CN1906869B - 时间同步设备和方法及相关产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种时间同步设备(1)和方法、以及包括该设备的本地网关。时间同步设备同步设置在两个通信网络之间的路由器。同步设备包括解译装置(13)，解译来自消息的源网络中具有特定时钟的设备、并且定向到消息的目标网络的消息(MSG)；准备装置(14)，准备能够在该设备中执行的时间请求(RQ)，从而从该设备中获得基于该特定时钟的同步数据(SYNC)，并且将其传送回同步设备；发送装置(15)，将时间请求发送给该设备；转发装置(16)，在准备装置已准备时间请求之后，将解译的消息转发给目标网络；接收装置(11)，接收同步数据；以及利用装置(12)，利用那些数据来相对于该特定时钟同步由路由器使用的本地时钟(CLO)。应用于家庭网络。

Description

时间同步设备和方法及相关产品
技术领域
本发明涉及一种时间同步设备和方法及其相关产品，包括本地网关。
背景技术
用于家庭用户与外部网络(主要是因特网)相连的家庭网关通常需要时间意识。这允许诸如针对一些用户的因特网服务仅处于特定的时间点上，或者在事件记录时包括时间。由于家庭网关是客户端家庭网络设备，需要尽可能地保持其价格低廉，从而达到最大的用户。然而，这使得这些设备受困于缺少受控的嵌入实时时钟，并且这样使其依赖于外部网络中的外部设备。
典型地，已知的家庭网关因而使用了广泛采用的NTP协议(“网络时间协议”)或者其对因特网的适配SNTP(“简单NTP”)，从而通过网络同步网关的时钟。这些协议包括：从网络中检索时间信息。更具体地，客户端可以从集中式服务器(作为时间服务器)中获得时间。
这样的时间服务器通常较为昂贵，因为其需要与精确的参考时钟相连并且需要支持几千个客户端。一些时间服务器事实上在因特网上是可以公用的，但是对于这种公共服务器的依赖涉及与可靠服务有关的危险。也就是，时间服务器可能会受到模仿其的黑客的破坏，并且因而能够远程地影响家庭网关行为。
而且，获得时间需要完全将网关与时间服务器相连。因此，当与时间服务器的连接中断时(例如在DSL断路——DSL为“数字订户线”，或NTP时间服务器不可用的情况下)，一些家庭网络应用程序可能不再如所期望地那样工作。此外，当因特网上的一个中央时间服务器(由单个销售商的所有家庭网关使用)停机或不可到达时，家庭网关功能受到影响，这可能会特别地禁止对因特网进行接入。
另外，时间服务器所给出的时间是绝对时间，并未考虑时区。考虑到夏令时，这变得更为复杂，因为所提供的时间和本地正确时间之间的间隙取决于一年中的时间段。对该问题的解决方案在于：在时间服务器处存储关于各种设备的、趋向于与它们同步的时间信息。然而，这暗含着相对较重的动态管理，并且强制在时间服务器侧进行适当存储。另一解决方案依赖于根据存储在网关处的数据对在家庭网关处从时间服务器接收到的时间进行系统适配。然而，这涉及附加管理和网关中的存储，从而增加了网关的成本。
发明内容
本发明涉及一种时间同步设备，能够将准确时间提供给网关，特别是家庭网关，同时缓解了相对于网络时间服务器的连接丢失或故障的危险，并且与网关中集成有准确时钟相比较为经济。根据本发明的同步设备还可以提供适合于本地时钟特征的时间，而无需时间服务器侧的复杂存储、或网关侧的令人厌烦的管理。此外，本发明的同步设备与用于控制准确时间服务器的成本相比是经济的，同时与对可公用时间服务器的依赖性相比是安全的。
本发明更一般地应用于路由器，具体地可以是网关或调制解调器。
本发明还涉及能够提供上述优点的一种时间同步方法和计算机程序，以及一种包括符合本发明的时间同步设备的本地网关。
为此，本发明涉及一种用于同步设置在两个通信网络之间的路由器的时间同步设备。该同步设备包括：
-接收装置，用于接收基于参考时钟的同步数据；以及
-利用装置，用于利用同步数据，从而相对于所述参考时钟对由所述路由器使用的本地时钟进行同步，
