CN115664572A - 时钟同步方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种时钟同步方法、装置及系统，涉及轨道交通技术领域，该方法包括：在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；主时钟设备为与从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；根据时钟同步交互信息，获取与主时钟设备之间的当前时间偏差值；在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；基于当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。本发明实现联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，最大程度保证从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，有效提高时钟同步的准确性。

Description

时钟同步方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种时钟同步方法、装置及系统。

背景技术

在安全计算机平台系统环境运行过程中，两端主机之间时间由各自时间计数器产生，彼此时间独立。然而在某些特定运行场景下，两端主机之间的通信交互需要满足彼此间的时间耦合。为解决此场景下的时间耦合问题，需要增加设备间的时间同步，以保证通信交互的时间耦合。

现有的时间同步方案需要以一方为主时间设备，另一方为从时间设备，从时间设备根据同步方案计算的时间偏移量对自身时间进行调整，使从时间设备与主时间设备的相同，从而满足两设备的时间同步。此时间同步方案基于双端通信，采用1588时间同步协议进行偏移量计算，针对偏移量进行同步或微调处理，上电过程中，完成两端主机的时间同步，运行过程中根据时间偏移量和设定的容忍阈值判断，进行时间微调，以满足整个运行过程中的双端设备时间同步。

但是上述时间同步方案采用1588时间同步协议，主要依赖于每次通信得到的T1、T2、T3和T4时刻计算得到两设备的时间偏移和通信延时，对双端进行时间实时微调。而双端之间的通信时间受环境场景影响较大，很容易导致获取的时间偏移和通信延时不精准，进而使得时间同步结果不精准。

发明内容

本发明提供一种时钟同步方法、装置及系统，用以解决现有技术中依赖于每次通信获取的交互时间，对双端进行时间实时微调，导致时钟同步结果不准确的缺陷，实现提高时钟同步的准确性。

本发明提供一种时钟同步方法，应用于从时钟设备，包括：

在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

根据本发明提供的一种时钟同步方法，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取所述当前时间偏差值对应的周期号和所述历史时间偏差值对应的周期号；

根据所述周期号，获取所述当前时间偏差值对应的权重值，以及所述历史时间偏差值对应的权重值；

根据所述权重值，对所述当前时间偏差值和所述历史时间偏差值进行加权融合；

根据加权融合结果执行时钟同步。

根据本发明提供的一种时钟同步方法，所述根据加权融合结果执行时钟同步，包括：

在所述加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，根据所述加权融合结果对所述从时钟设备的第一周期号进行调整后，对所述从时钟设备的第二周期号进行调整。

根据本发明提供的一种时钟同步方法，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取在所述当前周期之前的多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时；

根据所述耗时，确定所述当前周期内的目标时刻；

在所述目标时刻，根据所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

根据本发明提供的一种时钟同步方法，所述主时钟设备是基于多个时钟处理器构建生成的；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备中每一时钟处理器之间的时间偏差值；

对所述多个时钟处理器对应的时间偏差值进行数据融合，得到所述当前时间偏差值。

根据本发明提供的一种时钟同步方法，所述获取与所述主时钟设备之间的时钟同步交互信息，包括：

接收所述主时钟设备发送的请求报文帧；所述请求报文帧中包含所述主时钟设备发送所述请求报文帧的第一时刻；

记录接收所述请求报文帧的第二时刻，并向所述主时钟设备发送响应报文帧；所述响应报文帧中包含发送所述响应报文帧的第三时刻；

接收所述主时钟设备发送的同步报文帧，从所述同步报文帧中解析出所述主时钟设备接收所述响应报文帧的第四时刻；

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述时钟同步交互信息；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述当前时间偏差值。

本发明还提供一种时钟同步方法，应用于主时钟设备，包括：

在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本发明还提供一种时钟同步装置，应用于从时钟设备，包括：

第一获取模块，用于在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

第一计算模块，用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二获取模块，用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

