[发明专利]2oo3冗余结构下的操作系统时钟同步方法、系统

说明书

本发明提供了一种2oo3冗余结构下的操作系统时钟同步方法、系统，其特征在于，包括：延时获取步骤：分别将节点网络中每个节点与节点网络中的其余节点进行一次通讯，获取每个节点与节点网络中的其余节点的通讯延时；节点划分步骤：根据获取的每个节点与其余节点的通讯延时，计算每个节点与其余节点的平均通讯延时，选取一个平均通讯延时最小的节点作为主时钟节点，将节点网络中的其余节点作为从时钟节点；节点同步步骤：建立同步网络，将从时钟节点与主时钟节点同步。发明所建立的时钟同步网络可以覆盖2oo3冗余结构，可自主维护网络中各节点，可以进行添加、删除节点或链路等操作。可以根据不同的网络负载和物理结构进行调整。

技术领域

本发明涉及网络信息传输技术领域，具体地，涉及一种2oo3冗余结构下的操作系统时钟同步方法、系统。

背景技术

在航空航天、轨道交通、军事以及能源电力等安全攸关领域对实时嵌入式处理节点具有很高的可靠性和安全性要求。在安全关键性实时嵌入式系统中，为了减少和降低风险，除了选用高可靠电子元器件外，通常采用多模冗余的方式提高实时嵌入式系统的可靠性和降低风险概率。多模冗余实时嵌入式系统中处理节点间时钟同步是确保系统正确实时性行为的关键，如在对数据表决时，要求不管是输入数据还是输出数据，都要在时刻上保持一致。

在多模冗余实时嵌入式系统中每个实时嵌入式处理节点的时钟属性差异和初始时间不同，需要使用时钟同步技术来补偿时钟误差，构建并维护一个统一时间基，从而确保系统实时行为的正确性。

目前安全关键性应用领域主要采用基于报文交换网络的时钟同步技术来补偿时间误差，同时需要考虑时钟漂移和网络消息延迟不确定性两个主要的误差源。

常用于节点网络中的同步协议有网络时间协议NTP(Network Time Protocol)和简单网络时间协议SNTP(Simple Network Time Protocol)。采用NTP协议的节点网络将网络内各个节点时钟同步到某个时钟标准，目前采用的时间标准是世界协调时UTC(Universal Time Coordinated)。NTP协议的时钟同步主要是在主从工作方式下实现的。由于NTP采用的是应用层同步方法，其时间同步精度一般在10ms至100ms之间，不能满足强实时、高精度等安全关键领域的要求。SNTP则是一个简化的NTP同步协议，其时间精度依赖于客户端和服务端网络的情况。但由于SNTP采用的是与NTP相同的时钟同步策略，因此其同步精度也不高。

同时，在这些时钟同步方法中，仅同步外部时钟，缺少对操作系统内部时钟的调整。而操作系统的系统时钟扮演着重要角色，一个失步的系统时钟会影响任务的调度、软定时器的工作状态、性能表现以及实时响应等操作系统关键指标。一个冗余结构中失步的操作系统节点可能会引发与其他节点的同步相关问题。例如，当冗余系统中部分节点发生异常重启后，其操作系统内部时钟与整个冗余系统中的时间不一致，或是由于工作环境和硬件误差导致的时钟漂移，使得在冗余网络中会出现与其他操作系统节点时钟差异较大的异常节点。

以上这些场景的出现，采用仅同步外部时钟且精度不高的同步方法导致其在安全关键领域有部分局限性。

专利文献CN105187148A(申请号:CN201510504383)公开了一种基于ARM的网络时钟同步系统及方法，该系统包括如下：GPS卫星授时模块,通过卫星在短时间内获取卫星时间信息；NTP服务器,利用带操作系统的嵌入式处理器作为服务器，将接收的时间报文转为标准格式，并校准本机时间；硬件守时模块,用于储存NTP服务器最近校准的时间；客户端模块,获取服务器时间，同步本地系统时间。该专利文献采用基于NTP协议的时钟同步方法，使用环境要求高，约束条件较多以及同步精度不及采用IEEE1588协议的时钟同步方法