CN1929363A

CN1929363A - 用于时钟歪斜和偏移估计的方法及系统

Info

Publication number: CN1929363A
Application number: CNA2006101213320A
Authority: CN
Inventors: 张立; 米歇尔·H·T·哈克; 斯科特·M·卡尔森
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: CN100579002C; US7688865B2; US20070086489A1

Abstract

公开了用于估计计算机系统中两个时钟之间的歪斜和偏移的方法和系统。该方法包括以下步骤：获得表示第一和第二时钟之间的正向延迟的第一组数据值；以及获得表示第一和第二时钟之间的负的反向延迟的第二组数据值。该方法还包括以下步骤：为所述第一组数据值形成下凸包；以及为所述第二组数据值在下凸包之上形成上凸包。使用那些凸包来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜。在优选实施例中，通过识别第一和第二凸包之间的最佳时钟线来进行此估计。

Description

用于时钟歪斜和偏移估计的方法及系统

技术领域

此发明一般涉及计算机系统，并且，尤其涉及计算机系统中的时间同步。更具体地，本发明涉及用于计算机系统中的两个时钟之间的时钟偏移和歪斜(skew)的估计的方法和系统。

背景技术

现代计算机为了包括确保很多操作以正确顺序或同步发生的很多目的而使用时钟。由此，时钟自身紧密同步地工作是重要的。典型地，两个时钟经常不处于完美的同步，并且，在时钟之间存在定时差异。另外，两个时钟可能不在严格相同的频率下工作，使得时钟之间的定时差随时间而改变。时钟之间的定时差的这种改变被称为时钟歪斜。

很多计算机定时协议需要诸如两个时钟之间的歪斜和偏移的估计的信息。例如，这两个时钟可为本地时钟及其源时钟。这些估计的精度对于协议的同步是至关重要的。例如，协议可能需要计算出的两个服务器之间的日期时间(TOD)偏移包括计算的精度的估计。这被称为时钟偏移离差(dispersion)，并约束了计算的最坏情况误差。尽管测量时钟歪斜的方法和系统是已知的，但这些已知过程趋向于相当复杂、在特定情形下不可靠、或所述两者。

发明内容

此发明的目的在于，提供用于估计计算机系统中的两个时钟之间的时钟歪斜和偏移的改进的过程。

此发明的另一个目的在于，使用正向延迟和反向延迟两者来估计计算机系统中两个时钟之间的歪斜和偏移。

通过用于估计计算机系统中第一和第二时钟之间的歪斜和偏移的方法和系统来达到这些和其它目的。该方法包括以下步骤：获得表示第一和第二时钟之间的正向延迟的第一组数据值；以及获得表示第一和第二时钟之间的负的反向延迟的第二组数据值。该方法还包括以下步骤：为所述第一组数据值形成下凸包(lower convex hull)；以及为所述第二组数据值，在下凸包之下形成上凸包(upper convex hull)。使用那些凸包来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜。

在优选实施例中，通过在第一和第二凸包之间形成时钟线、识别对于第一和第二凸包之间的此时钟线的最佳位置、并使用所述最佳位置来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜，而进行此估计。

通过考虑参照指明并示出本发明的优选实施例的附图而给出的以下详细描述，本发明的其它好处和优点将变得清楚。

附图说明

图1图解了可实现本发明的数据处理系统的网络。

图2图解了图1的网络中的时钟机器B和时钟服务器A之间的分组交换。

图3示出了时钟在特定时间点上调节其偏移的延迟测量的图。

图4是考虑正向和反向时间延迟两者的图。

图5在同一图上示出了正向和负的反向延迟线两者。

图6以反转次序示出了反向延迟线的图。

图7图解了用于估计计算机系统中的第一和第二时钟之间的时钟歪斜和偏移的过程。

具体实施方式

图1图解了计算机网络100，其包括服务器102、客户机104、以及数据存储单元106。网络100还包括用于在网络的装置之间传送数据的数据连接110。例如，网络100可为因特网，但还可为内联网、局域网、广域网、点到点链路、或其它网络。

可在网络100中使用任何适用的服务器102。并且，例如，网络100的客户机104可为个人计算机、膝上型计算机、服务器、工作站、大型计算机、或能够在网络上通信的其它装置。类似地，连接器110可包括大范围的适用装置，如导线、光纤、或无线通信链路。

如上所述，包括服务器定时协议(STP)的各种计算机定时协议需要有关计算机系统或网络(如网络100)中的两个时钟之间的歪斜和偏移有关的信息。本发明针对于确定时钟歪斜和偏移估计。

首先，对图解了本地机器B和时钟服务器A之间的分组交换的图2进行参照。根据B的时钟，分组在时刻T1离开B。根据A的时钟，分组在时刻T2到达A。根据A的时钟，机器A随后在时刻T3发送答复分组。根据B的时钟，答复消息在时刻T4到达B。通过有规律地发出此类交换消息、并记录T1、T2、T3、T4时间戳的顺序，可获得机器B的时钟和机器A的时钟之间的相对偏移和速度差的估计。

已知这样的过程，即：根据T1、T2、T3、T4时间戳的顺序计算正向和反向延迟(FD和BD)的顺序。例如，在美国专利申请09/920,138和10/157,610、以及在美国专利6,661,810中描述了这样的过程。具体地，

FD＝T2-T1，BD＝T4-T3。

不妨使用T1(i)、T2(i)、T3(i)、T4(i)、FD(i)、以及BD(i)来表示第i个分组交换的时间戳和延迟。现有技术在二维平面中构造了两组延迟点，即{(T1(i)，FD(i))|i＝1，...}以及{(T1(i)，BD(i))|i＝1，...}。美国专利6,661,810独立地考虑两组点，这可能不能象本发明这样产生精确的结果。美国专利申请09/920,138和10/157,610结合地考虑两组点，这产生比美国专利6,661,810更佳的精度。

具体地，美国专利申请10/157,610解决了寻找包括两个分离的线段的用于延迟数据的两条平行斜线(skew line)的问题。其适用于时钟在特定时间点调节其偏移的情况。在调节之前和之后，时钟在相同的速度下运行。因此，用于调节之前和之后的数据的斜线是平行的。图3示出了此情形的例子。

参照图4，如果考虑正向和反向延迟两者，则可以看出，基底的斜线是对称的、或为镜像。

图5在同一图上示出了正向和负的反向延迟线两者。可以观察到，斜线变为平行。两条平行斜线之间的距离是两个机器之间的往返延迟的估计。问题在于，如何找到平行斜线的估计。

找到最佳对平行斜线的一种方式是：如图6所示，以反转次序绘出反向延迟线。可使用任意适用方法来找到最佳斜线。例如，在美国专利申请第10/157,610号中公开了一种适用方法。

本发明使用对称凸包算法(symmetric convex hull algorithm)来估计时钟歪斜和偏移。图7是此算法的结果的例子。中间的线302是相对时钟线的最佳估计。此线的截距和斜率提供了两个时钟之间的相对偏移和歪斜的估计。相对时钟线可在顶部的正向延迟包304和底部的负的反向延迟包306之间随意移动。

优选算法变为：

构造用于正向延迟的下凸包、以及用于负的反向延迟的上凸包。

从左端开始，在两个凸包之间逆时针地旋转一对平行线。

在旋转期间，将平行线放置为尽可能远地分开。两个平行线接触两个凸包的顶点。

在旋转过程中，在顶部的(正向延迟)包上的接触顶点从左向右移动。在底部的(负的反向延迟)包上的接触顶点从右向左移动。

当顶部的接触顶点移动到底部的接触顶点的右边时，获得最佳平行斜线。

如对本领域的技术人员来说将显而易见的，本发明可以硬件、软件、或硬件和软件的组合的方式实现。任何种类的计算机/服务器系统(或适于进行这里描述的方法的其它设备)均是适用的。硬件和软件的典型组合可为具有计算机程序的通用计算机系统，当加载并执行计算机程序时，执行这里描述的相应的方法。可替换地，可利用包含用于进行本发明的一个或更多功能任务的专用硬件的专用计算机。