第一同步模块，用于基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本发明还提供一种时钟同步装置，应用于主时钟设备，包括：

第三获取模块，用于在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

第二计算模块，用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二同步模块，用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本发明还提供一种时钟同步系统，包括多个互为主备关系的从时钟设备，以及多个互为主备关系的主时钟设备；

多个从时钟设备与多个主时钟设备之间通过总线连接；

所述多个从时钟设备中的第一主系设备用于执行如上述任一种所述的时钟同步方法；

所述第一主系设备还用于在获取到与所述主时钟设备之间的时钟同步交互信息的情况下，将所述多个从时钟设备中所述第一主系设备对应的第一备系设备配置为跟随状态；

所述第一备系设备用于在监控到所述第一主系设备执行时钟同步的情况下，跟随所述第一主系设备执行时钟同步；

所述多个主时钟设备中的第二主系设备用于执行如上述所述的时钟同步方法。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述时钟同步方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述时钟同步方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述时钟同步方法。

本发明提供的时钟同步方法、装置及系统，通过从时钟设备与主时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取从时钟设备与主时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，有效提高时钟同步的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是本发明提供的时钟同步方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的时钟同步系统中从时钟设备与主时钟设备之间交互的时序图之一；

图3是本发明提供的时钟同步方法的流程示意图之二；

图4是本发明提供的时钟同步装置的结构示意图之一；

图5是本发明提供的时钟同步装置的结构示意图之二；

图6是本发明提供的时钟同步系统的结构示意图；

图7是本发明提供的时钟同步系统中从时钟设备与主时钟设备之间交互的时序图之二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-2描述本发明的时钟同步方法，该方法可应用于从时钟设备，如图1所述，该方法包括如下步骤：

步骤101，在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

其中，主时钟设备与从时钟设备可以是时钟同步系统两端的主机设备，两端主机之间的时间耦合性需要得以满足，在未完成时间同步之前，两端主机之间的时间独立性使两端主机之间的交互无法正常进行，部分实时数据的有效性无法保证。因此为保证两端的主机设备及时钟同步系统的正常运行，需要对两端的主机设备进行时钟同步。

时钟同步系统可以是二乘二取二安全计算系统，或需要进行双端服务器进行交互的双端系统等，本实施例对此不做具体地限定。以下以时钟同步系统为二乘二取二安全计算系统为例，对本实施例中的时钟同步方法展开描述。

二乘二取二安全计算系统两端的主机设备(即主时钟设备和从时钟设备)之间可以通过通信连接，如基于PowerLink总线通信连接或无线通信连接等，以实现两端的主机设备之间的数据交互。其中两端的主机设备的状态可以为时钟同步激活状态或时钟同步等待状态，具体由应用端进行配置；其中，在初始上电过程中，两端的主机设备各自完成各自本端内的上电任务处理，两端之间无通信交互。此时，两端的主机设备均默认为时钟同步等待状态，在等待状态下，两端均不会对外发送数据请求，各自执行本端对应的正常周期任务，并等待应用重新设定各端的工作状态。

在两端的主机设备中一端的主机设备被配置为激活端后，该端的主机设备作为主时钟设备，另一端的主机设备作为从时钟设备。其中，主时钟设备为时钟同步的主时间，即提供参考时间的时钟设备；从时钟设备为时钟同步的从时间，即需要进行时钟同步的时钟设备。

当前周期可以为主时钟设备被配置为时钟同步过程中的中间周期，本实施例对此不做具体地限定。每一周期可以根据具体业务需求进行划分，如以200毫秒为单位进行周期划分。

需要说明的是主时钟设备的数量和从时钟设备的数量均可以为一个或多个，如两个等，本实施例对此不作具体地限定。

可选地，在当前周期内，从时钟设备与主时钟设备之间进行一次或多次的时钟同步帧传输，以根据交互过程中传输的时钟同步帧，生成时钟同步交互信息。其中，时钟同步帧可以是基于业务需求生成的时钟同步协议帧，如根据1588协议产生的时钟同步协议帧等。其中，1588协议以一方为主时间设备，另一方为从时间设备，从时间设备根据同步方案计算的时间偏移量对自身时间进行调整，使从时间设备与主时间设备的相同，从而满足两设备之间的时间同步。

