CN114826466A - 一种冗余主时钟的选取以及切换方法 - Google Patents

一种冗余主时钟的选取以及切换方法 Download PDF

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张弢
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Abstract

本发明提供一种冗余主时钟的选取以及切换方法，通过将时钟同步节点在预设周期内接收的候选时钟信息和自身当前时钟信息进行比较，并根据比较结果，确认冗余主时钟。同时新增询问机制，在最佳主时钟发生故障后，将最佳主时钟切换为所述冗余主时钟。本发明提供的冗余主时钟的选取方法，能够避免由于冗余技术带来的大量信令交互而导致的带宽资源消耗，从而有效的保障了时间敏感网络技术的性能与服务质量。所述切换方法避免了最佳主时钟故障后，网络主时钟进行切换过程中因所述最佳主时钟与所述冗余主时钟同步信令同时存在而导致同步过程混乱的问题。同时减少因时钟同步信息聚束而导致的信息处理错误问题，从而有效提高时钟同步网络的可靠性和稳定性。

Description

一种冗余主时钟的选取以及切换方法
技术领域
本发明涉及通信时钟同步领域，尤其涉及一种冗余主时钟的选取以及切换方法。
背景技术
随着工业自动化和自动驾驶等新兴应用的飞速发展，其部署的传感器与控制系统之间需要实时、可靠地传输大量数据，传统技术已经无法满足此类应用的通信需求。因此，具有高带宽、低延迟的时间敏感网络技术(Time Sensitive Networking，TSN)便顺势而生。时钟同步作为时间敏感网络技术的核心关键技术，是TSN技术保障通信实时性与可靠性的基础。为确保网络中的设备时钟同步，TSN工作组先后制定了IEEE 802.1AS和IEEE 802.1AS2020等协议版本，这些协议以IEEE 1588v2为基础，通过最佳主时钟(Best Master ClockAlgorithm，BMCA)等算法在网络中选出最佳主时钟(Grand Master，GM)，并以GM为时基标准构建网络时钟同步生成树，之后由GM周期性的发送同步信息，同步信息沿着时钟同步树向下传递，最终实现整个网络的时钟同步。
由上可知，GM的选取与GM的性能将会直接影响时钟同步的性能，从而影响TSN的性能。而当GM出现故障时，时钟同步网络将要再次根据BMCA等选择算法确定新的GM以及建立新的时钟同步路径，这导致时钟同步网路耗费较多的时间重新达到同步，从而使得TSN无法保障时间敏感应用的可靠性与低时延。考虑到此问题，IEEE 802.1AS-2020协议提出应采取冗余时钟的方式，即除选出GM之外，提供一个冗余GM，在GM失效时，可以快速切换到冗余GM及相应同步路径，从而降低时间同步路径重新建立的时间。然而协议并未给出冗余主时钟的选择方法以及冗余同步路径的形成方式。现有方法中给出了冗余路径支持方法，从节点收到来自两个不同方向上的同步信息，选择传输路径更短的同步信息来同步本地时钟，然而此方法需要网络同时运行两条同步路径，造成网络负载增加。此外，在GM遇到故障时，如何进行快速切换的方法也尚未研究。
因此，如何提供一种冗余主时钟的选取以及切换方法，以克服现有技术中存在的上述缺陷，日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冗余主时钟的选取以及切换方法，以解决现有技术存在的当最佳主时钟出现故障时，因重新选择新的最佳主时钟而极大地影响切换时间，并导致网络服务无法提供低时延、高可靠的通信服务的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种冗余主时钟选取方法，包括以下步骤：
时钟同步节点接收在预设周期内的候选时钟信息，其中，所述时钟同步节点内包含一当前时钟信息；
S2：根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，确认冗余主时钟。
可选的，步骤S2中，所述根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，选取冗余主时钟，包括：
S21：对于所述时钟同步节点在所述预设周期内接收的每个所述候选时钟信息，根据优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息；
S22：根据所述新的当前时钟信息，选取所述冗余主时钟；
其中，所述优先级向量包括：七个时钟属性元素，分别为：第一时钟优先级、时钟质量等级、时钟精度、时钟稳定度、第二时钟优先级、时钟识别信息和当前节点距离当前超主的跳数；其中，所述七个时钟属性元素的优先级为：所述第一时钟优先级＞所述时钟质量等级＞所述时钟精度＞所述时钟稳定度＞所述第二时钟优先级＞所述时钟识别信息，且所述当前节点距离当前超主的跳数的优先级为其中任意两个优先级之间、最高优先级或最低优先级。
可选的，步骤S21中所述优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息，包括：
S211：判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级是否小于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级是否大于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S212；
S212：判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级是否小于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级是否大于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S213；
S213：判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数是否大于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数是否小于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S214；
