到所述同步回复标记报文Sync_reply_stamped后，提取出其中的时间戳信息，得到所述主时钟节点的时间戳信息。
进一步的，所述步骤S0401中，具体各所述从时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上第三时间戳T3，获取所述同步回复报文Sync_reply经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对所述同步回复报文Sync_reply的第二修正域Corr2进行更新，所述主时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上第四时间戳T4。
进一步的，所述步骤S0403中，根据接收到的所述同步回复标记报文Sync_reply_stamped，提取所述第三时间戳信息T3、第四时间戳T4以及所述第二修正域Corr2。
进一步的，所述步骤S05中具体根据提取的对应各从时钟节点、主时钟节点的时间戳信息、修正域信息计算所述主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移，所述时间偏移的计算公式具体为：
Offseti＝((T1-T2i-Corr1i)-(T3i-T4i-Corr2i))
其中，Offseti表示第i个从时钟对应的时间偏移，T1为主时钟节点在所述同步报文Sync报文的发送时刻在所述同步报文Sync的对应字段打上的第一时间戳，T2为从时钟节点在所述同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上的第二时间戳，T2i为第i个从时钟对应的第二时间戳，Corr1为包含有所述Sync报文传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第一修正域，Corr1i为第i个从时钟对应的所述第一修正域，T3为从时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上的第三时间戳，T4为主时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上的第四时间戳，T4i为第i个从时钟对应的所述第四时间戳，Corr2为包含有所述同步回复报文Sync_reply传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第二修正域，Corr2i为第i个从时钟对应的所述第二修正域。
进一步的，所述步骤S01中，还包括通过配置文件输入预设同步间隔SyncInterval、主时钟地址addressM和从时钟组播地址addressmul。
一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序执行时实现如上述方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过在时间敏感网络中引入集中同步控制器，由集中同步控制器将时间敏感网络节点进行集中的配置，并通过对时间同步报文发送的控制和时间同步报文的收集，实现节点的主从时钟偏移的计算和下发配置，能够将时间同步中的数据平面与控制平面进行解耦，实现集中式时间同步控制，可以灵活并快速地配置网络时间同步功能。
2、本发明能够实现系统化的网络架构、更好的感知与管控功能，且不同于传统的分布式控制策略，基于集中式控制方式能够获取全局同步视图，时钟同步过程可以在整个网络同步视图上进行调整，且通过集中同步控制器为TSN提供网络同步抽象模型，易于横向扩展，可以支持状态监测、故障恢复等功能的扩展。
3、本发明通过集中同步控制器提供统一的配置平面，由集中同步控制器将管控与计算功能集中，可以整个时间敏感网络中交换节点的设计，以及简化主时钟、从时钟节点设计，从而实现为轻量的、“哑”的数据平面，有效地减小了主从时钟节点的功耗、体积和成本。
附图说明
图1是本实施例用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法的实现流程示意图。
图2是本实施例用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法的原理示意图。
图3是本实施例中定义的原始同步报文、同步报文、同步标记报文所携带信息示意图。
图4是本实施例中定义的原始同步回复报文、同步回复报文、同步回复标记报文所携带信息示意图。
图5是本实施例中定义的从时钟同步信息表的结构示意图。
图6是本实施例中定义的配置信息表结构示意图。
图7是在具体应用实施例中集中同步控制器同步处理流程示意图
图8是在具体应用实施例中主时钟时间同步报文处理流程示意图。
图9是在具体应用实施例中从时钟时间同步报文处理流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法的步骤包括：
S01.在目标TSN中设置一个集中同步控制器，以及配置一个主时钟节点、至少一个从时钟节点，集中同步控制器配置为主时钟节点与各从时钟节点之间的交换节点；
S02.集中同步控制器按照预设周期构造同步报文送往主时钟节点；