步骤102，根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

可选地，在获取到时钟同步交互信息后，可设置时间同步状态标志，以在下一周期进入时间同步状态。并且可以根据时钟同步交互信息，获取主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，根据主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，确定主时钟设备和从时钟设备之间进行信息交互所需的信息传输延迟时间。

根据信息传输延迟时间以及主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，联合确定在当前周期，从时钟设备与主时钟设备之间存在的时间偏差值，将该时间偏差值作为当前时间偏差值。

步骤103，在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

其中，第一目标时间偏差值具体可以根据业务需求进行设置，用于限定在确保主时钟设备与从时钟设备之间正常通信交互的情况下，所确定的最大时间偏差值。

可选地，在获取到当前时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值与第一目标时间偏差值进行比较。在当前时间偏差值未超出(小于或等于)第一目标时间偏差值的情况下，确定当前时间偏差值不影响主时钟设备与从时钟设备之间正常通信交互。此时，从时钟设备不做时钟同步处理，继续获取在下一周期内，与主时钟设备之间的时钟同步交互信息。

在当前时间偏差值超出第一目标时间偏差值的情况下，确定主时钟设备与从时钟设备之间的时间偏差较大，影响主时钟设备与从时钟设备之间正常通信交互，需要重新执行时间同步操作。在此种情况下，需要获取当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值，以进行时钟同步。

其中，多个历史周期为与当前时间周期邻近的多个持续历史周期，且历史时间偏差值未超出第一目标时间偏差值；历史周期的具体数量可以根据实际业务场景获取，如3个或4个等。

步骤104，基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

可选地，在获取到当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值之后，可以对当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行融合，以获取最终时间偏差值。然后，根据最终偏差值进行时间校对检验，以与主时钟设备的时间同步。

其中，融合方式包括但不限于采用融合模型进行融合或直接进行求平均值计算或加权融合计算等，本实施例对此不做具体地限定。

需要说明的是，在主时钟设备被配置为时钟同步过程中的初始周期时，在接收到主时钟设备发送的请求报文帧的情况下，直接设置时间同步状态标志，以在下一周期进入时间同步状态；并与主时钟设备进行交互，获取与主时钟设备之间的初始时钟同步交互信息，根据初始时钟同步交互信息计算初始时间偏差值，以根据初始时间偏差值进行时钟同步；在初始周期，从时钟设备完成时间同步后，进入下一周期，从时钟设备恢复正常状态，可与主时钟设备之间正常进行通信交互。并继续执行101-104步骤，以实现时钟的周期性同步，提高时钟同步的准确性。

本实施例中提供的时钟同步方法，通过从时钟设备与主时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取从时钟设备与主时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，提高时钟同步的准确性。

在一些实施例中，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取所述当前时间偏差值对应的周期号和所述历史时间偏差值对应的周期号；

根据所述周期号，获取所述当前时间偏差值对应的权重值，以及所述历史时间偏差值对应的权重值；

根据所述权重值，对所述当前时间偏差值和所述历史时间偏差值进行加权融合；

根据加权融合结果执行时钟同步。

其中，不同的周期号对应不同的周期，不同周期获取的当前时间偏差值对时钟同步的影响程度不同。

可选地，步骤104中执行时钟同步的具体方法包括：

获取计算当前时间偏差所在的当前周期的周期号，以及计算历史时间偏差值所在的历史周期的周期号。

对当前周期的周期号以及多个历史周期的周期号进行时间区段划分，根据每一周期号所属的时间区段对应的权重值，获取每一时间偏差值对应的权重值。

然后，将当前时间偏差值对应的权重值与当前时间偏差值进行相乘，得到第一相乘结果；将各历史时间偏差值对应的权重值与各历史时间偏差值进行相乘，得到第二相乘结果；然后，计算第一相乘结果和第二相乘结果的平均值，得到当前时间偏差值与历史时间偏差值的加权融合结果。然后，根据加权融合结果执行时钟同步，以使从时钟设备的时间与主时钟设备的时间同步。