S214：判断所述当前时钟信息的所述时钟精度是否小于所述候选时钟信息的所述时钟精度，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟精度是否大于所述候选时钟信息的所述时钟精度，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S215；
S215：判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度是否小于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度是否大于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S216；
S216：判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级是否小于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级是否大于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S217；
S217：比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的所述时钟识别信息的大小，将两者中所述时钟识别信息更小的作为所述新的当前时钟信息。
可选的，步骤S1还包括：将前一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息得到的所述新的当前时钟信息作为所述当前时钟信息，以用于根据优先级向量的比较规则与前一个所述候选时钟信息进行比较；
步骤S2包括：将最后一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息比较后获取的新的当前时钟信息作为冗余主时钟。
可选的，在获取冗余主时钟后，所述方法还包括通过以下方式确认所述冗余主时钟的同步路径：
按照同步路径生成协议，根据所述冗余主时钟自动生成所述同步路径；或根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径。
可选的，根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径，包括：
步骤A1：对于每一个所述候选时间信息，根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点；
步骤A2：根据预设同步路径确定规则，结合多个所述主节点确认冗余主时钟的同步路径；
其中，所述端口优先级向量包括三个端口元素，分别为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数、发送报文的端口标识以及接收报文端口的端口号；所述三个端口优先级元素的优先级为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数＞发送报文的端口标识＞接收报文端口的端口号。
可选的，步骤A1中所述根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点包括以下步骤：
步骤A11：判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数是否小于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数是否大于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A12；
步骤A12：判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识是否小于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识是否大于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A13；
步骤A13：判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号是否小于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号是否大于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，将所述当前时钟信息所在的时钟同步节点或所述候选时钟信息所在的时钟同步节点任意一个作为主节点。
本发明还提供一种冗余主时钟切换方法，包括将最佳主时钟和上述任一项选取方法选出的所述冗余主时钟进行切换，所述切换方法包括以下步骤：
步骤B1：判断与最佳主时钟节点相邻的邻居节点在预设接收时间内是否接收到所述最佳主时钟或所述冗余主时钟发出的同步信息，若否，执行步骤B2；若是，执行步骤B4；
步骤B2：通过所述邻居节点向所述最佳主时钟发出询问信息，判断在预设回复时间内，所述邻居节点是否收到所述最佳主时钟的回复信息，若否，并执行步骤B3；若是执行步骤B4，
步骤B3：判定所述最佳主时钟故障或与所述最佳主时钟连接的链路故障，通过所述邻居节点将由所述冗余主时钟替换所述最佳主时钟的切换信息广播网络，所述网络中的所有所述时钟同步节点接到所述切换信息后启用冗余主时钟的同步信息，丢弃收到的所述最佳主时钟的同步信息，并以所述冗余主时钟同步路径周期性发送同步信息；
步骤B4：判定所述最佳主时钟正常，继续使用所述最佳主时钟的同步信息。
可选的，步骤B1中所述预设接收时间满足以下公式：
SyncTimeout＝syncInterval*2+residentTime
其中，所述SyncTimeout为所述预设接收时间，所述syncInterval为所述最佳主时钟发送同步报文的时间间隔，，所述residentTime为所述相邻节点对报文处理转发时间。
可选的，步骤B2中所述预设回复时间满足以下公式：
respondTimeout＝transmissiondelay*2+esidentTime
其中，所述respondTimeout为所述预设回复时间所述transmissiondelay为同步报文从所述最佳主时钟到所述邻居节点所需的传输时间。