S03.从节点时间提取：主时钟节点将接收到的同步报文广播给所有从时钟节点并打上时间戳，各从时钟节点将携带有时间戳的同步报文返回给集中同步控制器，集中同步控制器从返回的同步报文中提取出各从时钟节点对应的时间戳信息；
S04.主节点时间提取：各从时钟节点将接收到的集中同步控制器回复的同步报文发送给主时钟节点并打上时间戳，主时钟节点将携带有时间戳的回复同步报文发送给集中同步控制器，集中同步控制器从返回的回复同步报文中提取出主时钟节点的时间戳信息；
S05.时钟调整：根据提取出的主时钟节点的时间戳信息、各从时钟节点对应的时间戳信息，计算主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移；根据时间偏移对应调整各从时钟节点的时钟。
本实施例通过在时间敏感网络中引入集中同步控制器，负责时间同步过程中网络节点初始化配置、时间同步报文构造和偏移值集中计算和配置，即由集中同步控制器将时间敏感网络节点进行集中的配置，并通过对时间同步报文发送的控制和时间同步报文的收集，实现节点的主从时钟偏移的计算和下发配置，能够将时间同步中的数据平面与控制平面进行解耦，实现集中式时间同步控制，由集中同步控制器提供了统一的配置平面，可以灵活并快速地配置网络时间同步功能，同时能够简化整个时间敏感网络中交换节点的设计，且不同于传统的分布式控制策略，能够获取全局同步视图，即时钟同步策略可以在整个网络同步视图上进行调整(例如加大同步间隔、更换主时钟等)，且集中同步控制器为TSN提供网络同步抽象模型(状态、事件)，还可以易于横向扩展，具体表现为增加控制平面的新实例，例如利用时间同步报文携带节点其他信息实现网络状态监测，因而可以支持状态监测、故障恢复等功能的扩展。
如图2所示，本实施例具体由集中式同步控制器周期性构造原始同步报文送往主时钟节点；主时钟节点向网络所有从时钟节点广播同步报文，主时钟节点和从时钟节点分别在发送与接收时刻为同步报文打上本地时间戳T1和时间戳T2；从时钟节点将携带时间戳信息(T1、T2)的同步报文返回给集中式同步控制器；集中式同步控制器根据返回的同步报文记录相应的时间信息并构造原始同步回复报文送往相应的从时钟节点；从时钟节点将同步回复报文发送给主时钟节点，从时钟节点和主时钟节点分别在发送与接收时刻为同步回复报文打上本地时间戳T3和时间戳T4；主时钟节点将携带时间戳信息(T3、T4)的同步回复报文返回给集中式同步控制器，集中式同步控制器再根据提取出的时间信息得到各从时钟与主时钟之间的时间偏移。
本实施例步骤S01中，先设置集中同步控制器、主时钟节点以及从时钟节点，将集中同步控制器配置为主时钟节点与各从时钟节点之间的交换节点，在集中同步控制器中定义从时钟同步信息表，该时钟同步信息表用于记录时间同步报文携带的时间信息，以提供给集中同步控制器进行整个网络偏移值计算，时钟同步信息表中每个表项对应于网络中每个从时钟，表项信息包括时间戳信息、修正域信息和偏移值信息。
进一步，集中同步控制器中通过配置文件输入预设同步间隔SyncInterval、主时钟地址addressM和从时钟组播地址addressmul。由于时间敏感网络主要应用在相对封闭网络，网络中的资源、网络拓扑是已知的。本实施例具体在集中同步控制器中定义配置信息表，该配置信息表用于配置集中同步控制器时间同步的相关参数，包括所指定同步间隔Sync_interval、主时钟地址Master_addr和组播地址Multicast_addr等信息，即根据应用同步需求(同步精度等)，同步间隔Sync_interval、主时钟地址Master_addr和组播地址Multicast_addr以配置信息的形式输入到集中同步控制器。在各节点时钟角色确定后，可以对网络时间同步报文流量路径进行预先规划，由此制定各节点的转发表，由集中同步控制器对各节点进行转发表的部署。
在具体应用实施例中，集中同步控制器通过读取配置信息表设置同步处理定时器，该定时器用于限定集中同步控制器单个同步周期的处理时间，当该定时器超时时，将会休眠集中同步控制器；然后由集中同步控制器将对从时钟同步信息表进行初始化，从时钟同步信息表用于记录每个同步周期内同步报文所携带的时间戳、修正域和偏移值信息。
本实施例中步骤S03的步骤包括：
S0301.主时钟节点接收集中同步控制器发送的原始同步报文Sync_raw进行解析，将解析得到的同步报文Sync广播给所有从时钟节点，并分别在主时钟节点发送同步报文Sync时刻、在各从时钟节点接收同步报文Sync时刻为同步报文Sync打上时间戳；
S0302.各从时钟节点将携带有时间戳信息的同步报文Sync形成同步标记报文Sync_stamped，并返回给集中式同步控制器；
S0303.集中式同步控制器接收同步标记报文Sync_stamped，并提取其中的从时钟节点信息以及时间戳信息，得到各从时钟节点对应的时间戳信息。
通过上述步骤，由于在同步报文Sync的发送时刻、接收时刻打上了时间戳，集中式同步控制器接收到返回的同步标记报文Sync_stamped后，即可从中提取出各从时钟节点对应的时间戳信息。