根据本发明，所述时间同步设备包括：
-解译装置，用于解译来自作为至少一个所述网络中一点的至少一个设备、并且定向到另一所述网络的至少一个消息，其中所述至少一个所述网络被称为所述消息的源网络，所述另一所述网络被称为所述消息的目标网络，所述设备具有特定时钟；
-准备装置，用于准备用于所述设备的时间请求，所述时间请求能够在所述设备中执行，从而从所述设备中获得基于所述特定时钟的所述同步数据，并且将其传送回所述同步设备；
-发送装置，用于将所述时间请求发送到所述设备；以及
-转发装置，用于在准备装置已经准备了所述时间请求之后，将所述解译的消息转发到所述目标网络。
另外，所述接收装置用于从所述设备接收所述同步数据，并且所述利用装置能够利用所述同步数据，以便相对于所述特定时钟对所述本地时钟进行同步。所述接收装置、利用装置、解译装置、准备装置、发送装置和转发装置形成了操作集。
因此，意外且与通常所作的相反，不需要根据诸如NTP等给定协议，通过网络从中央时间服务器中获得所需的时间，而是可以从一个或多个本地设备获得，有利地，从个人计算机(“PC”)获得。这取决于本发明的时间同步设备的特殊特征，特别包括：解译从一个网络到另一网络的消息、以及相应地发送回适当的时间请求的能力。
由此，即使在时间服务器不可用时，也可以进行同步，并且可以通过减小对外部时间源的依赖性来增加安全性。此外，其可以可选地知道与本地网络有关的时区和夏令时指示，因为在接收到的时间(“时间”意味着日期和/或小时)中已经考虑到该信息。在本发明的优选实施例中，这些本地数据可以由时间同步设备容易地获得，从给定的本地网络中所涉及的设备中直接获得。另外，本发明的同步设备并不需要嵌入较好的准确硬件实时时钟的附加路由器成本。其补充优势在于其能够通过不联系时间服务器(或者通过至少减小通信次数)，而作为替代通过本地获知时间，来减小因特网上的网络负载。
当路由器是本地网关且设备是PC时，这特别有趣。在优选实施例中，于是，对于所有解译的消息，源网络是局域网(“LAN”)，而目标网络是外部网络，特别是诸如因特网或其他广域网(“WAN”)。
事实上，家庭用户计算机上的时间可以被认为非常准确。例如，家庭网关作为到达外部世界的路径，家庭计算机信息部分地或完全地提供了时间配置。然后，当用户优选地通过HTTP协议(“超文本传输协议”)请求来自外部网络的信息时，时间请求可以具有由家庭网关返回或插入的小程序的形式。也就是，作为例子，用户寻址HTTP服务器并期望响应，这样的小程序被作为脚本插入在临时页面中。然后，在PC的用户网络浏览器中执行，并且确保家庭用户计算机时间出现在之后对信息的请求中。家庭网关之后监视从PC发送的应答以获知计算机时间。
可以将时间同步设备集成在路由器中，或者采取与路由器相连的外部设备的形式。在后一情况下，同步设备可以与多个路由器相连，特别是当多个路由器属于相同的本地网络时。另外，例如可以以C语言将同步设备整体实现为软件，或者至少部分地实现为硬件。
在特定实施例中，网络之一具有单个设备，例如，由仅具有一个PC的家庭网络组成，经由调制解调器与因特网相连。在更具体的形式中，两个网络中每一个仅具有一个设备。
本发明的时间同步设备可以不求助于精确的时间服务器时钟。无论如何，可选地，其可以被认为是对时间服务器的补充工具，特别是对于NTP机制。在后一情况下，路由器同步通常可以基于时间服务器数据。然而，在路由器和时间服务器之间的任何连接故障的情况下，同步设备可用于获得准确时间。在另一应用中，有利地与前者组合，通常使用时间服务器，但是给出了与本地特征不适配的小时。然后，同步设备提供了所需的适配数据，例如时区和/或夏令时信息。
接收装置应该被解释为不必仅用于被动接收，而是还可以包括提取有用数据的功能(典型地，与接收到的数据的格式相关)。
优选地：
-所述解译装置用于解译所述消息，并且所述接收装置用于接收并提取符合HTTP协议的所述同步数据；以及/或者