还可将本发明嵌入在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括允许实现这里描述的方法的所有相应特征，并且，当在计算机系统中加载时，该计算机程序产品能够执行这些方法。本上下文中的计算机程序、软件程序、程序、软件意味着使具有信息处理能力的系统直接执行特定功能、或在以下过程中的任一个或全部之后执行特定功能的一组指令的任何语言的任何表达式、代码或符号：(a)转换为另一种语言、代码或符号；以及/或者(b)以不同的物质形式再现。

显然，在这里公开的发明被良好地计算用来满足上述目的，但将理解，本领域的技术人员可设计众多修改和实施例，并且，意图使所附权利要求涵盖落入在本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改和实施例。

Claims

1、一种用于估计计算机系统中的第一和第二时钟之间的时钟歪斜和偏移的方法，该方法包括以下步骤：

获得表示第一和第二时钟之间的正向延迟的第一组数据值；

获得表示第一和第二时钟之间的负的反向延迟的第二组数据值；

为所述第一组数据值形成下凸包；

为所述第二组数据值，在下凸包之下形成上凸包；以及

使用所述凸包来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜。

2、如权利要求1所述的方法，其中，使用步骤包括以下步骤：

在所述第一和第二凸包之间形成时钟线；

识别对于所述第一和第二凸包之间的所述时钟线的最佳位置；以及

使用所述最佳位置来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜。

3、如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：

识别对于所述上和下凸包之间的所述时钟线的上最大位置；

识别对于所述上和下凸包之间的所述时钟线的下最小位置；以及

使用所述上最大位置和下最小位置来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和所述歪斜。

4、如权利要求3所述的方法，其中，识别所述上最大位置的步骤包括以下步骤：

提供上和下包之间的第一线；以及

从所述包的第一端开始，旋转上和下凸包之间的所述第一线。

5、如权利要求4所述的方法，其中，识别所述下最小位置的步骤包括以下步骤：

在所述上和下包之间提供与所述第一线平行的第二线；以及

从所述包的所述第一端开始，旋转上和下包之间的所述第二线。

6、如权利要求5所述的方法，其中：

提供第一线的步骤包括以下步骤：在所述第一线接触所述上凸包的情况下定位所述第一线；以及

提供第二线的步骤包括以下步骤：在所述第二线接触所述下凸包的情况下定位所述第二线。

7、一种用于估计计算机系统中第一和第二时钟之间的时钟歪斜和偏移的估计系统，该估计系统包括：

表示第一和第二时钟之间的正向延迟的第一组数据值；

表示第一和第二时钟之间的负的反向延迟的第二组数据值；

用于为所述第一组数据值形成下凸包、并为所述第二组数据值在下凸包之下形成上凸包的部件；以及

用于使用所述凸包来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜的部件。

8、如权利要求7所述的估计系统，其中，使用部件包括：

用于在所述第一和第二凸包之间形成时钟线的部件；

用于识别对于所述第一和第二凸包之间的所述时钟线的最佳位置的部件；以及

用于使用所述最佳位置来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和歪斜的部件。

9、如权利要求8所述的估计系统，还包括：

用于识别对于所述上和下凸包之间的所述时钟线的上最大位置的部件；

用于识别对于所述上和下凸包之间的所述时钟线的下最小位置的部件；以及

用于使用所述上最大位置和下最小位置来估计所述第一和第二时钟之间的时钟偏移和所述歪斜的部件。

10、如权利要求9所述的估计系统，其中，用于识别所述上最大位置的部件包括：

用于提供上和下包之间的第一线的部件；

用于从所述包的第一端开始、旋转上和下凸包之间的所述第一线的部件。

11、如权利要求10所述的估计系统，其中，用于识别所述下最小位置的部件包括：

用于在所述上和下包之间提供与所述第一线平行的第二线的部件；以及

用于从所述包的所述第一端开始、旋转上和下包之间的所述第二线的部件。

12、如权利要求11所述的估计系统，其中：

用于提供第一线的部件包括：用于在所述第一线接触所述上凸包的情况下定位所述第一线的部件；以及

用于提供第二线的部件包括：用于在所述第二线接触所述下凸包的情况下定位所述第二线的部件。

13、一种可由机器读取的计算机存储装置，其有形地实现可由机器执行的指令程序，以执行于估计计算机系统中的第一和第二时钟之间的时钟歪斜和偏移的方法步骤，所述方法是根据前述方法权利要求中的任一个。