本实施例步骤S0301中，具体主时钟节点在同步报文Sync报文的发送时刻在同步报文Sync的对应字段打上第一时间戳T1，获取同步报文Sync经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对同步报文Sync的第一修正域Corr1进行更新，各从时钟节点在同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上第二时间戳T2。上述通过使用修正域字段来记录Sync报文传输过程中经过交换节点驻留延时总和，可以消除交换节点驻留延迟抖动对同步精度产生的影响。
本实施例步骤S0303中，具体根据接收到的同步标记报文Sync_stamped的源地址对从时钟节点进行标识，并提取同步标记报文Sync_stamped中的第一时间戳信息T1、第二时间戳信息T2和第一修正域Corr1，即可以得到各从时钟节点所对应的时间戳信息以及修正域。
本实施例中步骤S04的步骤包括：
S0401.各从时钟节点接收集中式同步控制器回复的原始同步回复报文Sync_reply_raw进行解析，将解析后同步回复报文Sync_reply发送给主时钟节点，并分别在从时钟节点发送同步回复报文的时刻、主时钟节点接收同步回复报文的时刻为同步回复报文Sync_reply打上时间戳；
S0402.主时钟节点将携带时间戳信息的同步回复报文Sync_reply形成同步回复标记报文Sync_reply_stamped，并返回给集中式同步控制器；
S0403.集中式同步控制器接收到同步回复标记报文Sync_reply_stamped后，提取出其中的时间戳信息，得到主时钟节点的时间戳信息。
本实施例步骤S0401中，具体各从时钟节点在同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上第三时间戳T3，获取同步回复报文Sync_reply经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对同步回复报文Sync_reply的第二修正域Corr2进行更新，主时钟节点在同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上第四时间戳T4。上述通过使用修正域字段来记录Sync_reply报文传输过程中经过交换节点驻留延时总和，可以消除交换节点驻留延迟抖动对同步精度产生的影响。
本实施例步骤S0403中，具体根据接收到的同步回复标记报文Sync_reply_stamped，提取第三时间戳信息T3、第四时间戳T4以及第二修正域Corr2，即可以得到主时钟节点的时间戳信息以及修正域信息。
在具体应用实施例中，步骤S05中具体根据提取的对应各从时钟节点、主时钟节点的时间戳信息、修正域信息计算所述主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移，所述时间偏移的计算公式具体为：
Offseti＝((T1-T2i-Corr1i)-(T3i-T4i-Corr2i)) (1)
其中，Offseti表示第i个从时钟对应的时间偏移，T1为主时钟节点在所述同步报文Sync报文的发送时刻在所述同步报文Sync的对应字段打上的第一时间戳，T2为从时钟节点在所述同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上的第二时间戳，T2i为第i个从时钟对应的第二时间戳，Corr1为包含有所述Sync报文传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第一修正域，Corr1i为第i个从时钟对应的所述第一修正域，T3为从时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上的第三时间戳，T4为主时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上的第四时间戳，T4i为第i个从时钟对应的所述第四时间戳，Corr2为包含有所述同步回复报文Sync_reply传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第二修正域，Corr2i为第i个从时钟对应的所述第二修正域。
上述由集中同步控制器在完成从时钟偏移值计算后，将偏移值信息以偏移配置报文的形式发送给从时钟，从时钟通过解析偏移值配置报文实现本地时钟的修正。
如图2所示，本实施例整个时间同步流程涉及六种类型时间同步报文：Sync_raw、Sync_reply_raw、Sync、Sync_reply、Sync_stamped、Sync_reply_stamped，其中Sync和Sync_reply报文在主从时钟节点之间转发，需要进行时间戳标记和修正域的更新操作；Sync_raw、Sync_reply_raw、Sync_stamped、Sync_reply_stamped报文在主从时钟节点和集中同步控制器之间交互，不进行时间戳的标记和修正域的更新。上述各报文主要信息如图3、图4所示：
Sync_raw报文：由集中同步控制器构造送往主时钟，其中数据段为尚未标记过时间戳和修正域的Sync报文，如图3所示。
Sync报文：解封装Sync_raw报文得到，由主时钟组播到网络所有从时钟。分别于主时钟发送时刻和从时钟接收时刻为报文打上时间戳T1、T2，并且每经过一个交换节点将驻留延时增加到修正域字段，如图3所示。