与现有技术相比，本发明提供的一种冗余主时钟的选取以及切换方法具有如下有益效果：
本发明提供的一种冗余主时钟的选取方法，首先时钟同步节点接收在预设周期内的候选时钟信息，其中，所述时钟同步节点内包含一当前时钟信息；随后根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，确认冗余主时钟。本发明提供的冗余主时钟的选取方法，是在选取最佳主时钟的同时选取出所述冗余主时钟，而在利用最佳主时钟选取的同步信息过程中，没有额外增加新的报文，因此能够避免由于冗余技术带来的大量信令交互而导致的带宽资源消耗，从而有效的保障了时间敏感网络技术的性能与服务质量。
进一步地，本发明提供的一种冗余主时钟的切换方法，首先判断与所述最佳主时钟节点相邻的邻居节点在预设接收时间内是否接收到所述最佳主时钟或所述冗余主时钟发出的同步信息，若是，判定所述最佳主时钟正常，继续使用所述最佳主时钟的同步信息。若否，将通过所述邻居节点向所述最佳主时钟发出询问信息，并判断在预设回复时间内，所述邻居节点是否收到所述最佳主时钟的回复信息，若是，仍然判定所述最佳主时钟正常，继续使用所述最佳主时钟的同步信息。若否则判定所述最佳主时钟故障或与所述最佳主时钟连接的链路故障，通过所述邻居节点将由所述冗余主时钟替换所述最佳主时钟的切换信息广播网络，所述网络中的所有所述时钟同步节点接到所述切换信息后启用冗余主时钟的同步信息，丢弃收到的所述最佳主时钟的同步信息，并以所述冗余主时钟同步路径周期性发送同步信息。本发明提供的冗余主时钟的切换方法，通过询问机制，不仅能够快速判断所述最佳主时钟是否故障并在判定故障后采取相应措施，而且避免了所述最佳主时钟故障后，网络主时钟进行切换过程中因所述最佳主时钟与所述冗余主时钟同步信令同时存在而导致同步过程混乱的问题。同时能够减少因时钟同步信息聚束而导致的信息处理错误问题，从而有效的提高时钟同步网络的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的冗余主时钟选取方法流程图；
图2为本发明一实施例提供的冗余主时钟属性比较过程；
图3为本发明一实施例提供的相邻节点间的端口状态；
图4为本发明一实施例提供的最佳主时钟和冗余主时钟的快速切换方法；
图5为本发明一实施例提供的网络拓扑结构；
图6为本发明一实施例提供的通过BMCA重建时钟同步树与本方法提出的冗余同步网络恢复网络所需时间对比。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本实施例提供了一种冗余主时钟选取方法，具体的，请参见图1，图1为本发明涉及的方法流程图，从图中可以看出，所述选取方法包括以下步骤：
S1：时钟同步节点接收在预设周期内的候选时钟信息，其中，所述时钟同步节点内包含一当前时钟信息；
S2：根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，确认冗余主时钟。
如此设置，本发明提供的冗余主时钟的选取方法，是在选取最佳主时钟的同时选取出冗余主时钟，利用最佳主时钟选取的同步信息，没有额外增加新的报文，因此能够有效的避免由于冗余技术带来的大量信令交互而导致的带宽资源消耗，从而有效的保障了时间敏感网络技术的性能与服务质量。
优选的，步骤S2中，所述根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，选取冗余主时钟，包括：
S21：对于所述时钟同步节点在所述预设周期内接收的每个所述候选时钟信息，根据优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息；
S22：根据所述新的当前时钟信息，选取所述冗余主时钟；
其中，所述优先级向量包括：七个时钟属性元素，分别为：第一时钟优先级(priority1)、时钟质量等级(clockClass)、时钟精度(clockAccuracy)、时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)、第二时钟优先级(priority2)、时钟识别信息(clockIdentity)和当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)；其中，所述七个时钟属性元素的优先级为：所述第一时钟优先级(priority1)＞所述时钟质量等级(clockClass)＞所述时钟精度(clockAccuracy)＞所述时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)＞所述第二时钟优先级(priority2)＞所述时钟识别信息(clockIdentity)，且所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)的优先级为其中任意两个优先级之间、最高优先级或最低优先级。由此，本发明提供的选取方法通过比较这七个元素的大小，能够确定出当前次优的主时钟，同时将当前次优的主时钟作为所述冗余主时钟。
参见附图2，图2为本发明一实施例提供的冗余主时钟属性比较过程，从图中可以看出，步骤S21中所述根据优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息，包括：
S211：判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级(priority1)是否小于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级(priority1)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级(priority1)是否大于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级(priority1)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S212；
