CN1337138A - 计算机网络的时间同步方法和具有时间同步的计算机网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用主计算机实现的、计算机网络的时间同步方法,其中,为了进行同步,利用第N个中断在ATM总线上发送一个时间信号,该时间信号对应于该中断时间点再加上各中断之间的时间间隔,而且,需同步的子计算机利用下一个中断将其时钟调整到该发送的时间信号上。

Description

计算机网络的时间同步方法 和具有时间同步的计算机网络
本发明涉及一种计算机网络的时间同步方法，优选为由至少一个主计算机(主设备)和至少一个所属的子计算机(从属设备)组成的交换计算机系统的时间同步方法，其中，每个计算机都具有至少一个内部时钟，而且所述的计算机通过至少一个ATM总线相连(ATM＝异步转移模式)。
另外，本发明还涉及一种计算机网络，优选为由至少一个主计算机(主设备)和至少一个所属的子计算机(从属设备)组成的交换计算机系统，其中，每个计算机都具有至少一个内部时钟，而且所述的计算机通过至少一个ATM总线彼此相连。
目前还没有公开过实时处理计算机系统、尤其是交换计算机系统的现有技术，其中参与计算机网络的计算机的时间同步是利用在日期和时钟时间方面至少为+/-50msec的精度、以及在相对计时标记方面至少为+/-1msec的精度来实现的。目前所使用的交换计算机系统、譬如本申请人的交换计算机系统EWSD或EWSX要么被实现为单处理器系统，要么被实现为严格耦合的多处理器系统。在这种构造方式中，由于多个处理器的严格耦合或由于只存在一个处理器，自然需要给出特殊的时间同步。
但是在一般的设计过程中，还需要把分布式的实时处理计算机系统用作交换计算机系统。根据计费测定的要求，位于处理计算机系统之内的处理计算机需要有一个在日期和时钟时间方面的同步时间，该时间的最大误差为+/-50msec。该要求是由计费测定决定的，因为在所述分布式系统中的所有计算机处均由该计费测定来编制具有时间数据的记录单。另外，根据所述分布式系统的内部数据传送协议，需要为所述网络系统内的所有计算机实现一种精度为至少+/-1msec的相对计时标记，也即计数。这种计时标记的相对分辨率-亦即从一个计数到下一个计数的间隔-典型地为大约10msec的范围。该计时标记是必需的，以便用来在系统中测量消息通过时间、分析故障特性，或借助系统跟踪器来在所述的分布式系统中实现性能分析。为了能时间正确地根据跟踪结果分配事件，同样也需要在系统范围内同步的时钟时间，也即相应准确的计时标记。
因此本发明的任务在于，讲述一种优选为交换计算机系统的计算机网络的时间同步方法以及一种相应的计算机网络，优选为相应的交换计算机系统，所述方法能为日期/时钟时间实现至少为+/-50msec的时间同步，而且还能为一般的相对计时标记实现至少为+/-1msec的时间同步，其中在各个计算机之间没有直接的连接，而是仅采用了ATM总线。
该任务由相应的主方法权利要求和主装置权利要求的特征部分来实现。
一种计算机网络的时间同步方法，优选为由至少一个主计算机(主设备)和至少一个所属的子计算机(从属设备)组成的交换计算机系统的时间同步方法，其中，每个计算机都具有至少一个内部时钟，而且所述的计算机通过至少一个ATM总线相连(ATM＝异步转移模式)，就该方法来说，发明人建议它至少具有如下的方法步骤：
-由所述至少一个主计算机利用第N个中断发送出一个用固定时间间隔Δt发送的中断序列，并通过所述的ATM总线发出一个具有时间数据(TOD)的同步消息(Sync)，其中，所述的时间数据对应于所述主计算机在第N个中断时间点时的时间再加上所述的时间间隔Δt，
-由所述至少一个子计算机通过所述的ATM总线并利用较好的可能性读取该同步消息，然后利用下一中断的出现把其内部时钟调整到所述传送的时间，并且通过所述的ATM总线向主计算机发送一个具有所述子计算机的标识的结果消息(Ack)，
-由所述的主计算机读取该结果消息，并根据消息渡越时间来判断该结果消息是否为适时发出的，
-如果为适时发出，则确定所述相应的子计算机为同步，而且
-如果不为适时发出，则确定所述相应的子计算机为不同步。
根据本发明方法的一种扩展方案，在上述中断之间可以出现在该时间同步方法中不考虑的其它中断。
根据本发明的思想，所述的主计算机可以利用第(N+2)个中断重新实现上述方法所述的时间同步，以便使在第一次同步扫描中没有同步的子计算机利用该重新执行的时间同步进行同步。此外，可以在某个时间过去之后，根据计算机网络中各个计算机的各硬件时钟的行程差来生成各计算机时间测量的相对偏差，由此使重新同步成为必要。
显然，该时间同步可以以某些预定的间隔重复进行，以便使计算机网络不断地保持同步。
根据本发明的方法，可以在主计算机内为同步或不同步的计算机建立识别机理，其中，如果所述的结果消息在所述第(N+1)和(N+2)个中断之间输入到主计算机内，则认为一个确定的子计算机同步。
利用这种方法，主计算机可以识别出哪些子计算机处于同步状态或非同步状态，而无需采取其它特殊的通往子计算机的通信连接。
被用来发送同步中断的时间间隔Δt的典型大小为23.5msec。时间间隔Δt的该典型精度要比几nsec好，因为后者会与几μsec范围内的纯程序运行时间叠加。
本发明的上述时间同步方法还有一种扩展方案，即在所述的计算机网络中设有其它的主计算机，而该其它的主计算机又具有一个至少在系统时间方面为上一级的计算机，并按上述方法进行同步。由此还可以使譬如由多个群集组成的更大计算机网络产生同步，其中所述的群集由一个主计算机和多个下级的子计算机组成，这样，首先是所述的主计算机在其系统时间方面同步，然后该主计算机又自动地-按照上述方法-使其所属的子计算机同步。
但需要指出的是，也可以在一种其中所有的计算机通过ATM总线彼此相连的计算机网络中定义一个单独的、通过ATM总线实现时间同步的主计算机，这样，所有的、也即所有其它的主计算机和所有子计算机便根据该同步消息进行同步。如果一个自己不触发同步的主计算机想识别其所属的子计算机是否现在已时间同步，那么它便可以监听各子计算机的结果消息，并由此来判断其所属的子计算机是否已时间同步。
在优选的方法中，所述传送的时间中还可以包含有日期，而在一种特殊的实施方案中，所述的ATM总线为一种AMX总线。
除了本发明的方法之外，发明人还根据另一发明思想建议用如下方式来改进已知的计算机网络，该计算机网络优选为由至少一个主计算机(主设备)和至少一个所属的子计算机(从属设备)组成的交换计算机系统，其中，每个计算机都具有至少一个内部时钟，而且所述的计算机通过至少一个ATM总线彼此相连(ATM＝异步转移模式)，所述的方式为：
-所述至少一个主计算机具有一种装置，由该装置利用第N个中断发送出一个用固定时间间隔Δt发送的中断序列，并通过所述的ATM总线发出一个具有时间数据(TOD)的同步消息(Sync)，其中，所述的时间数据对应于所述主计算机在第N个中断时间点时的时钟时间再加上所述的时间间隔Δt，
-所述至少一个子计算机具有一种通过所述的ATM总线读取该同步消息的装置，其中，其内部时钟利用下一中断的出现被调整到所述传送的时间，并且还具有一种被用来通过所述的ATM总线向主计算机发送一个具有所述子计算机标识的结果消息(Ack)的装置，
-所述的主计算机具有一种读取该结果消息的装置和一种判定装置，该判定装置根据消息渡越时间来判断该结果消息是否为适时发出的，
-在所述的主计算机内装设一个存储装置，其中，如果为适时发出，则确定所述相应的子计算机为同步，而且
-如果不为适时发出，则确定所述相应的子计算机为不同步。
根据此发明，除了为时间同步所设定的中断之外，还可以设置一些在该时间同步中不考虑的其它中断。
在所述计算机网络的一种特殊实施方案中另外还规定，主计算机用于时间同步的所述装置具有一种重复器，该重复器利用第(N+2)个中断重新实现时间同步。当时间同步需要维持一个较长的时延时，这是非常重要的。
在本发明计算机网络的一种特殊实施方案中建议，如果所述的结果消息在所述第(N+1)和(N+2)个中断之间输入到主计算机内。则主计算机的所述判定装置便认为一个确定的子计算机同步。所述中断之间的时间间隔的典型大小可以规定为23.5msec。
相应于上述的方法，也可以在所述的计算机网络中设有其它的主计算机，而该其它的主计算机又具有一个至少在系统时间方面为上一级的计算机，并按上述方法相互进行同步。
另外有利的是，所述传送的时间中不仅包括纯粹的白天时间，而且还包含有日期。
在本发明计算机网络的另一种典型的扩展方案中，所述的ATM总线为一种AMX总线。
本发明的其它扩展、附加特征和优点将由下文参考附图对优选实施例的说明中和从属权利要求给出。
应当理解，本发明的上述特征和下面还将讲述的特征不仅可以以所述给定的组合应用，还可以以其它组合或单独地应用，而不会脱离本
发明的范围。
下文借助附图来详细解释本发明。
图1：计算机网络的简图；
图2：在时间轴上的本发明方法流程图。
图1示出了计算机网络的简图，其具有举例示出的四个计算机1～4。计算机1为主计算机(主设备)1，它具有处理器(MP主设备＝主处理器主设备)1.1、石英控制的时钟(HW时钟＝硬件时钟)1.2、以及经ATM连接线1.4通往AMX总线5的接口1.3。
另外还示出了子计算机2～3，它们在配置上同样也分别具有处理器2.1～4.1、时钟2.2～4.2、以及ATM接口2.3～4.3。所述的子计算机2～4也通过ATM连接线2.4～4.4接到AMX总线5上。
连接箭头6.1～6.3的意思是，所实现的时间同步从主计算机1出发作用到子计算机2～4。
图2示出了用于时间同步的本发明方法的时间流程，该方法是利用图1所示的计算机网络来实现的。从左至右延伸的是时间轴t。从上至下排列列出了具有处理器1.1～4.1的四个计算机。沿着时间轴在最上面一行中给出了一些时间同步中断(ATM点)，其具有时间间隔Δt为23.5msec的第N～N+3个中断。所述的主计算机1利用第一个中断N发送一个同步消息，该消息为在第N个中断时间点时的当前时间TOD再加上23.5msec(TOD-S)。该发送的时间TOD-S也对应于第(N+1)个中断出现时的时间点。在该时间流程中，在于计算机2和子计算机3中均读取该同步消息(Sync)。在收到该同步消息之后，所述的两个计算机2和3便将其内部时钟2.2和3.2调整为所述传送的时间TOD-S以作为第(N+1)个中断时的开始。此外，它们还在第(N+1)个中断之后利用如下信息向主计算机1发送一个结果消息(Ack)，所述信息为同步消息已收到和内部时钟的时间已相应地调整。然而，第三个子计算机4只有在第(N+1)个中断之后才接收所述的同步消息，使得它只针对下一个-也即针对稍后的中断-而将其内部时钟调整到所述传送的时间。因此，其系统时间的误差为Δt＝23.5ms。相应地，该第三个子计算机也只有在第(N+2)个中断之后才给主计算机发送结果消息。
于是，主计算机在第(N-1)个中断和第(N+2)个中断之间进行记录，所述的两个子计算机2和3已根据同步消息(Sync)使其内部时钟2.2和3.2同步，而子计算机3还没有发出结果消息(Ack)。因此，主计算机知道只有所述的子计算机2和3在其时间调整方面已正确同步，而计算机3的结果还没有确定。在第(N+2)个中断之后，主计算机收到所述子计算机3的结果消息，此时该主计算机才知道所述的子计算机3的确没有正确地同步。利用该第(N+2)个中断-也即在下一个成偶数的中断时-，所述的主计算机再次向计算机网络中没有同步的子计算机4发送第二组同步消息，该消息为在第(N+2)个中断时间点时的当前时间再加上23.5msec，利用随后给主计算机发送的信号，该子计算机4重新开始同步。另外，可以利用接下来的时钟使此处没有示出的、其它还未同步的计算机产生同步。
如果该方法以足够的频度进行重复，则可以使所有的子计算机与主计算机同步。在该情形下，时间调整的不准确性与从主计算机到子计算机的消息的时间流程无关，而是只取决于各个中断之间的时间间隔Δt的精度。由于该时间间隔的不准确性只位于几nsec的范围之内，所以通过上述方法的时间同步极为精确，由此在任何情况下都可以在传送的时钟时间和日期方面满足+/-50msec的要求。
如果除了上述发送的时钟时间之外还利用同步消息发送一个计时标记(亦即计数)，而该计时标记的分辨率位于几毫秒的范围之内，则也可以通过上述方法用位于该计时标记的分辨率之内的精度来调整整个计算机网络的计算机的相对计时标记。
因此，所述的方法满足同步时间方面的要求(日期/时钟时间：+/-50msec，相对计时标记：+/-1msec)。

Claims (16)

1.计算机网络的时间同步方法，优选为由至少一个主计算机(主设备)(1)和至少一个所属的子计算机(从属设备)(2，3，4)组成的交换计算机系统的时间同步方法，其中，每个计算机(1，2，3，4)都具有至少一个内部时钟(1.2，2.2，3.2，4.2)，而且所述的计算机(1，2，3，4)通过至少一个ATM总线(5)相连(ATM＝异步转移模式)，
其特征在于如下的方法步骤：
-由所述至少一个主计算机(1)利用第N个中断发送出一个用固定时间间隔Δt发送的中断序列，并通过所述的ATM总线(5)发出一个具有时间数据(TOD-S)、且必要时还具有计时标记(计数值)的同步消息(Sync)，其中，所述的时间数据对应于所述主计算机在第N个中断时间点时的时钟时间(TOD)再加上所述的时间间隔Δt，
-由所述至少一个子计算机(2，3，4)通过所述的ATM总线(5)并利用较好的可能性读取该同步消息(Sync)，然后利用下一中断的出现把其内部时钟(2.2，3.2，4.2)调整到所述传送的时间(TOD-S)，并且通过所述的ATM总线(5)向主计算机(1)发送一个具有所述子计算机(2，3，4)的标识的结果消息(Ack)，
-由所述的主计算机(1)读取该结果消息(Ack)，并根据消息渡越时间来判断该结果消息(Ack)是否为适时发出的，
-如果为适时发出，则确定所述相应的子计算机为同步，而且
-如果不为适时发出，则确定所述相应的子计算机为不同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在权利要求1所述的中断之间可以出现在本方法中不考虑的其它中断。
3.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述的主计算机(1)利用第(N+2)个中断重新实现权利要求1所述的时间同步。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，如果所述的结果消息(Ack)在所述第(N+1)和(N+2)个中断之间输入到主计算机(1)内，则认为一个确定的子计算机(2，3，4)同步。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述的时间间隔Δt为23.5msec。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述的计算机网络中设有其它的主计算机，而该其它的主计算机又具有一个至少在系统时间方面为上一级的计算机，并按上述方法进行同步。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述传送的时间(TOD-S)中还包含有日期。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述的ATM总线为一种AMX总线。
9.计算机网络，优选为由至少一个主计算机(主设备)(1)和至少一个所属的子计算机(从属设备)(2，3，4)组成的交换计算机系统，其中，每个计算机(1，2，3，4)都具有至少一个内部时钟(1.2，2.2，3.2，4.2)，而且所述的计算机(1，2，3，4)通过至少一个ATM总线(5)彼此相连(ATM＝异步转移模式)，其特征在于，
-所述至少一个主计算机(1)具有一种装置，由该装置利用第N个中断发送出一个用固定时间间隔Δt发送的中断序列，并通过所述的ATM总线(5)发出一个具有时间数据(TOD-S)、且必要时还具有计时标记(计数值)的同步消息(Sync)，其中，所述的时间数据对应于所述主计算机在第N个中断时间点时的时钟时间(TOD)再加上所述的时间间隔Δt，
-所述至少一个子计算机(2，3，4)具有一种通过所述的ATM总线(5)读取该同步消息(Sync)的装置，其中，其内部时钟(2.2，3.2，4.2)利用下一中断的出现被调整到所述传送的时间(TOD-S)，并且还具有一种被用来通过所述的ATM总线(5)向主计算机(1)发送一个具有所述子计算机(2，3，4)标识的结果消息(Ack)的装置，
-所述的主计算机(1)具有一种读取该结果消息(Ack)的装置和一种判定装置，该判定装置根据消息渡越时间来判断该结果消息(Ack)是否为适时发出的，
-在所述的主计算机(1)内装设一个存储装置，其中，如果为适时发出，则确定所述相应的子计算机为同步，而且
-如果不为适时发出，则确定所述相应的子计算机为不同步。
10.如权利要求9所述的计算机网络，其特征在于，在 1所述的中断之间可以设置一些在所述时间同步中不考虑的其它中断。
11.如前述权利要求9～10之一所述的计算机网络，其特征在于，主计算机(1)用于时间同步的所述装置具有一种重复器，该重复器利用第(N+2)个中断重新实现时间同步。
12.如前述权利要求9～11之一所述的计算机网络，其特征在于，如果所述的结果消息(Ack)在所述第(N+1)和(N+2)个中断之间输入到主计算机(1)内，则主计算机(1)的所述判定装置认为一个确定的子计算机(2，3，4)同步。
13.如前述权利要求9～12之一所述的计算机网络，其特征在于，所述的时间间隔Δt为23.5msec。
14.如前述权利要求9～13之一所述的计算机网络，其特征在于，在所述的计算机网络中设有其它的主计算机，而该其它的主计算机又具有一个至少在系统时间方面为上一级的计算机，并按上述方法进行同步。
15.如前述权利要求9～14之一所述的计算机网络，其特征在于，所述传送的时间中还包含有日期。
16.如前述权利要求9～15之一所述的计算机网络，其特征在于，所述的ATM总线为一种AMX总线。
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