CN1929366B - 用于计算时钟偏移和时钟脉冲相位差的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于计算在计算机系统内的两个时钟之间的时钟偏移和时钟脉冲相位差的方法以及系统。该方法包括从该计算机系统内的第一处理单元向该计算机系统内的第二处理单元发送数据分组的步骤，以及从该计算机系统内的第二处理单元向该计算机系统内的第一处理单元发送该数据分组的步骤。第一、第二、第三和第四时间戳被分别提供用于指示该分组离开第一处理单元、到达第二处理单元、离开第二处理单元以及到达第一处理单元的时间。该方法进一步包括使用第四时间戳定义一个反向延迟点的集合的步骤，以及使用所述反向延迟点的集合计算第一和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差的步骤。

Description

用于计算时钟偏移和时钟脉冲相位差的方法和系统

技术领域

本发明总体涉及计算机系统，并且尤其涉及计算机系统内的时间同步。更为明确地，本发明涉及用于计算一个计算机系统内的两个时钟之间的时钟偏移和时钟脉冲相位差的方法和系统。

背景技术

现代计算机出于许多目的使用时钟，包括确保许多操作按正确顺序发生或同步发生。因此，时钟自身按紧密同步操作是重要的。典型地，两个时钟通常不是处于完全同步，并且时钟之间存在定时差异。另外，两个时钟可能不是以精确相同的频率操作，从而时钟之间的定时差异随时间而改变。时钟间定时差异的这种改变被称为时钟脉冲相位差(clock skew)。

许多计算机定时协议需要诸如关于两个时钟之间脉冲相位差和偏移的估计之类的信息。这两个时钟可以是例如本地时钟及其源时钟。例如，服务器定时协议(STP)需要对本地时钟和该时钟源之间的脉冲相位差和偏移的估计。这种估计的精确度对于该协议的同步精确度是至关重要的。尽管测量时钟脉冲相位差的方法以及系统是公知的，但这些公知过程趋向于相当复杂，在某些情况下不可靠，或二者皆有。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于对计算机系统内两个时钟之间的时钟脉冲相位差和时钟偏移进行估计的改进的过程。

本发明的另一个目的是同时使用前向延迟和反向延迟来估计在计算机系统内两个时钟之间的脉冲相位差和偏移。

这些和其他目的通过一种用于计算在计算机系统内两个时钟之间的时钟偏移和时钟脉冲相位差的方法和系统而实现。所述方法包括步骤：从计算机系统中的第一处理单元向计算机系统中的第二处理单元发送数据分组，以及从第二处理单元向第一处理单元发送所述数据分组。第一时间戳被提供用于指示该分组离开所述第一处理单元的时间，第二时间戳被提供用于指示该分组到达所述第二处理单元的时间，第三时间戳被提供用于指示该分组离开所述第二处理单元的时间，第四时间戳被提供用于指示该分组到达所述第一处理单元的时间。

所述方法进一步包括步骤：使用所述第四时间戳定义反向延迟点的集合，以及使用所述反向延迟点的集合来计算所述第一处理单元和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差。优选地，反向延迟点的集合包括{T4(i)，-BD(i)}，其中T4(i)是第四时间戳，并且-BD(i)是反向延迟的值。

本发明进一步的有益效果和优势将通过考虑下面的参考附图给出的详细描述而变得明显，其中所述附图指定和示出了本发明的优选实施方式。

附图说明

图1示出了在其中可以实现本发明的数据处理系统的网络。

图2示出了在图1的网络中的时钟装置B与时钟服务器A之间的分组交换。

图3示出了当时钟A的运行比时钟B快10％时，时钟装置B与时钟服务器A之间的分组交换。

图4示出了当仅使用T1时间戳时反向延迟的延迟图。

图5示出了当使用T4时间戳时反向延迟的延迟图。

具体实施方式

图1示出了计算机网络100，其包括服务器102、客户端104以及数据存储单元106。网络100还包括用于在这些网络装置之间传输数据的数据连接110。网络100可以例如是国际互联网，但也可以是企业内部互联网、局域网、广域网、点对点链路或其他网络。