S212：判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级(clockClass)是否小于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级(clockClass)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级(clockClass)是否大于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级(clockClass)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S213；
S213：判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)是否大于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)是否小于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S214；
S214：判断所述当前时钟信息的所述时钟精度(clockAccuracy)是否小于所述候选时钟信息的所述时钟精度(clockAccuracy)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟精度(clockAccuracy)是否大于所述候选时钟信息的所述时钟精度(clockAccuracy)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S215；
S215：判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)是否小于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)是否大于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度(offsetScaledLogVariance)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S216；
S216：判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级(priority2)是否小于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级(priority2)，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级(priority2)是否大于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级(priority2)，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S217；
S217：比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的所述时钟识别信息(clockIdentity)的大小，将两者中所述时钟识别信息(clockIdentity)更小的作为所述新的当前时钟信息。
由此，通过按照所述七个时钟时钟元素的优先级顺序比较，能够迅速选出所述冗余主时钟，同时本发明因为加入了所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)，所以通过本发明选取出的所述冗余主时钟还将时钟位置考虑在内，并选择所述冗余主时钟远离所述最佳主时钟，从而避免于通信链路故障导致所述最佳主时钟和所述冗余主时钟的同步信息都无法传输到网络的各节点中的问题。且所述当前节点距离当前超主的跳数(stepsRemoved)的优先级还可以根据用户的网络环境而设定，因此还能够满足各种网络环境需求。
优选的，步骤S1还包括：将前一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息得到的所述新的当前时钟信息作为所述当前时钟信息，以用于根据优先级向量的比较规则与前一个所述候选时钟信息进行比较；
步骤S2包括：将最后一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息比较后获取的新的当前时钟信息作为冗余主时钟。由此，确保了通过本发明提供的选取方法选出的所述冗余主时钟，是在充分比较了所述时钟同步节点在周期内能够接收到的所有候选时钟信息后选出的，从而确保了所述冗余主时钟的正确性。
优选的，在获取冗余主时钟后，所述方法还包括通过以下方式确认所述冗余主时钟的同步路径：
按照同步路径生成协议，根据所述冗余主时钟自动生成所述同步路径；或根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径。由此，通过选出所述冗余主时钟的同步路径，确保各节点发出的同步信息能够沿所述同步路径正常传递。
优选的，所述根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径，包括：
步骤A1：对于每一个所述候选时间信息，根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点；
步骤A2：根据预设同步路径确定规则，结合多个所述主节点确认冗余主时钟的同步路径；
其中，所述端口优先级向量包括三个端口元素，分别为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)、发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)以及接收报文端口的端口号(subportNumber)；所述三个端口优先级元素的优先级为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)＞发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)＞接收报文端口的端口号(subportNumber)。由此，通过所述三个端口优先级元素的优先级比较，能够最终确定连接相邻节点的端口状态。从而快速确认同步路径。