本实施例为不同周期获取的时间偏差值确定不同的权重值，并根据权重值，对各周期获取的时间偏差值进行融合，以得到受环境影响较小，且更加精准的时间偏差值，并利用该时间偏差值进行时钟同步，使得时钟同步结果更加精准和稳定。

在一些实施例中，所述根据加权融合结果执行时钟同步，包括：

在所述加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，根据所述加权融合结果对所述从时钟设备的第一周期号进行调整后，对所述从时钟设备的第二周期号进行调整。

其中，第一周期号为主周期号，第二周期号为微周期号；主周期对应的单位时长大于微周期对应的单位时长，如主周期对应的单位时长为200毫秒，微周期对应的单位时长为1毫秒。

第二目标时间偏差值是根据每一主周期对应的单位时长确定的。如将200毫秒作为一个主周期，则主周期对应的单位时长为200毫秒，相应的第二目标时间偏差值为200毫秒。

可选地，在加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，则确定从时钟设备的主周期号和主时钟设备的主周期号不一致，此时，从时钟设备需要先对本端的主周期号进行同步更新；然后，再对第二周期号进行调整。

在加权融合结果小于第二目标时间偏差值的情况下，直接对第二周期号进行调整。

本实施例中，在加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，根据所述加权融合结果，依次对第一周期号进行粗调整，再对第二周期号进行微调整，使得时间同步效率更高，更加精准。

在一些实施例中，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取在所述当前周期之前的多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时；

根据所述耗时，确定所述当前周期内的目标时刻；

在所述目标时刻，根据所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

其中，目标周期为在当前周期之前，且需要执行时钟同步的周期。目标周期的数量可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不作具体地限定。

可选地，获取每一目标周期内执行时钟同步所需的耗时，对多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时进行处理，以预估当前周期内执行时钟同步所需的耗时；根据当前周期内执行时钟同步所需的耗时，在当前周期内选择目标时刻作为执行时钟同步的起始时刻。

在当前时刻达到目标时刻的情况下，开始联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，以避免因时钟同步执行时机不精准，导致时钟同步在下一周期到来之前未完成时间同步，进而影响时钟同步准确性差的问题，进而提高时钟同步的准确性。

例如，执行时钟同步的起始时刻为195毫秒，则在到达当前周期的195毫秒时进行时间同步校准。

其中，对多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时进行处理，以预估当前周期内执行时钟同步所需的耗时的方式包括：从多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时中选择最大耗时作为当前周期内执行时钟同步所需的耗时；或者，计算多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时的平均值作为当前周期内执行时钟同步所需的耗时，本实施例对此不做具体地限定。

在一些实施例中，所述主时钟设备是基于多个时钟处理器构建生成的；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备中每一时钟处理器之间的时间偏差值；

对所述多个时钟处理器对应的时间偏差值进行数据融合，得到所述当前时间偏差值。

可选地，在主时钟设备和从时钟设备均基于多个时钟处理器构建生成的情况下，步骤102中获取与主时钟设备之间的当前时间偏差值的步骤具体包括：

从时钟设备与主时钟设备之间进行多时钟处理器交互，以得到从时钟设备中每一时钟处理器与主时钟设备中每一时钟处理器之间进行时钟同步的交互信息，即从时钟设备的任一时钟处理器在接收到主时钟设备发送的时间同步帧，如请求报文帧(Req帧)的情况下，可将Req帧添加到主备微周期的系内交互数据包内进行系内交互，以保证从时钟设备中的多个时钟处理器在下一周期同时进入时间同步状态，因此，在交互过程中，可获取到每一时钟处理器与主时钟设备中每一时钟处理器之间进行时钟同步的交互信息。