-所述准备装置用于以可执行的脚本的形式来准备时间请求，优选地基于Java语言；更具体地，这些脚本有利地是JavaScript语言。
HTTP协议和Java脚本特别适合于和便于根据本发明的时间同步设备，因为HTTP提供了网关和该设备之间的直接交互，并且使网关能够通过Java脚本从设备中检索时间数据。此外，符合HTTP协议、接收到的从设备到网关的消息通常到达给定的已知接收端口。因此，HTTP组合了消息截获和发送回时间请求的可能性。
另外，能够用于将设备与网络相连以便由路由器理解并实现了能够由设备执行来发送回信息的指令的插入的任意通信协议均是适当的。于是，优选地，该协议对于所述设备的用户透明地插入这些指令。
优选地，所述转发装置仅在所述利用装置已经利用了根据所述时间请求从所述设备中获得的所述同步数据之后，将所述解译的消息转发到所述目标网络。在另一实施例中，一旦已经准备了时间请求，则转发装置用于对解译的消息进行转发。
有利地，所述准备装置能够准备用于获取以下同步数据中至少一个的所述时间请求：时区和夏令时信息。该时区和/或夏令时信息可以在稍后由同步设备使用，特别是在从时间服务器中接收到同步时间的情况下(例如在NTP帧中)。准备装置还可以准备时间请求，来进一步从设备中根据其特定时钟直接获取小时。
优选地，所述时间同步设备包括更新装置，用于通过周期性地激活所述操作集，周期性地更新所述同步数据以同步所述本地时钟。优选地，对于每一个更新周期，所述更新装置用于将在所述周期期间从至少一个所述通信网络接收到的第一消息，用作针对所述更新周期的所述解译的消息。
这能够对本地时钟中的漂移进行考虑。更新装置的附加激活可以在路由器重新初始化的情况下进行，从此之后，路由器中的时间通常从零重新开始。
此外，优选地，同步设备包括安全装置，能够针对分别来自至少两个不同设备的至少两个连续的消息来激活操作集，比较分别针对所述连续消息获得的所述同步数据，检查所述同步数据的一致性，并且在不一致的情况下触发警告机制。
可以使用多种解决方案来实现该警告机制，例如通告所有的所涉及用户、或者仅通告最近联系的用户。在这样的不一致的情况下，有利地，时间同步设备能够从至少三个设备中获取同步数据，并且检查其大部分是否一致。然后，可以认为这些设备中仅有一个或几个设备具有较高的时间故障的可能性，并且相应地对此进行警告。可选地，同步设备可以从时间服务器中获得正确的小时。然后，可以由此识别发生故障的特定时钟，并且仅联系相应的设备。
当然，对不一致性的诊断应该考虑该设备的相对位置。例如，在LAN中，其所有设备可能具有相同的时区和夏令时。
优选地，在同步设备处定义要测试的不一致性。例如，其应该存在于给定LAN的两个特定时钟之间比预定阈值大的差别。还应该在于在相同的给定LAN的设备中的时区和/或夏令时之间的不一致。
更一般性地，可以实现冲突管理算法。
另外，在特定时钟时间之间的差异低于冲突管理阈值的情况下，有利地，同步设备对获得的时间进行平均，从而确定要使用的准确时间。
无论如何，应用本发明是有意义的，对趋向于向同步设备提供时间数据的设备进行一些定时检查，以确保其中的时间设置是正确的。特别地，这适合于家庭网络。
本发明还应用于一种设置在LAN和WAN之间且实现LAN和WAN之间的双向通信的本地网关(特别是调制解调器或HTTP代理)。所述本地网关包括：
-LAN接口，与LAN通信；
-WAN接口，与WAN通信；
-本地网关时钟；以及
-同步装置，用于通过由所述本地网关接收到的同步数据，相对于参考时钟对所述本地网关时钟进行同步。
根据本发明，所述同步装置包括用于同步所述本地网关的、符合本发明的任一实施例的时间同步设备，对于所有解译的消息，所述源和目标网络分别是LAN和WAN，并且因而用于同步的所述设备是所述LAN的至少一点。
优选地，所述同步装置还能够相对于可从WAN的时间服务器获得的全局时钟对所述本地网关时钟进行同步。
本发明还涉及一种用于对在两个通信网络之间设置的路由器进行时间同步的方法。所述时间同步方法包括以下步骤：