Sync_stamped报文：封装Sync报文得到，从时钟送往集中同步控制器，其中数据段为已经被打上了时间戳T1、T2和修正域Corr1的Sync报文，如图3所示。
Sync_reply_raw报文：根据收到Sync_stamped报文，集中同步控制器构造相应Sync_reply_raw报文送往从时钟，其中数据段为尚未标记过时间戳和修正域的Sync_reply报文，如图4所示。
Sync_reply报文：解封装Sync_reply_raw报文得到，由从时钟送往主时钟。分别于从时钟发送时刻和主时钟接收时刻为报文打上时间戳T3、T4，并且每经过一个交换节点将驻留延时增加到修正域字段，如图4所示。
Sync_reply_stamped报文：封装Sync_reply报文得到，由主时钟送往集中同步控制器，其中数据段为已经被打上了时间戳T3、T4和修正域Corr2的Sync_reply报文，如图4所示。
在具体应用实施例中，对于主时钟节点，需配置TSN网络中主时钟节点使得能够识别集中同步控制器发送的Sync_raw报文，并将其解封装为Sync报文进行发送，并将收到的Sync_reply报文封装Sync_reply_stamped报文送往集中同步控制器；对于从时钟节点，需要配置TSN网络中每个从时钟节点使得都能够识别集中控制器发送的Sync_reply_raw，并将其解封装为Sync报文进行发送，以及将收到的Sync_reply报文封装Sync_reply_stamped报文送往集中同步控制器。
在具体应用实施例中，如图5所示，在集中同步控制器中定义从时钟同步信息表，在时钟同步信息表中记录时间同步报文携带的时间信息，表中每个表项对应于网络中每个从时钟，表项信息包括时间戳信息(ts)、修正域信息(corr)和偏移值信息(offset)。
在具体应用实施例中，如图6所示，在集中同步控制器中定义了配置信息表，该配置信息表中配置集中同步控制器时间同步的相关参数：所指定主时钟地址master_addr、从时钟组播地址multicast_addr和同步间隔sync_interval。
本发明采用上述方法在具体应用实施例中实现集中式控制时间同步的详细步骤为：
步骤1，设置一个集中同步控制器，通过配置文件输入并为其指定同步间隔SyncInterval、主时钟地址addressM和从时钟组播地址addressmul。
步骤2，设置一个主时钟节点，并配置该主时钟节点使得能够识别上述六种时间同步报文类型、以及具有时间戳标记功能。
步骤3，设置一或多个从时钟节点，并配置使得能够识别上述六种时间同步报文类型、以及具有时间戳标记功能。
步骤4，集中同步控制器根据同步间隔SyncInterval周期性向主时钟发送Sync_raw报文，Sync_raw报文中封装了Sync报文，具体包含Sync报文源地址、目的地址等信息。
步骤5，主时钟节点将接收的Sync_raw解析为Sync报文组播给从时钟节点，并在Sync报文的发送时刻在其指定字段打上时间戳T1。
步骤6，交换节点记录Sync报文经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对Sync报文的修正域Corr1字段进行更新。
步骤7，从时钟节点在Sync报文的接收时刻在其指定字段打上时间戳T2，随即将Sync报文封装为Sync_stamped报文并将其发送给集中同步控制器。
步骤8，集中同步控制器根据接收到的Sync_stamped报文的源地址对从时钟节点进行标识，并提取报文的时间戳信息T1、T2和修正域Corr1进行保存，然后向从时钟节点返回Sync_reply_raw报文，Sync_reply_raw报文中封装了Sync_reply报文，具体包含了Sync_reply报文源地址、目的地址等信息。
步骤9，从时钟节点将接收的Sync_reply_raw解析为Sync_reply报文送往主时钟节点，并在Sync_reply报文的发送时刻在其相应字段打上时间戳T3。
步骤10，交换节点记录Sync_reply报文经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对Sync_reply报文的修正域Corr2字段进行更新。
步骤11，主时钟节点在Sync_reply报文的接收时刻在其相应字段打上时间戳T4，将Sync_reply报文封装为Sync_reply_stamped报文并将其发送给集中同步控制器。
步骤12，集中同步控制器根据接收到的Sync_reply_stamped报文中提取其中相应的时间戳信息T3、T4和修正域Corr2。根据从时钟所记录的时间戳信息，集中同步控制器按照式(1)计算得到主从时间偏差，并以此时间偏移对从时钟时间进行调整。
本发明在时钟同步过程中，主从时钟无需进行时间同步报文的构造、偏移值的计算，仅需要对Sync、Sync_reply报文进行时间戳的标记，可以减少主从时钟的数据处理量，有效提高时间同步的控制效率、降低时间同步的控制复杂度。
在具体应用实施例中，如图7所示，本发明采用上述方法时集中同步控制器在单个同步周期的详细步骤包括：
701，集中同步控制器接收到休眠定时器超时的信息，开启该周期的同步处理。
702，对从时钟同步信息表的表项信息进行清空，设置同步处理定时器。
703，集中同步控制器根据配置信息构造Sync_raw报文。