请参见图3，图3为本发明一实施例提供的相邻节点间的端口状态，从图中可以看出，步骤A1中所述根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点包括以下步骤：
步骤A11：判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)是否小于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)是否大于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数(substepsRemoved)，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A12；
步骤A12：判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)是否小于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)是否大于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识(subsourcePortIdentity)，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A13；
步骤A13：判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号(subportNumber)是否小于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号(subportNumber)，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号(subportNumber)是否大于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号(subportNumber)，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，将所述当前时钟信息所在的时钟同步节点或所述候选时钟信息所在的时钟同步节点任意一个作为主节点。由此，通过逐次比较能够最终确定连接相邻节点的端口状态，从而生成同步路径并确保所述时钟同步节点发出的同步信息能够正常传递。
实施例二
本发明还提供一种冗余主时钟切换方法，请参见图4，图4为本发明一实施例提供的最佳主时钟和冗余主时钟的快速切换方法；从图中可以看出，所述切换方法，包括将最佳主时钟和上述任一项选取方法选出的所述冗余主时钟进行切换，所述切换方法包括以下步骤：
步骤B1：判断与最佳主时钟节点相邻的邻居节点在预设接收时间内是否接收到所述最佳主时钟或所述冗余主时钟发出的同步信息，若否，执行步骤B2；若是，执行步骤B4；
步骤B2：通过所述邻居节点向所述最佳主时钟发出询问信息，判断在预设回复时间内，所述邻居节点是否收到所述最佳主时钟的回复信息，若否，并执行步骤B3；若是执行步骤B4，
步骤B3：判定所述最佳主时钟故障或与所述最佳主时钟连接的链路故障，通过所述邻居节点将由所述冗余主时钟替换所述最佳主时钟的切换信息广播网络，所述网络中的所有所述时钟同步节点接到所述切换信息后启用冗余主时钟的同步信息，丢弃收到的所述最佳主时钟的同步信息，并以所述冗余主时钟同步路径周期性发送同步信息；
步骤B4：判定所述最佳主时钟正常，继续使用所述最佳主时钟的同步信息。
如此设置，本发明提供的冗余主时钟的切换方法，通过询问机制，不仅能够快速判断所述最佳主时钟是否故障并采取相应措施，而且避免了所述最佳主时钟故障后，网络主时钟进行切换过程中因所述最佳主时钟与所述冗余主时钟同步信令同时存在而导致同步过程混乱的问题。同时能够减少因时钟同步信息聚束而导致的信息处理错误问题，从而有效的提高时钟同步网络的可靠性和稳定性。需要进一步说明的是，其中，所述最佳主时钟的选取方法包括：时钟同步网络开始运行后，相邻节点之间相互发送Announce报文，Announce报文携带用于确定最佳主时钟与冗余主时钟的时钟信息，分别位于Announce报文的不同字段。当所述时钟同步节点收到相邻节点发送的Announce报文后，将收到的最佳主时钟信息、冗余主时钟信息和自身存储的最佳主时钟信息、冗余主时钟信息进行比较，即将得到的四个时钟信息通过BMCA算法中的数据集比较法得到所述最佳主时钟。
优选的，步骤B1中所述预设接收时间满足以下公式：
SyncTimeout＝syncInterval*2+residentTime
步骤B2中所述预设回复时间满足以下公式：
respondTimeout＝transmissiondelay*2+residentTime
其中，所述SyncTimeout为所述预设接收时间，所述syncInterval为所述最佳主时钟发送同步报文的时间间隔，所述residentTime为所述相邻节点对报文处理转发时间，所述respondTimeout为所述预设回复时间，所述transmissiondelay为同步报文从所述最佳主时钟到所述邻居节点所需的传输时间。由此，为所述最佳主时钟是否故障提供了判定的时间依据。
具体地，可继续参见图5，图5为本发明一实施例提供的网络拓扑结构，从图中可以看出，当网桥1在syncTimeout时间内未收到所述最佳主时钟发送的同步信息，网桥1将主动向所述最佳主时钟发出询问报文，当respondTimeout时间内未收到所述最佳主时钟的回复，则认定当前所述最佳主时钟故障，网桥1将向网络广播所述最佳主时钟切换信息告知所有节点当前所述最佳主时钟故障将启用所述冗余主时钟，并以所述冗余主时钟同步路径周期性发送同步信息，通过所述冗余主时钟发送的同步信息进行时钟同步。
另外，本发明为了验证通过冗余机制时钟同步网络在出现故障时能够更快的从故障中恢复过来，将现有BMCA算法重建时钟同步生成树方式和本文提出的冗余主时钟切换方式进行对比仿真得到图6所示仿真结果。通过图6的仿真结果可以看到通过BMCA算法重建时钟同步生成树所需时间受网络节点数量影响较大，当网络中节点数增加时，通过BMCA算法建立时钟同步生成树结构将要花费大量时间，而通过冗余主时钟切换的方式所耗费的时间与网络中节点数多少影响不大。因此，当时钟同步网络中节点数较多的情况下，使用冗余机制恢复网络的时间相对于通过BMCA算法重建时钟同步网络的时间将大大缩小。能够保证时钟同步网络在故障发生时快速的从故障中恢复过来，从而有效的提高时钟同步网络的可靠性。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的系统和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