根据时钟同步交互信息中从时钟设备中每一时钟处理器与每一时钟处理器之间的交互信息，获取与每一时钟处理器之间的时间偏差值。

然后，计算多个时钟处理器对应的时间偏差值的平均值，得到当前时间偏差值，以根据当前时间偏差值进行时钟同步。

需要说明的是，在进行时钟同步的过程中，需要同步同时对从时钟设备中多个时钟处理器进行时钟同步。

本实施例中通过联合从时钟设备与主时钟设备中多个时钟处理器之间的时间偏差值，以获取更加精准的当前时间偏差值，实现了从时钟设备与主时钟设备之间的上电时间同步和周期时间校准检验与同步，即可在上电阶段完成两端主机的时间同步，周期运行后完成两端主机的周期校准；同时，从时钟设备与主时钟设备在周期运行过程中，对当前时间偏差值进行了多时钟处理器交互及多周期的冗余处理，避免通信过程中因通信环境变化造成的通信延时误差的问题，最大程度的保证了从时钟设备与主时钟设备的时钟的稳定同步，以实现在一定误差范围内保证运行过程中的两端主机时间同步。并且本实施例基于原有的通信接口基础上进行设计，不需要额外增加新的通信接口，有效降低开发难度和开发成本。

在一些实施例中，所述获取与所述主时钟设备之间的时钟同步交互信息，包括：

接收所述主时钟设备发送的请求报文帧；所述请求报文帧中包含所述主时钟设备发送所述请求报文帧的第一时刻；

记录接收所述请求报文帧的第二时刻，并向所述主时钟设备发送响应报文帧；所述响应报文帧中包含发送所述响应报文帧的第三时刻；

接收所述主时钟设备发送的同步报文帧，从所述同步报文帧中解析出所述主时钟设备接收所述响应报文帧的第四时刻；

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述时钟同步交互信息；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述当前时间偏差值。

如图2所示，步骤101-102中，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息以及当前时间偏差值的步骤具体包括：

当主时钟设备被设定为激活端后，主时钟设备会在第一时刻T1发送请求报文帧(Req帧)，并在请求报文帧内将T1打包发送给从时钟设备；

从时钟设备在接收到主时钟设备发送的Req帧后，设置用于标记在下一周期进入时间同步状态的时间同步状态标志，并在中断中记录接收请求报文帧的第二时刻T2，并在第三时刻T3在响应报文帧(Ack帧)内将T3时刻打包发送给主时钟设备。

主时钟设备在接收到Ack帧的情况下，在中断中记录接收Ack帧的第四时刻T4，并在恰当时间将包含T4的同步报文帧(Syn帧)发送给从时钟设备。从时钟设备在接收到Syn帧后解析出T4，以根据第一时刻、第二时刻、第三时刻和第四时刻，获取所述时钟同步交互信息，进而计算当前时间偏差值，实现时钟同步。

其中，同步算法中T1、T2、T3和T4的时间基准是以安全计算机系统开始硬同步之后的时钟计数器值进行确定，具体计算公式为：

T＝MainCycleCnt×Cycle1+MicroCycleCnt×Cycle2；

其中，T为时间基准的时刻值，MainCycleCnt为第一周期号(即主周期号)，MicroCycleCnt为第二周期号(即微周期号)，Cycle1为第一周期号对应的周期时间；Ctcle2为第二周期号对应的周期时间。