704，等待报文接收，轮询读取接收到的时间同步报文。
若读取的报文为主时钟返回的Sync_stamped报文，执行步骤705、706：
705，根据从时钟地址对从时钟同步信息表的相应表项进行更新，写入时间戳T1、T2和修正域Corr1信息。
706，根据从时钟地址构造相应的Sync_reply_raw报文返回给主时钟。
若读取的报文为从时钟返回的Sync_reply_stamped报文，执行步骤707～709：
707，从时钟地址读取从时钟同步信息表中的相应表项，读取时间戳T1、T2和修正域Corr1信息和Sync_reply_stamped报文携带的时间T3、T4和修正域Corr2信息，计算当前同步周期从时钟相对于主时钟的偏移值。
708，将时间戳、修正域和偏移值信息写入到从时钟同步信息表中。
709，根据偏移值信息和从时钟地址构造偏移配置报文送往从时钟，从时钟通过解析偏移配置报文对本地时钟进行校准。
如果同步处理超时，则处理步骤710，否则返回步骤704。
710.设置同步休眠定时器。
上述主时钟的选取具体可采用集中同步控制器静态配置的方式，无需使用动态的最佳主时钟算法(BMCA)，且集中同步控制器与主时钟节点之间也无需保持一致的时间基准。
在具体应用实施例中，如图8所示，采用本发明上述时间同步方法中主时钟报文处理流程包括：
主时钟首先对接收的时间同步报文进行判断，若时间同步报文类型为Sync_raw报文:
801，对原始同步报文进行解封装，去除报文头，提取数据段得到Sync报文。
802，以从时钟组播地址为目的地址发送Sync报文。
803，在发送时刻为Sync报文打上时间戳T1。
若为Sync_reply报文：
804，在Sync_reply报文接收时刻为报文打上时间戳T4。
805，将Sync_reply报文作为数据段封装为Sync_reply_stamped报文。
806，以集中控制器为目的地址发送Sync_reply_stamped报文。
在具体应用实施例中，如图9所示，采用本发明上述时间同步方法中从时钟报文处理流程包括：
从时钟首先对接收的时间同步报文进行判断，若时间同步报文类型为Sync_reply_raw：
901，对原始同步回复报文进行解封装，去除Sync_reply_raw报文头，提取数据段得到Sync_reply报文。
902，以主时钟地址为目的地址发送Sync_reply报文。
903，在发送时刻为Sync_reply报文打上时间戳T3。
若接收时间同步报文类型为Sync：
904，在Sync报文接收时刻为报文打上时间戳T2。
905，将Sync报文作为数据段封装为Sync_stamped报文。
906，以集中控制器为目的地址发送Sync_stamped报文。
本实施例还包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序执行时实现如上述时间同步方法。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，步骤包括：
S01.在目标TSN中设置一个集中同步控制器，以及配置一个主时钟节点、至少一个从时钟节点，所述集中同步控制器配置为所述主时钟节点与各所述从时钟节点之间的交换节点；
S02.所述集中同步控制器按照预设周期构造同步报文送往所述主时钟节点；
S03.从节点时间提取：所述主时钟节点将接收到的同步报文广播给所有从时钟节点并打上时间戳，各所述从时钟节点将携带有时间戳的同步报文返回给所述集中同步控制器，所述集中同步控制器从返回的同步报文中提取出各从时钟节点对应的时间戳信息；
S04.主节点时间提取：各所述从时钟节点将接收到的所述集中同步控制器回复的同步报文发送给主时钟节点并打上时间戳，所述主时钟节点将携带有时间戳的回复同步报文发送给所述集中同步控制器，所述集中同步控制器从返回的回复同步报文中提取出主时钟节点的时间戳信息；
S05.时钟调整：根据提取出的所述主时钟节点的时间戳信息、所述各从时钟节点对应的时间戳信息，计算主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移；根据所述时间偏移对应调整各所述从时钟节点的时钟。
2.根据权利要求1所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S03的步骤包括：
S0301.所述主时钟节点接收所述集中同步控制器发送的原始同步报文Sync_raw进行解析，将解析得到的同步报文Sync广播给所有从时钟节点，并在所述主时钟节点发送所述同步报文Sync时刻、在各从时钟节点接收所述同步报文Sync时刻为所述同步报文Sync打上时间戳；
S0302.各从时钟节点将携带有时间戳信息的同步报文Sync形成同步标记报文Sync_stamped，并返回给所述集中式同步控制器；
S0303.所述集中式同步控制器接收所述同步标记报文Sync_stamped，并提取其中的从时钟节点信息以及时间戳信息，得到所述各从时钟节点对应的时间戳信息。