正如上文所述，包括服务器定时协议(STP)的各种计算机定时协议需要计算在计算机系统或在例如网络100的网络中两个时钟之间的脉冲相位差和偏移。本发明的目的在于获得所述时钟脉冲相位差以及时钟偏移。

首先参考图3，其示出了在本地装置B与时钟服务器A之间的分组交换。根据B的时钟，分组于T1时刻离开B。根据A的时钟该分组于T2时刻到达A。随即装置A根据A的时钟于T3时刻发送回复分组。该回复消息根据B的时钟于T4时刻到达B。通过规律地发送这类交换消息并记录T1、T2、T3、T4的时间戳序列，能够获得对装置B的时钟与装置A的时钟之间的相对偏移和速度差的估计。

根据T1、T2、T3、T4的时间戳序列计算前向延迟和反向延迟(FD和BD)序列的过程是公知的。举例而言，在美国专利申请09/920,138和10/157,610以及美国专利6,661,810中描述了这些过程。特别地，FD＝T2-T1，BD＝T4-T3。

使用T1(i)、T2(i)、T3(i)、T4(i)、FD(i)以及BD(i)来表示用于第i次分组交换的时间戳和延迟。现有技术构造了两个在二维平面中的延迟点集合，{(T1(i)，FD(i))|i＝1，...}以及{(T1(i)，BD(i))|i＝1，...}。美国专利6,661,810独立地考虑这两个点集合，可能无法产生本发明这样的精确结果。美国专利申请09/920,138和10/157,610共同地考虑这两个延迟点集合，产生比美国专利6,661,810更好的精确性。

使用T4值的反向延迟

根据本发明，所述T4时间戳被用于定义所述反向延迟点的集合，即{(T4(i)，-BD(i))|i＝1，...}。同时，共同地考虑所述两个延迟点集合，以获得对时钟偏移和离散度的更好估计。更进一步，以对称的方式共同地考虑这两个延迟点集合。这种对称的处理是对美国专利申请No.09/920,138以及No.10/157,610中方法的一个进步。

尽管该分组延迟在现实中应该是非负的，但如果仅使用T1时间戳，有可能使延迟估计为负。由表面上为负的延迟所造成的可能的问题能够通过针对所述反向延迟使用T4时间戳而缓解。这种有益效果将通过一个例子加以描述。在这个例子中，在T3和T2之间存在相当长的延迟。

参考图3，假使时钟A的运行比时钟B快10％。所有的前向或反向延迟根据时钟B都为1秒，或等价地，根据时钟A都为1.1秒。则对于第一分组，前向延迟为2.2-1＝1.2秒以及反向延迟为101-110＝-9秒。对于第二分组，前向延迟为为3.3-2＝1.3秒以及反向延迟为102-111.1＝-9.1秒。在这种情况下，所估计的往返延迟为1.2+(-9)＝1.3+(-9.1)＝-7.8秒。

在美国专利申请No.09/920,138以及No.10/157610所描述的过程中，当仅使用T1时间戳时，所述延迟图如图4所示。

在正常的情况下，该-BD线应当低于FD线，所述往返延迟的估计值为这两条线之间的垂直距离。对于这个例子，所述往返延迟的估计值为-7.8秒。

如果T4时间戳被用于反向延迟，则延迟图如图5所示。

现在所述-BD线低于FD线，原因是反向延迟点随着T4的值向右平移了。第101个分组的所述前向延迟为11.2秒。则往返延迟的估计值为11.2+(-9)＝2.2秒，是一个正值。

当分组处理的延迟，或T3-T2显著长于实际分组延迟，并且所述时钟以差异很大的速度运行时，这种类型的消极影响变得尤为突出。使用T4时间戳提供了对偏移和延迟的值的更精确的估计。

本领域技术人员将容易明白，本发明可以以硬件形式、软件形式或硬件和软件的组合的形式来实现。任何类型的计算机/服务器系统，或其他适用于实现在此所描述的本方法的任何设备，都是适合的。硬件和软件的一种典型的组合可以是带有计算机程序的通用计算机系统，当该计算机程序被加载和执行时，该计算机程序实现本文所描述的各个方法。可选地，可以利用包括用于实现本发明的一个或多个功能任务的特定硬件的特殊用途计算机。

本发明还能够包含于计算机程序产品中，该计算机程序产品包括所有支持在此所描述方法的实现的各个特征，并且当加载于计算机系统时，该程序产品能够实现这些方法。计算机程序、软件程序、程序或软件，在本文中指以任意语言、代码或符号对一组指令进行的任意表达，这组指令的目的是直接或在以下任一或两者之后使具有信息处理能力的系统执行特定功能：(a)转换成另一种语言、代码或符号；和/或(b)以一种不同的材料形式再现。

尽管很明显此处披露的本发明非常适合于实现前述目的，但是应该理解本领域技术人员可以设计出许多修改和实施方式，并且这意味着随附的权利要求覆盖了落入本发明的真实精神和范围内的全部这样的修改和实施方式。

Claims (7)

1.一种计算在计算机系统内的时钟偏移以及时钟脉冲相位差的方法，所述方法包括以下步骤：

从该计算机系统内的第一处理单元向该计算机系统内的第二处理单元发送数据分组；

从所述第二处理单元向所述第一处理单元发送所述数据分组；

提供第一时间戳用以指示所述数据分组离开所述第一处理单元的时间；

提供第二时间戳用以指示所述数据分组到达所述第二处理单元的时间；

提供第三时间戳用以指示所述数据分组离开所述第二处理单元的时间；

提供第四时间戳用以指示所述数据分组到达所述第一处理单元的时间；

使用所述第四时间戳定义一个反向延迟点的集合；以及

使用所述反向延迟点的集合计算所述第一处理单元和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差，

其中所述反向延迟点的集合包括{T4(i)，-BD(i)}，其中T4(i)为所述第四时间戳，并且-BD(i)为反向延迟值；以及

每个反向延迟值使用相应的一组所述时间戳计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第四时间戳指定所述反向延迟点的集合在图上的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述时间戳定义一个前向延迟点的集合的步骤，并且其中所述计算所述第一处理单元和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差的步骤包括使用所述反向延迟点的集合以及所述前向延迟点的集合二者来计算所述时钟偏移和时钟脉冲相位差的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一处理单元提供所述第一和第四时间戳，以及所述第二处理单元提供所述第二和第三时间戳。

5.一种用于计算在计算机系统内的时钟偏移和时钟脉冲相位差的计算系统，包括：

用于从该计算机系统内的第一处理单元向该计算机系统内的第二处理单元发送数据分组的装置；

用于从所述第二处理单元向所述第一处理单元发送所述数据分组的装置；

用于提供第一时间戳用以指示所述数据分组离开所述第一处理单元的时间的装置；

用于提供第二时间戳用以指示所述数据分组到达所述第二处理单元的时间的装置；

用于提供第三时间戳用以指示所述数据分组离开所述第二处理单元的时间的装置；

用于提供第四时间戳用以指示所述数据分组到达所述第一处理单元的时间的装置；

用于使用所述第四时间戳定义一个反向延迟点的集合的装置；以及

用于使用所述反向延迟点的集合计算所述第一处理单元和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差的装置，

其中所述反向延迟点的集合包括{T4(i)，-BD(i)}，其中T4(i)为所述第四时间戳，并且-BD(i)为反向延迟值；以及

每个反向延迟值使用相应的一组所述时间戳计算。

6.根据权利要求5所述的计算系统，其中所述第四时间戳指定所述反向延迟点的集合在图上的位置。

7.根据权利要求5所述的计算系统，进一步包括用于使用所述时间戳定义一个前向延迟点的集合的装置，以及其中用于计算所述第一处理单元和第二处理单元上的时钟之间的时钟偏移以及所述时钟的时钟脉冲相位差的装置包括用于使用所述反向延迟点的集合以及所述前向延迟点的集合二者来计算所述时钟偏移和时钟脉冲相位差的装置。

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