计算当前时间偏差值的步骤包括，根据T1、T2、T3和T4计算获取当前网络延迟，然后再根据当前网络延迟计算当前时间偏差值，具体公式包括：

offset＝(T2-T1)-delay；

其中，offset为当前时间偏差值，delay为当前网络延迟，即从时钟设备与主时钟设备之间进行信息交互所产生的延时。

本实施例通过主时钟设备与从时钟设备之间的时钟同步交互信息，获取当前网络延迟，以根据当前网络延迟时间，精确地计算获取当前时间偏差值。

如图3所示，本实施例还提供一种时钟同步方法，该方法应用于主时钟设备，具体包括如下步骤：

步骤301，在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

可选地，在当前周期内，主时钟设备与从时钟设备之间进行一次或多次的时钟同步帧传输，以根据交互过程中传输的时钟同步帧，生成时钟同步交互信息。

步骤302，根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

可选地，在获取到时钟同步交互信息后，可以根据时钟同步交互信息，获取主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，根据主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，确定主时钟设备和从时钟设备之间进行信息交互所需的信息传输延迟时间。

根据信息传输延迟时间以及主时钟设备和从时钟设备各自收发各时钟同步帧的时刻，联合确定在当前周期，从时钟设备与主时钟设备之间存在的时间偏差值，将该时间偏差值作为当前时间偏差值。

步骤303，在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

可选地，在获取到当前时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值与第一目标时间偏差值进行比较。在当前时间偏差值未超出(小于或等于)第一目标时间偏差值的情况下，确定当前时间偏差值不影响主时钟设备与从时钟设备之间正常通信交互。此时，从时钟设备不需要时钟同步处理，继续获取在下一周期内，与从时钟设备之间的时钟同步交互信息。

在当前时间偏差值超出第一目标时间偏差值的情况下，确定主时钟设备与从时钟设备之间的时间偏差较大，影响主时钟设备与从时钟设备之间正常通信交互，需要重新执行时间同步操作。在此种情况下，主时钟设备可以将计算得到的当前时间偏差值以及当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至从时钟设备，由从时钟设备对当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行融合，以获取最终时间偏差值。然后，根据最终偏差值进行时间校对检验，以与主时钟设备的时间同步。

本实施例中提供的时钟同步方法，通过主时钟设备与从时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取主时钟设备与从时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值发送至从时钟设备，以便从时钟设备联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，提高时钟同步的准确性。

下面对本发明提供的时钟同步装置进行描述，下文描述的时钟同步装置与上文描述的时钟同步方法可相互对应参照。

如图4所述，为本申请提供的时钟同步装置之一，该装置包括第一获取模块401、第一计算模块402、第二获取模块403和第一同步模块404，其中：

第一获取模块401用于在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

第一计算模块402用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二获取模块403用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

第一同步模块404用于基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本实施例中提供的时钟同步装置，通过从时钟设备与主时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取从时钟设备与主时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，提高时钟同步的准确性。

在一些实施例中，第一同步模块404具体用于：获取所述当前时间偏差值对应的周期号和所述历史时间偏差值对应的周期号；根据所述周期号，获取所述当前时间偏差值对应的权重值，以及所述历史时间偏差值对应的权重值；根据所述权重值，对所述当前时间偏差值和所述历史时间偏差值进行加权融合；根据加权融合结果执行时钟同步。

在一些实施例中，第一同步模块404还用于：在所述加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，根据所述加权融合结果对所述从时钟设备的第一周期号进行调整后，对所述从时钟设备的第二周期号进行调整。

在一些实施例中，第一同步模块404还用于：获取在所述当前周期之前的多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时；根据所述耗时，确定所述当前周期内的目标时刻；在所述目标时刻，根据所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

在一些实施例中，所述主时钟设备是基于多个时钟处理器构建生成的；

第一计算模块402，具体用于：根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备中每一时钟处理器之间的时间偏差值；对所述多个时钟处理器对应的时间偏差值进行数据融合，得到所述当前时间偏差值。

在一些实施例中，第一获取模块401，具体用于：接收所述主时钟设备发送的请求报文帧；所述请求报文帧中包含所述主时钟设备发送所述请求报文帧的第一时刻；记录接收所述请求报文帧的第二时刻，并向所述主时钟设备发送响应报文帧；所述响应报文帧中包含发送所述响应报文帧的第三时刻；接收所述主时钟设备发送的同步报文帧，从所述同步报文帧中解析出所述主时钟设备接收所述响应报文帧的第四时刻；根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述时钟同步交互信息；