综上，本发明提供的冗余主时钟的选取方法，是在选取最佳主时钟的同时选取出冗余主时钟，利用最佳主时钟选取的同步信息，没有额外增加新的报文，因此能够有效的避免由于冗余技术带来的大量信令交互而导致的带宽资源消耗，从而有效的保障了时间敏感网络技术的性能与服务质量。
本发明提供的冗余主时钟的切换方法，通过询问机制，不仅能够快速判断所述最佳主时钟是否故障并采取相应措施，而且避免了所述最佳主时钟故障后，网络主时钟进行切换过程中因所述最佳主时钟与所述冗余主时钟同步信令同时存在而导致同步过程混乱的问题。同时能够减少因时钟同步信息聚束而导致的信息处理错误问题，从而有效的提高时钟同步网络的可靠性和稳定性。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冗余主时钟的选取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：时钟同步节点接收在预设周期内的候选时钟信息，其中，所述时钟同步节点内包含一当前时钟信息；
S2：根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，确认冗余主时钟。
2.如权利要求1所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，步骤S2中，所述根据预设比较规则，获取所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的比较结果，并根据比较结果，选取冗余主时钟，包括：
S21：对于所述时钟同步节点在所述预设周期内接收的每个所述候选时钟信息，根据优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息；
S22：根据所述新的当前时钟信息，选取所述冗余主时钟；
其中，所述优先级向量包括：七个时钟属性元素，分别为：第一时钟优先级、时钟质量等级、时钟精度、时钟稳定度、第二时钟优先级、时钟识别信息和当前节点距离当前超主的跳数；其中，所述七个时钟属性元素的优先级为：所述第一时钟优先级＞所述时钟质量等级＞所述时钟精度＞所述时钟稳定度＞所述第二时钟优先级＞所述时钟识别信息，且所述当前节点距离当前超主的跳数的优先级为其中任意两个优先级之间、最高优先级或最低优先级。
3.如权利要求2所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，步骤S21中所述优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的优先级向量与所述当前时钟信息的优先级向量进行比较，根据比较结果确定新的当前时钟信息，包括：
S211：判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级是否小于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述第一时钟优先级是否大于所述候选时钟信息的所述第一时钟优先级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S212；
S212：判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级是否小于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟质量等级是否大于所述候选时钟信息的所述时钟质量等级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S213；
S213：判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数是否大于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数是否小于所述候选时钟信息的所述当前节点距离当前超主的跳数，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S214；
S214：判断所述当前时钟信息的所述时钟精度是否小于所述候选时钟信息的所述时钟精度，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟精度是否大于所述候选时钟信息的所述时钟精度，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S215；
S215：判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度是否小于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述时钟稳定度是否大于所述候选时钟信息的所述时钟稳定度，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S216；
S216：判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级是否小于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级，若是，将所述当前时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，判断所述当前时钟信息的所述二时钟优先级是否大于所述候选时钟信息的所述二时钟优先级，若是，将所述候选时钟信息作为所述新的当前时钟信息；若否，执行步骤S217；
S217：比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的所述时钟识别信息的大小，将两者中所述时钟识别信息更小的作为所述新的当前时钟信息。
4.如权利要求3所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，
步骤S1还包括：将前一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息得到的所述新的当前时钟信息作为所述当前时钟信息，以用于根据优先级向量的比较规则与前一个所述候选时钟信息进行比较；
步骤S2包括：将最后一个所述候选时钟信息与所述当前时钟信息比较后获取的新的当前时钟信息作为冗余主时钟。
5.如权利要求1所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，在获取冗余主时钟后，所述方法还包括通过以下方式确认所述冗余主时钟的同步路径：
按照同步路径生成协议，根据所述冗余主时钟自动生成所述同步路径；或根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径。
6.如权利要求5所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，所述根据预设端口比较规则，比较所述当前时钟信息和所述候选时钟信息的端口状态，并根据端口状态的比较结果，获取冗余主时钟的同步路径，包括：
步骤A1：对于每一个所述候选时间信息，根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点；
步骤A2：根据预设同步路径确定规则，结合多个所述主节点确认冗余主时钟的同步路径；
其中，所述端口优先级向量包括三个端口元素，分别为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数、发送报文的端口标识以及接收报文端口的端口号；所述三个端口优先级元素的优先级为：距离当前认定的冗余主时钟的跳数＞发送报文的端口标识＞接收报文端口的端口号。
7.如权利要求6所述的一种冗余主时钟选取方法，其特征在于，步骤A1中所述根据端口优先级向量的比较规则，将所述候选时钟信息的端口优先级向量与所述当前时钟信息的端口优先级向量进行比较，根据比较结果确定主节点包括以下步骤：
步骤A11：判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数是否小于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数是否大于所述候选时钟信息的所述距离当前认定的冗余主时钟的跳数，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A12；
步骤A12：判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识是否小于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述发送报文的端口标识是否大于所述候选时钟信息的所述发送报文的端口标识，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，执行步骤A13；
步骤A13：判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号是否小于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号，若是，将所述当前时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，判断所述当前时钟信息的所述接收报文端口的端口号是否大于所述候选时钟信息的所述接收报文端口的端口号，若是，将所述候选时钟信息所在的所述时钟同步节点作为所述主节点；若否，将所述当前时钟信息所在的时钟同步节点或所述候选时钟信息所在的时钟同步节点任意一个作为主节点。
8.一种冗余主时钟切换方法，其特征在于，包括将最佳主时钟和通过权利要求1-7中任一项选取方法选出的所述冗余主时钟进行切换，所述切换方法包括以下步骤：
步骤B1：判断与最佳主时钟节点相邻的邻居节点在预设接收时间内是否接收到所述最佳主时钟或所述冗余主时钟发出的同步信息，若否，执行步骤B2；若是，执行步骤B4；
步骤B2：通过所述邻居节点向所述最佳主时钟发出询问信息，判断在预设回复时间内，所述邻居节点是否收到所述最佳主时钟的回复信息，若否，执行步骤B3；若是执行步骤B4，
步骤B3：判定所述最佳主时钟故障或与所述最佳主时钟连接的链路故障，通过所述邻居节点将由所述冗余主时钟替换所述最佳主时钟的切换信息广播网络，所述网络中的所有所述时钟同步节点接到所述切换信息后启用冗余主时钟的同步信息，丢弃收到的所述最佳主时钟的同步信息，并以所述冗余主时钟同步路径周期性发送同步信息；
步骤B4：判定所述最佳主时钟正常，继续使用所述最佳主时钟的同步信息。
9.如权利要求8所述的一种冗余主时钟切换方法，其特征在于，步骤B1中所述预设接收时间满足以下公式：
SyncTimeout＝syncInterval*2+residentTime
其中，所述SyncTimeout为所述预设接收时间，所述syncInterval为所述最佳主时钟发送同步报文的时间间隔，所述residentTime为所述相邻节点对报文处理转发时间。
10.如权利要求9所述的一种冗余主时钟切换方法，其特征在于，步骤B2中所述预设回复时间满足以下公式：
respondTimeout＝transmissiondelay*2+esidentTime
其中，所述respondTimeout为所述预设回复时间，所述residentTime为所述相邻节点对报文处理转发时间，所述transmissiondelay为同步报文从所述最佳主时钟到所述邻居节点所需的传输时间。
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WO2024065308A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 Zte Corporation Method, device, and system for time synchronization

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