3.根据权利要求2所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S0301中，具体所述主时钟节点在所述同步报文Sync报文的发送时刻在所述同步报文Sync的对应字段打上第一时间戳T1，获取所述同步报文Sync经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对所述同步报文Sync的第一修正域Corr1进行更新，各所述从时钟节点在所述同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上第二时间戳T2。
4.根据权利要求3所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S0303中，具体根据接收到的所述同步标记报文Sync_stamped的源地址对所述从时钟节点进行标识，并提取所述同步标记报文Sync_stamped中的所述第一时间戳信息T1、所述第二时间戳信息T2和所述第一修正域Corr1。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S04的步骤包括：
S0401.各所述从时钟节点接收所述集中式同步控制器回复的原始同步回复报文Sync_reply_raw进行解析，将解析后同步回复报文Sync_reply发送给所述主时钟节点，并分别在从时钟节点发送同步回复报文的时刻、主时钟节点接收同步回复报文的时刻为所述同步回复报文Sync_reply打上时间戳；
S0402.所述主时钟节点将携带时间戳信息的所述同步回复报文Sync_reply形成同步回复标记报文Sync_reply_stamped，并返回给所述集中式同步控制器；
S0403.所述集中式同步控制器接收到所述同步回复标记报文Sync_reply_stamped后，提取出其中的时间戳信息，得到所述主时钟节点的时间戳信息。
6.根据权利要求5所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S0401中，具体各所述从时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上第三时间戳T3，获取所述同步回复报文Sync_reply经过交换节点的驻留时延，并以累加的形式对所述同步回复报文Sync_reply的第二修正域Corr2进行更新，所述主时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上第四时间戳T4。
7.根据权利要求6所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S0403中，根据接收到的所述同步回复标记报文Sync_reply_stamped，提取所述第三时间戳信息T3、第四时间戳T4以及所述第二修正域Corr2。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S05中具体根据提取的对应各从时钟节点、主时钟节点的时间戳信息、修正域信息计算所述主时钟节点与各从时钟节点之间的时间偏移，所述时间偏移的计算公式具体为：
Offseti＝((T1-T2i-Corr1i)-(T3i-T4i-Corr2i))
其中，Offseti表示第i个从时钟对应的时间偏移，T1为主时钟节点在所述同步报文Sync报文的发送时刻在所述同步报文Sync的对应字段打上的第一时间戳，T2为从时钟节点在所述同步报文Sync的接收时刻在对应字段打上的第二时间戳，T2i为第i个从时钟对应的第二时间戳，Corr1为包含有所述Sync报文传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第一修正域，Corr1i为第i个从时钟对应的所述第一修正域，T3为从时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的发送时刻在指定字段打上的第三时间戳，T4为主时钟节点在所述同步回复报文Sync_reply的接收时刻在对应字段打上的第四时间戳，T4i为第i个从时钟对应的所述第四时间戳，Corr2为包含有所述同步回复报文Sync_reply传输过程中经过交换节点驻留延时总和的第二修正域，Corr2i为第i个从时钟对应的所述第二修正域。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法，其特征在于，所述步骤S01中，还包括通过配置文件输入预设同步间隔SyncInterval、主时钟地址addressM和从时钟组播地址addressmul。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序执行时实现如权利要求1～9中任意一项所述的方法。
CN202110631636.6A 2021-06-07 2021-06-07 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法 Active CN113411153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110631636.6A CN113411153B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110631636.6A CN113411153B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113411153A true CN113411153A (zh) 2021-09-17