第一计算模块，还用于：根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述当前时间偏差值。

如图5所示，为本申请提供的时钟同步装置之二，该装置包括第三获取模块501、第二计算模块502和第二同步模块503，其中：

第三获取模块501用于在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

第二计算模块502用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二同步模块503用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本实施例中提供的时钟同步装置，通过主时钟设备与从时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取主时钟设备与从时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值发送至从时钟设备，以便从时钟设备联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，提高时钟同步的准确性。

如图6所示，本实施例提供一种时钟同步系统，该系统包括多个互为主备关系的从时钟设备601，以及多个互为主备关系的主时钟设备602；

多个从时钟设备601与多个主时钟设备602之间通过通信总线连接；

所述多个从时钟设备601中的主系从时钟设备用于执行上述各实施例提供的任一所述时钟同步方法，如执行在当前周期内，获取与主时钟设备602之间的时钟同步交互信息；根据时钟同步交互信息，获取与主时钟设备602之间的当前时间偏差值；在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；基于当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

并且第一主系设备还用于在获取到与主时钟设备602之间的时钟同步交互信息的情况下，向第一主系设备对应的第一备系设备发送时钟同步消息，以将第一备系设备降为跟随状态，使得第一备系设备在监控到第一主系设备执行时钟同步的情况下，跟随第一主系设备同时同步执行时钟同步。在完成时间同步后，进入下一周期，第一主系设备回归正常状态，第一备系设备跟随升备。

如图7所述，第一主系设备执行的时钟同步方法具体包括如下阶段：

第一阶段，上电默认阶段；具体在上电阶段，主时钟设备和从时钟设备默认均为时钟同步等待状态。

第二阶段，设置时钟同步激活状态阶段；具体第一主系设备在接收到第二主系设备发送的Req帧后，设置时间同步状态标志，以在下一周期进入时间同步状态；同时，向第一备系设备发送同步消息，告知第一备系设备下一周期降为跟随状态；并且，将收到的Req帧添加到在主备微周期的系内交互数据包内进行系内交互，以保证第一主系设备中的多个时钟处理器在下一周期同时进入时间同步状态；同时第一备系设备收到第一主系设备发来的同步消息后，也需要在主备微周期进行系内数据交互，保证第一备系设备中的多个时钟处理器同时在下一周期降为跟随状态。

第三阶段，时钟同步交互阶段；具体包括第一主系设备的各个时钟处理器与第二主系设备的各时钟处理器之间进行时钟同步交互，获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息获取当前时间偏差值；

第四阶段，时钟校验阶段；具体包括第一主系设备判断当前时间偏差值是否超出第一目标时间偏差值，在超出的情况下，根据当前时间偏差值和多个历史时间偏差值，在下一周期重新进行时钟同步。

所述多个主时钟设备中的第二主系设备用于执行上述各实施例提供的任一所述时钟同步方法，如执行在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；从时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；根据所述时钟同步交互信息，获取与从时钟设备之间的当前时间偏差值；在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值以及在当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至从时钟设备，以供从时钟设备基于当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

本实施例提供的时钟同步系统，通过主时钟设备与从时钟设备之间进行时钟同步帧交互，以获取时钟同步交互信息，并根据时钟同步交互信息，实时获取主时钟设备与从时钟设备之间的当前时间偏差，在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值发送至从时钟设备，以便从时钟设备联合当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，一方面在当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，才进行时钟同步，可以减少频繁进行时钟同步所产生的资源浪费；另一方面，联合当前周期的当前时间偏差值和多个历史周期的历史时间偏差值进行时钟同步，以对时间偏差值进行多周期冗余处理，避免受单次通信环境的影响，最大程度地保证了从时钟设备的时钟与主时钟设备的时钟进行稳定地时间同步，提高时钟同步的准确性。

在此需要说明的是，本发明提供的上述时钟同步系统，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，应用于从时钟设备，包括：

在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

2.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取所述当前时间偏差值对应的周期号和所述历史时间偏差值对应的周期号；

根据所述周期号，获取所述当前时间偏差值对应的权重值，以及所述历史时间偏差值对应的权重值；

根据所述权重值，对所述当前时间偏差值和所述历史时间偏差值进行加权融合；

根据加权融合结果执行时钟同步。

3.根据权利要求2所述的时钟同步方法，其特征在于，所述根据加权融合结果执行时钟同步，包括：

在所述加权融合结果大于或等于第二目标时间偏差值的情况下，根据所述加权融合结果对所述从时钟设备的第一周期号进行调整后，对所述从时钟设备的第二周期号进行调整。

4.根据权利要求1-3任一所述的时钟同步方法，其特征在于，所述基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步，包括：

获取在所述当前周期之前的多个目标周期内执行时钟同步所需的耗时；

根据所述耗时，确定所述当前周期内的目标时刻；

在所述目标时刻，根据所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

5.根据权利要求1-3任一所述的时钟同步方法，其特征在于，所述主时钟设备是基于多个时钟处理器构建生成的；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备中每一时钟处理器之间的时间偏差值；

对所述多个时钟处理器对应的时间偏差值进行数据融合，得到所述当前时间偏差值。

6.根据权利要求1-3任一所述的时钟同步方法，其特征在于，所述获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息，包括：

接收所述主时钟设备发送的请求报文帧；所述请求报文帧中包含所述主时钟设备发送所述请求报文帧的第一时刻；

记录接收所述请求报文帧的第二时刻，并向所述主时钟设备发送响应报文帧；所述响应报文帧中包含发送所述响应报文帧的第三时刻；

接收所述主时钟设备发送的同步报文帧，从所述同步报文帧中解析出所述主时钟设备接收所述响应报文帧的第四时刻；

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述时钟同步交互信息；

所述根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值，包括：

根据所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述第四时刻，获取所述当前时间偏差值。

7.一种时钟同步方法，其特征在于，应用于主时钟设备，包括：

在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

8.一种时钟同步装置，其特征在于，应用于从时钟设备，包括：

第一获取模块，用于在当前周期内，获取与主时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述主时钟设备为与所述从时钟设备通信连接，且处于时钟同步激活状态的时钟设备；

第一计算模块，用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述主时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二获取模块，用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，获取在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值；

第一同步模块，用于基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

9.一种时钟同步装置，其特征在于，应用于主时钟设备，包括：

第三获取模块，用于在当前周期内，获取与从时钟设备之间的时钟同步交互信息；所述从时钟设备为与所述主时钟设备通信连接，且处于时钟同步等待状态的时钟设备；

第二计算模块，用于根据所述时钟同步交互信息，获取与所述从时钟设备之间的当前时间偏差值；

第二同步模块，用于在所述当前时间偏差值大于第一目标时间偏差值的情况下，将所述当前时间偏差值以及在所述当前周期之前的多个历史周期对应的历史时间偏差值发送至所述从时钟设备，以供所述从时钟设备基于所述当前时间偏差值和所述多个历史周期的历史时间偏差值，执行时钟同步。

10.一种时钟同步系统，其特征在于，包括多个互为主备关系的从时钟设备，以及多个互为主备关系的主时钟设备；

多个从时钟设备与多个主时钟设备之间通过总线连接；

所述多个从时钟设备中的第一主系设备用于执行如权利要求1-6任一所述的时钟同步方法；

所述第一主系设备还用于在获取到与所述主时钟设备之间的时钟同步交互信息的情况下，将所述多个从时钟设备中所述第一主系设备对应的第一备系设备配置为跟随状态；

所述第一备系设备用于在监控到所述第一主系设备执行时钟同步的情况下，跟随所述第一主系设备执行时钟同步；

所述多个主时钟设备中的第二主系设备用于执行如权利要求7所述的时钟同步方法。

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