一种适用于主从式时间同步方法的时钟源可靠性保障机制

技术领域

本发明属于机载网络通信技术领域，涉及一种时钟源可靠性保障机制。

背景技术

时间同步是时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)通信的基础条件。主从式时间同步方法的思路是选取一个节点作为时间基准参考源(时钟源)，一般称为时钟主节点，其他节点将其本地时间信息同步至主节点时间基准，具有思想简单易实现、资源开销小及收敛快等优点。但是，若时钟源发生故障，无法提供正确的时间基准，则整个网络的时间同步将发生错误。因此，时钟源的可靠程度严格限制整个网络时间同步服务的可靠性，难以适用于对可靠性要求较高的时间触发以太网通信系统中。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种针对主从式时间同步方法的时钟源可靠性保障机制，以满足其在时间触发通信系统中的应用需求。

一种适用于主从式时间同步方法的时钟源可靠性保障机制，至少包含时钟主节点和N个时钟从节点，其特征在于，包含以下步骤：

S1.所述时钟从节点收到所述时钟主节点发送的时间同步信息帧后，记录时间同步信息帧到达所述时钟从节点的时间，并结合所述时钟主节点发送时间同步信息帧的发送时间判断时钟源可靠性条件；

S2.若上述时钟源可靠性条件判断通过，认为所述时钟主节点状态运行正常，所述时钟从节点根据所述时钟主节点发送的时间信息修正本地时间基准；若上述时钟源可靠性条件判断未通过且所述时钟从节点的当前时钟状态为正常，认为所述时钟主节点的时间信息出现异常，不进行本地时间基准校正，并发送时钟源报错信息帧；

S3.在一定时间之内，若所述时钟从节点收到的时钟源报错信息帧的个数大于一定数目，认为所述时钟主节点出现故障，启动时钟源重新选择程序，切换时钟主节点；否则，认为所述时钟主节点正常，整个网络将继续以其时间信息为基准进行时间同步；

S4.所述时钟从节点完成时间同步后，相邻通信节点之间互相交换本地时间信息，所述时钟从节点采用多数表决的方式判断其自身及相邻节点的时钟状态是否正常；若所述时钟从节点为交换机，则将判定结果发送给相邻的端节点。

可选地，采用所述时钟主节点与所述时钟从节点之间的时钟速率比值作为判断依据，具体判断方法如下：记上一次时间同步过程中，所述时钟主节点发送时间同步信息帧的本地时间为第i个所述时钟从节点收到时间同步信息帧的本地时间为时间同步信息帧由所述时钟主节点发送至第i个所述时钟从节点的链路延迟测量计算值为第i个所述时钟从节点的时间修正值为类似的，记本次时间同步过程中，所述时钟主节点发送时间同步信息帧的本地时间为第i个所述时钟从节点收到时间同步信息帧的本地时间为时间同步信息帧由所述时钟主节点发送至第i个所述时钟从节点的链路延迟测量计算值为则，可计算得到所述时钟主节点与第i个所述从节点的时钟速率比值为：

然后，可计算得到：

将所述时钟源可靠性条件设定为0＜ζ_i＜2+ε，其中ε是一个很小的正数，根据系统可靠性指标要求设定。若满足条件0＜ζ_i＜2+ε，认为所述时钟源可靠性条件判断通过；若不满足条件0＜ζ_i＜2+ε，认为所述时钟源可靠性条件判断不通过。

本发明采用以上技术方案即可有效地提高主从式时间同步方法的可靠性，实现时钟源故障状态的快速诊断，减小其对整个网络时间同步服务的不利影响，保证了时钟源的可信度。由上述时钟源可靠性保障机制可知，本发明采用时钟主节点与时钟从节点之间的时钟速率比值作为判断依据，具有准确性高，可行性强，且稳定性好等优点；通过表决的方式决定当前时钟源的状态是否正常，可有效减小误判，同时不至于过于保守影响故障诊断速度，有利于提高主从式时间同步方法的可靠性，以满足时间触发通信系统的应用需求。

附图说明

图1：本发明的算法流程图。

图2：时间同步过程时序图示例。

图3：交换式网络主从同步示例。

图4：总线式结构主从同步示例。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。

为便于理解，首先以图2中所示时序图为例，简要介绍一下主节点与从节点时钟速率比值的计算过程。由图2可知，相邻两次时间同步过程中，主节点发送时间同步信息帧的时间间隔为假设前一个时间同步信息帧到达第i个从节点的时刻为根据相邻两次的时间同步过程可推导得到后一个时间同步信息帧到达第i个从节点的时刻：经上一次时间同步过程的时间偏差修正后，第i个从节点新的时间基准变为对于第i个从节点而言，两次时间同步信息帧的发送间隔为消除时间同步信息帧两次传输时延的不同则可得到第i个从节点收到后一个时间同步信息帧的时刻为

因此，可得到主节点与从节点的时钟速率比值为：

对于交换网结构下的主从式时间同步问题，以图3所示网络为例，主节点发布时间同步信息帧，其他从节点收到时间同步信息帧后记录其到达时间，并根据上次时间同步数据和主节点的时间信息计算主节点和从节点之间的时钟速率比值，以及时钟源可靠性判断条件。若时钟源可靠性条件判断通过，说明主节点与从节点时钟速率比值一致，此时有两种可能：两者均正常或两者均故障。然而，系统并不能判断出真实情况，但是由两种可能的发生概率可知，两者均正常的出现概率明显高于两者均故障的概率。根据极大似然原理，认为此时主节点和从节点均正常。对于故障的情况，可通过其他正常从节点的表决结果发现主节点时钟状态的故障。

若时钟源可靠性条件判断未通过，说明主节点与当前从节点的时钟速率不一致，两者必然有一个出现故障，但是无法判断具体是哪一个故障。因此，根据当前从节点的时钟状态判断是否发送时钟源报错信息帧，若当前从节点的时钟状态为正常，说明主节点出现故障，发送时钟源报错信息；若当前从节点的时钟状态为异常，说明主节点可能是正常的，为避免产生误报，当前从节点不发送时钟源报错信息，并根据主节点时间信息修正本地时间基准，尽可能恢复至正常状态。其中，从节点的时钟状态由相邻节点相互监控产生。

为避免单一节点发送的报错信息有误，导致整个网络产生错误的决策，采用一定的阈值兼容少数错误信息的影响，即在一定时间内，网络中时钟源报错信息的个数超过一定数目才认为当前时钟源确实发生错误，执行时钟源重新选择程序，选择一个新的时钟参考源，尽可能减小时钟源错误对系统时间同步服务的不利影响。

对于各从节点的时钟状态监控问题，采用相互对比和多数表决的方式，即相邻节点之间互相交换其时间信息，通过多数表决判断出正常节点和故障节点。由于端节点的相邻节点只有交换机，仅能收到交换机的时间信息，无法进行有效的表决。因此，交换机设备将表决结果发送给其子网端节点。

对于总线式结构下的主从式时间同步问题，以图4所示通信总线为例，大致过程与前面基本类似，主节点广播时间信息帧后，从节点记录到达时间并进行对比和条件判断。若时钟源可靠性条件未通过，则根据情况发送时钟源报错信息，根据报错信息个数决定是否需要启动时钟源重新选择程序。不同的是，从节点的时钟状态监控问题，由于各节点均可收到总线上的广播数据，所以每个从节点自身均可根据收集到的其他从节点的时间信息通过多数表决方式判断其自身时钟状态的正常与否，可操作性更强。