CN113411153B CN113411153B (zh) 2022-07-26

Family

ID=77676713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110631636.6A Active CN113411153B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113411153B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114095109A (zh) * 2021-11-17 2022-02-25 深圳市领创星通科技有限公司 一种时钟同步方法、装置、设备及存储介质
CN114389735A (zh) * 2021-12-06 2022-04-22 重庆邮电大学 一种基于ieee802.1as冗余主时钟的时钟同步方法
CN115047937A (zh) * 2022-06-14 2022-09-13 亿咖通(湖北)技术有限公司 基于实时通信的任务控制方法、装置和车辆控制系统
WO2023045881A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 北京车和家信息技术有限公司 时间同步装置、系统及方法
WO2023077760A1 (zh) * 2021-11-08 2023-05-11 重庆邮电大学 一种面向工业无线与tsn融合的跨网时间同步方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834712A (zh) * 2010-04-19 2010-09-15 浙江大学 利用ieee1588协议实现精确时间同步的方法
EP2541815A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-02 Alcatel Lucent Clock synchronization network
WO2016054884A1 (zh) * 2014-10-08 2016-04-14 中兴通讯股份有限公司 一种频偏监测方法、装置及计算机存储介质
CN105680975A (zh) * 2016-03-07 2016-06-15 浙江大学 一种主从结构多节点网络的时间同步方法
CN107294634A (zh) * 2017-06-13 2017-10-24 烽火通信科技股份有限公司 一种分布式系统上实现1588时间同步的集中式方法
WO2019149280A1 (zh) * 2018-02-02 2019-08-08 中兴通讯股份有限公司 同步报文的生成方法、同步设备及计算机可读存储介质
CN111654908A (zh) * 2020-07-03 2020-09-11 安徽理工大学 基于时间敏感网络的井下混合网络时间同步方法
CN112187393A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 北京国科天迅科技有限公司 Pon总线时间同步方法、装置、计算机设备和存储介质

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834712A (zh) * 2010-04-19 2010-09-15 浙江大学 利用ieee1588协议实现精确时间同步的方法
EP2541815A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-02 Alcatel Lucent Clock synchronization network
WO2016054884A1 (zh) * 2014-10-08 2016-04-14 中兴通讯股份有限公司 一种频偏监测方法、装置及计算机存储介质
CN105680975A (zh) * 2016-03-07 2016-06-15 浙江大学 一种主从结构多节点网络的时间同步方法
CN107294634A (zh) * 2017-06-13 2017-10-24 烽火通信科技股份有限公司 一种分布式系统上实现1588时间同步的集中式方法
WO2019149280A1 (zh) * 2018-02-02 2019-08-08 中兴通讯股份有限公司 同步报文的生成方法、同步设备及计算机可读存储介质
CN111654908A (zh) * 2020-07-03 2020-09-11 安徽理工大学 基于时间敏感网络的井下混合网络时间同步方法
CN112187393A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 北京国科天迅科技有限公司 Pon总线时间同步方法、装置、计算机设备和存储介质

