[发明专利]一种实现以太网精确对时的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对时方法，尤其是涉及一种实现以太网精确对时的方法。用于网络时间同步。

背景技术

随着计算机和网络通信技术的飞速发展，各行各业的自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。计算机及网络设备为各控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台、这样对各种实时和历史数据时间戳的准确性也就提出了更高的要求，然而网络中的这些设备各自走自己的时间，日积月累中整个系统的时间混乱不堪，造成正常的数据统计分析业务无法正常进行，这时就需要把整个网络时间同步起来。

一般在小型的局域网内(如变电站的监控系统)需要精确的网络时钟，会有一台网络系统作为时钟源，给其它网络设备对时。通过网络报文对时，因为网络报文在处理及发送接收过程中有延时，特别是通过交换机路由器等装置，延时不好估计，产生毫秒级的误差是完全有可能的。通过通用输入输出GPIO辅助对时信号可以把对时精度保证在微秒级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服网络报文对时实时性的不足，提供一种以太网对时的方法，使对时精度为微秒级的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

CPU通过网口发送对时网络报文，通用输入输出GPIO(General-Purpose Input /Output)通过电平变化发送辅助对时信号。对时过程如下：对时装置D1的CPU读取实时时钟t1之后，立即通过通用输入输出GPIO，发出辅助对时信号，只需将电平变化一次即可。然后将读出的时钟信息组装成网络报文，通过物理层接口，发送给接收对时装置。接收对时装置D2同样通过通用输入输出GPIO信号，接收到信号变化，并记录下该时刻，标记为t2。经过一段时间的延时，接收对时装置接收到网络对时报文，送给接收对时装置D2的CPU处理，接收对时装置D2的CPU分析完报文，提取出时间信息在写入实时时钟芯片前，记录下该时刻，标记为t3。t3-t2作为网络延时及接收对时装置D2的CPU处理报文时延，用该值修正时间信息，则写入接收对时装置D2实时时钟芯片的时间信息为t1+t3-t2。如果通过计算机器周期，计算出写入实时芯片的固定延时，可以使对时更加精确。

本发明的有益效果如下：本发明装置易实现、安装方便，采用微处理器的通用输入输出GPIO功能，保证了局域网内系统时钟的精确与同步。

附图说明

图1为本发明使用的装置的结构示意图。

图2为延时测试示意图。

具体实施方式

实现以太网络精确对时功能的新型装置，其特征是组成包括对时装置(D1)，被对时装置(D2)即为接收对时的网络设备，并且接收对时的装置个数可以大于1。

本发明工作原理及过程如下：

首先只使用网络对时报文进行对时并估算对时误差。本例使用的网络装置为INTEL的网络处理器IXP465，操作系统为Vxworks。在Vxworks系统下，利用网络套接字建立基于UDP协议的客户端/服务器通信模式。由于UDP是无连接的协议，授时发送方并不清楚发出的报文是否已经正确到达接收方，于是提出一种支持重传和定时等待确认的协议。

这个协议要求发送方发送的网络对时报文与接收方回复的确认报文具有对应的序列号，发送方和接收方都可以通过序列号来判断是不是想要得到的报文。序列号是循环的。如果用1个字节来表示序列号，则可以设定序列号为256。

VxWorks内核时钟的tickLab库增加、改变、获得tick。在VxWorks中的一个参数就是SYS_CLK_RATE，也就是系统时钟率，即系统时钟在一秒钟之内发生多少次。在IXP465系统中可以设置SYS_CLK_RATE为1000，这样1个tick就是1毫秒。发送方送出一个对时报文后立即记录下当前的tick为t1，接收到回复确认立即记录下此时的tick为t2。我们用(t1-t2)/2计算出网络延时，经过多次测试计算出均值为2.18毫秒。该值和网络设备、通信链路等多种因素有关，具有很大的不确定性。图2所示为报文按时、正确地接收的情况。

CPU通过网口发送对时网络报文，通用输入输出GPIO(General-Purpose Input /Output)通过电平变化发送辅助对时信号。则对时过程如下：对时装置D1的CPU读取实时时钟t1之后，立即通过通用输入输出GPIO，发出辅助对时信号，只需将电平变化一次即可。