-接收基于参考时钟的同步数据；以及
-利用所述同步数据，从而相对于所述参考时钟对由所述路由器使用的本地时钟进行同步。
根据本发明，所述时间同步方法还包括以下步骤：
-解译来自作为至少一个所述网络中一点的至少一个设备、并且定向到另一所述网络的至少一个消息，其中所述至少一个所述网络被称为所述消息的源网络，所述另一所述网络被称为所述消息的目标网络，所述设备具有特定时钟；
-准备用于所述设备的时间请求，所述时间请求能够在所述设备中执行，从而从所述设备中获得基于所述特定时钟的所述同步数据；
-将所述时间请求发送到所述设备；以及
-在所述时间请求已经准备之后，将所述解译的消息转发到所述目标网络。
所述接收步骤还包括从所述设备接收所述同步数据，并且所述利用步骤包括利用所述同步数据，以便相对于所述特定时钟对所述本地时钟进行同步。
优选地，所述时间同步方法由符合本发明实施例的时间同步设备来执行。
本发明还涉及一种计算机程序产品，包括当在计算机上执行程序时、用于执行根据本发明所述的方法的程序代码指令。通过“计算机程序产品”，其意味着对计算机程序的支持，其不仅可以在于包含该程序的存储空间中，例如磁盘或盒式磁带，而且可以在于诸如电或光信号等信号中。
附图说明
参考附图，通过以下非限定的实施例和执行示例，本发明将得到更好地理解和演示，其中：
-图1示出了经由包括符合本发明的时间同步设备的网关与广域网相连的局域网；
-图2是详细说明图1的同步设备的方框图；以及
-图3示出了由图1和2中的同步设备执行的同步过程的主要步骤。
具体实施方式
在图2中，所示的块是纯粹的功能实体，其不必对应于物理上分离的实体。也就是，其可以按软件的形式来开发，或者在一个或多个集成电路中实现。
将网关10(图1)设置在局域网(LAN)4和广域网(WAN)5之间，并且分别经由网关接口2和3在两个网络4和5之间提供通信。网关10包括粗时钟CL0和时间同步设备1，能够相对于至少一个更准确的远程时钟对时钟CL0进行同步。  
LAN 4配置有多个设备A1、A2、……、An，分别包括特定的内部时钟CL1、CL2、……、CLn。WAN 5特别地与数据服务器7(能够根据请求向LAN 4的设备Ai发送信息)相连，并且与时间服务器8相连，时间服务器8包括精确的全局时钟GCL。时间服务器8用于向与WAN 5相连的任意设备提供同步数据。
下面将通过其各种功能来详细说明同步设备1。该同步设备1包括(图2)操作集20，包括：
-接收单元11，用于接收参考同步数据SYNC，并且如果需要，从格式化消息中提取它们，
-利用单元12，能够利用同步数据SYNC来同步粗时钟CL0；
-解译单元13，用于解译来自LAN 4的任意设备Ai并定向到WAN 5(诸如寻址到数据服务器7)的消息MSG；
-准备单元14，能够根据消息MSG准备时间请求RQ，用于从中发起了该消息MSG的设备Ai；该时间请求RQ的目的是使同步设备1使用时间数据来同步粗时钟CL0；
-发送单元15，用于将时间请求RQ发送到所涉及的设备Ai；以及
-转发单元16，能够转发由解译单元13之前解译的消息MSG。
时间同步设备1还包括：更新单元17，用于周期性地激活操作集20以更新同步数据，并且因而对本地时钟CL0进行同步。由于用于触发同步的事件并不由网关10控制，即接收来自设备Ai之一并定向到WAN 5的消息，这意味着更新单元17使操作集20处于“就绪”状态，当相关消息通过网关10时，能够执行同步过程。优选地，该消息MSG是一旦新同步周期开始之后由网关10接收到第一个消息。
更新单元17还能够在其他特定环境下激活操作集20，例如当操作者决定这样时，或者当网关10重新初始化时。
实际上，每一次当从设备Ai之一接收到寻址到WAN 5的消息MSG时，更新单元17可以检查操作集20是否必须被激活。
时间同步设备1还包括安全单元18，能够针对分别来自至少两个设备Ai的至少两个连续的消息MSG来激活操作集20，比较分别针对这两个连续的消息获得的同步数据SYNC，检查它们的一致性，并且在不一致的情况下触发警告机制。
在特定示例中，设备Ai是家庭计算机，具有启用了JavaScript的因特网浏览器应用程序，LAN 4是家庭网络，而WAN 5是因特网。进一步使用协议HTTP。然后，准备单元14按照JavaScript脚本的形式来准备时间请求RQ，该脚本在由所涉及的家庭计算机接收到时自动地执行，作为HTTP响应。
当操作时，同步设备1引起了以下的进展(图3)：
-在启动之后，家庭网关10从时间服务器8(如果可用)中获得绝对时间(步骤S1)；
-设备Ai之一的家庭用户尝试接入WAN 5来获得一些信息(步骤S2)；典型地，家庭用户在利用浏览器以使用HTTP从因特网获得信息时打开一网页，并且将HTTP请求发送到因特网数据服务器7；
-网关10通过解译HTTP请求，查看对信息的请求(以消息MSG的形式)(步骤S3)；如果与本地时钟CL0相关的时间信息还不完整或者被认为过时了，则家庭网关10并不立即将消息MSG转发到外部网络5；如果相反，时间信息是完整的且被认为是有效的，则不执行以下的步骤S4到S6，并且立即应用步骤S7；
-家庭网关10向家庭计算机(设备Ai)返回提供其时间信息的命令(时间请求RQ)(步骤S4)；该命令是JavaScript脚本的形式，作为对HTTP请求的响应；
-家庭计算机在执行该脚本之后返回其时间信息(同步数据SYNC)(步骤S5)；在本示例中，该脚本经由新HTTP请求将该时间信息从客户端传递到网关10；
-网关10利用由家庭计算机提供的时间信息来重新配置其自身(步骤S6)；
-网关10将信息请求(消息MSG)转发到外部网络5(步骤S7)；这里，其将原始浏览器HTTP请求中继到正确的因特网数据服务器7；
-外部网络5返回所请求的信息——这里，是HTTP信息(步骤S8)；以及
-当网关10接收到所请求的信息时，将信息下发到家庭计算机(步骤S9)。

Claims (10)

1.一种用于同步在两个通信网络(4，5)之间设置的路由器(10)的时间同步设备(1)，所述时间同步设备(1)包括：
-接收装置(11)，用于接收基于特定时钟(CL1-CLn)的同步数据(SYNC)；以及
-利用装置(12)，用于利用所述同步数据(SYNC)，从而相对于所述特定时钟(CL1-CLn)对由所述路由器(10)使用的本地时钟(CL0)进行同步，
其特征在于所述时间同步设备(1)包括：
-解译装置(13)，用于解译来自作为所述网络中一个网络(4)中一点的至少一个网络设备(A1-An)、并且定向到述网络中另一个网络
(5)的至少一个消息(MSG)，其中所述网络中的所述一个网络(4)被称为所述消息(MSG)的源网络，所述网络中的所述另一个网络(5)被称为所述消息(MSG)的目标网络，所述网络设备(A1-An)具有特定时钟(CL1-CLn)；
-准备装置(14)，用于准备用于所述网络设备(A1-An)的时间请求(RQ)，所述时间请求能够在所述网络设备中执行，从而从所述网络设备(A1-An)中获得基于所述特定时钟(CL1-CLn)的所述同步数据(SYNC)，并且将其传送回所述时间同步设备(1)；
-发送装置(15)，用于将所述时间请求(RQ)发送到所述网络设备(A1-An)；以及
-转发装置(16)，用于在准备装置(14)已经准备了所述时间请求(RQ)之后，将已经由所述解译装置(13)解译的消息(MSG)转发到所述目标网络(5)；
所述接收装置(11)用于从所述网络设备(A1-An)接收所述同步数据(SYNC)，并且所述利用装置(12)能够利用所述同步数据(SYNC)，以便相对于所述特定时钟(CL1-CLn)对所述本地时钟(CL0)进行同步，所述接收装置(11)、利用装置(12)、解译装置(13)、准备装置(14)、发送装置(15)和转发装置(16)形成了操作集(20)。