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙志刚等: "TSN-Builder: Enabling Rapid Customization of Resource-Efficient Switches for Time-Sensitive Networking", 《IEEE》 *
王刚等: "分布式网络时钟同步研究", 《仪器仪表学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023045881A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 北京车和家信息技术有限公司 时间同步装置、系统及方法
WO2023077760A1 (zh) * 2021-11-08 2023-05-11 重庆邮电大学 一种面向工业无线与tsn融合的跨网时间同步方法
CN114095109A (zh) * 2021-11-17 2022-02-25 深圳市领创星通科技有限公司 一种时钟同步方法、装置、设备及存储介质
CN114389735A (zh) * 2021-12-06 2022-04-22 重庆邮电大学 一种基于ieee802.1as冗余主时钟的时钟同步方法
CN115047937A (zh) * 2022-06-14 2022-09-13 亿咖通(湖北)技术有限公司 基于实时通信的任务控制方法、装置和车辆控制系统
CN115047937B (zh) * 2022-06-14 2023-09-12 亿咖通(湖北)技术有限公司 基于实时通信的任务控制方法、装置和车辆控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113411153B (zh) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113411153B (zh) 一种用于时间敏感网络的集中式控制时间同步方法
US9258073B2 (en) Network element for a packet-switched network
US10091027B2 (en) Systems and methods for network interoperability
CN102447553A (zh) 一种精确时间同步协议的实现装置
EP3444789B1 (en) Timing synchronization method, sensor embedding terminal, and sensor network system
US9900120B2 (en) Clock synchronization method and apparatus
JP5127482B2 (ja) タイミング同期方法、同期装置、同期システム及び同期プログラム
US9363206B2 (en) Method and apparatus for selecting passive port of transparent clock node based on PTP
WO2017107519A1 (zh) 时钟同步方法和装置
WO2020136487A2 (en) A tsn enabled controller
Mildner Time sensitive networking for wireless networks-a state of the art analysis
CN111740800B (zh) 基于sdn架构5g智能节点的多精度时钟同步方法
Yang et al. A systematic network traffic emulation framework for digital twin network
CN116368777A (zh) 用时间捕获位置协议的tsn运行管理系统
CN112929117A (zh) 一种兼容可定义确定性通信以太网
Liu et al. OMNeT++ based modeling and simulation of the IEEE 1588 PTP clock
CN112929119B (zh) 分布式系统链路切换方法、装置、设备及存储介质
CN101420281B (zh) 用于在网络要素之间传送日内时间值的方法和装置
US10334539B2 (en) Metered interface
CN214480655U (zh) 一种兼容可定义确定性通信以太网的嵌入式设备
CN101615998A (zh) 一种在以太网中实现时钟同步的方法及系统及接入交换机
JP2018201116A (ja) 通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノード
Fontanelli et al. Master-less time synchronization for wireless sensor networks with generic topology
JP2013009184A (ja) 時刻同期システム
Gustins Low-power global time synchronization for the contiki-NG operating system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant