[发明专利]一种基于机器自学习的高精度网络对时同步方法

权利要求书

1.一种基于机器自学习的高精度网络对时同步方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1：定义网络延时误差包括三个部分：报文在线路中的传输延时Δt，主从端网口在不同负载率条件下的主端网口延时Δt_主和从端网口延时Δt_从，主从端的时间偏差θ为在同一时刻从端的时间t_从减去主端的时间t_主；

步骤2：定义高精度网络对时同步的报文应答模型，首先主端记录向从端发送报文的时间戳t₁，从端记录接受到报文的时间戳t₂，接着主端向从端发送含有t₁的跟随报文，然后从端记录向主端发送延时请求报文的时间戳t₃，主端记录接收到延时请求报文的时间戳t₄，随后向从端发送包含t₄的延时应答报文；

步骤3：在主从端网口负载率为零时，网口延时非常小可以忽略不计，主从端的时间偏差θ为在同一时刻从端的时间t_从减去主端的时间t_主，报文在线路中的传输延时为Δt，由此可以得到如下的约束关系：

可以得到报文线路传输延时Δt和主从端的时间偏差θ计算公式如下：

报文的线路传输延时Δt因信号在线路传输速度不变；

步骤4：建立目标函数如下：

式中Δt_主为主端网口延时，φ₁为主端网口的负载率，它们之间的函数关系为幂函数并用f来表示，表达式中k₁和a分别为系数和指数；Δt_从为从端网口延时，φ₂为从端网口的负载率，它们之间的函数关系为幂函数并用h来表示，k₂和b分别为表达式的系数和指数；

步骤5：随着报文经行次数的增多，通过机器的自主计算，使得计算的误差逐渐减少，对时的精度不断的提高；

所述步骤4先测量从端网口在不同网口负载率下对应网口延时，后测量主端网口在不同的网口负载率下对应的网口延时，最后拟合出其函数关系；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：在主端网口负载率极低的条件下，对从端网口延时进行测量，从端网口负载率分别在2％、4％、6％、8％、10％间隔2％直到100％的次序进行报文传输实验，引用步骤3中的Δt和θ数值，偏差θ为在同一时刻主从端的时间差，Δt为报文在线路中的传输延时，Δt₂和Δt₃分别为：一次对时过程中同步报文在从端产生的网口延时和一次对时过程中延迟请求报文在从端产生的网口延时；

其关系如下：

解得：

将从端不同网口负载率下的网口延时绘制于坐标系中，拟合求得k₂和b，得到h(φ₂)的表达式；

所述步骤4包括如下步骤：步骤4.2：在主端网口负载率极低的条件下，对主端网口延时进行测量，从端网口负载率分别在2％、4％、6％、8％、10％间隔2％直到100％的次序进行报文传输实验，引用步骤3中的Δt和θ数值，偏差θ为在同一时刻主从端的时间差，Δt为报文在线路中的传输延时，Δt₁和Δt₄分别为一次对时过程中同步报文在主端产生的网口延时和一次对时过程中延迟请求报文在主端产生的网口延时；

其关系如下：

解得：

将主端不同网口负载率下的网口延时绘制于坐标系中，拟合求得k₁和a，得到f(φ1)的表达式；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.3：在得到线路传输延时Δt，一次对时过程中同步报文在主端产生的网口延时Δt1，一次对时过程中同步报文在从端产生的网口延时Δt2，一次对时过程的总延时Δt总就等于线路传输延时加上同步报文在主从端产生的网口延时，计算公式如下：

Δt_总＝Δt+Δt₁+Δt₂

在得知总延时Δt_总之后，主端向从端发送一个带有其发送时刻报文，从端可以根据主端时间而调整时间，从而达到对时同步，设t_主为主端的时刻，t_从为从端的时刻，从端设备时间调整后的时刻设为t_调，其计算公式如下：

t_调＝t_主+Δt_总；

所述步骤5包括如下步骤：

步骤5.1：上述步骤4的约束关系为一次报文传输过程，为了得到更准确的对时，在此基础之上，给出第二次和第三次报文传输约束关系，并将三次对时约束关系合在一起，公式如下：

式中Δt为线路传输延时；θ为主端和从端的时间偏差；Δt₁和Δt₅和Δt₉分别为第一、二、三次对时，同步报文在主端产生的网口延时；Δt₂和Δt₆和Δt₁₀分别为第一、二、三次对时，同步报文在从端产生的网口延时；Δt₃和Δt₇和Δt₁₁分别为第一、二、三次对时，延迟请求报文在从端产生的网口延时；Δt₄和Δt₈和Δt₁₂分别为第一、二、三次对时，延迟请求报文在主端产生的网口延时；t₁和t₅和t₉分别为第一、二、三次对时，同步报文离开主端的时间戳；t₂和t₆和t₁₀分别为第一、二、三次对时，同步报文到达从端的时间戳；t₃和t₇和t₁₁分别为第一、二、三次对时，延迟请求报文离开从端的时间戳；t₄和t₈和t₁₂分别为第一、二、三次对时，延迟请求报文到达主端产生的时间戳；

步骤5.2：设各端口延时在不同负载率下的关系如下：

步骤5.3：将步骤5.2的关系带入步骤5.1的公式之后，得到的约束关系中含有的未知量的个数为六个，分别为k₁、k₂、a、b、Δt、θ，而含有的约束条件也为六个，可以求解出主端网口延时与网口负载率关系f的表达式并得到主端网口延时Δt_主、从端网口与网口负载率关系h的表达式并得到从端网口延时Δt_从、线路的传输延时Δt，由此可以得到总传输延时为Δt_总：

Δt_总＝Δt_主+Δt_从+Δt

步骤5.4：经本发明的高精度网络时间同步算法后，从端时钟调整为公式如下：

t_调＝t_主+Δt_总

在得到从端的校准时间之后，从端就可以调整时间，到达与主端对时的效果。