2.根据权利要求1所述的时间同步设备(1)，其特征在于：所述解译装置(13)用于解译所述消息(MSG)，并且所述接收装置(11)用于接收并提取符合HTTP协议的所述同步数据(SYNC)。
3.根据权利要求1或2所述的时间同步设备(1)，其特征在于：所述准备装置(14)用于以可执行的脚本的形式来准备时间请求(RQ)。
4.根据权利要求1所述的时间同步设备(1)，其特征在于：所述转发装置(16)仅在所述利用装置(12)已经利用了根据所述时间请求(RQ)从所述网络设备(A1-An)中获得的所述同步数据(SYNC)之后，将所述解译的消息(MSG)转发到所述目标网络(5)。
5.根据权利要求1所述的时间同步设备(1)，其特征在于：所述准备装置(14)能够准备用于获取以下同步数据(SYNC)中至少一个的所述时间请求(RQ)：时区和夏令时信息。
6.根据权利要求1所述的时间同步设备(1)，其特征在于：还包括更新装置(17)，用于通过周期性地激活所述操作集(20)，周期性地更新所述同步数据(SYNC)以同步所述本地时钟(CL0)，。
7.根据权利要求1所述的时间同步设备(1)，其特征在于：还包括安全装置(18)，能够针对分别来自至少两个不同网络设备(A1-An)的至少两个连续的消息(MSG)来激活所述操作集(20)，比较分别针对所述连续消息获得的所述同步数据(SYNC)，检查所述同步数据(SYNC)的一致性，并且在不一致的情况下触发警告机制。
8.一种设置在LAN(4)和WAN(5)之间且实现LAN(4)和WAN(5)之间的双向通信的本地网关(10)，所述本地网关包括：
-LAN接口(2)，与LAN(4)通信；
-WAN接口(3)，与WAN(5)通信；
-本地网关时钟(CL0)；以及
-同步装置；
其特征在于所述同步装置包括根据权利要求1到7任一项所述的用于同步所述本地网关(10)的时间同步设备(1)，对于所有解译的消息(MSG)，所述源网络和目标网络分别是LAN(4)和WAN(5)，并且因而用于同步的所述网络设备(A1-An)是所述LAN的至少一点。
9.根据权利要求8所述的本地网关(10)，其特征在于：所述同步装置还能够相对于能够从WAN(5)的时间服务器(8)获得的全局时钟(GCL)对所述本地网关时钟(CL0)进行同步。
10.一种用于对在两个通信网络(4，5)之间设置的路由器(10)进行时间同步的方法，所述时间同步方法包括以下步骤：
-接收(S5)基于特定时钟(CL1-CLn)的同步数据(SYNC)；以及
-利用(S6)所述同步数据(SYNC)，从而相对于所述特定时钟(CL1-CLn)对由所述路由器(10)使用的本地时钟(CL0)进行同步，
其特征在于所述时间同步方法还包括以下步骤：
-解译(S3)来自作为所述网络中一个网络(4)中一点的至少一个网络设备(A1-An)、并且定向到所述网络中另一个网络(5)的至少一个消息(MSG)，其中所述网络中的所述一个网络(4)被称为所述消息(MSG)的源网络，所述网络中的所述另一个网络(5)被称为所述消息(MSG)的目标网络，所述网络设备(A1-An)具有特定时钟(CL1-CLn)；
-准备用于所述网络设备(A1-An)的时间请求(RQ)，所述时间请求能够在所述网络设备(A1-An)中执行，从而从所述网络设备(A1-An)中获得基于所述特定时钟(CL1-CLn)的所述同步数据(SYNC)；
-将所述时间请求(RQ)发送(S4)到所述网络设备(A1-An)；以及
-在所述时间请求(RQ)已经准备之后，将已经解译的消息(MSG)转发(S7)到所述目标网络(5)；
所述接收步骤(S5)包括从所述网络设备(A1-An)接收所述同步数据(SYNC)，并且所述利用步骤(S6)包括利用所述同步数据(SYNC)，以便相对于所述特定时钟(CL1-CLn)对所述本地时钟(CL0)进行同步。
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