[发明专利]一种局域网络中设备的时钟同步方法

权利要求书

1.一种局域网络中设备的时钟同步方法，所述的局域网络中设备的时钟同步方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)：局域网络中的时间管理单元以固定周期T发送同步请求报文，经交换机转发到各需要同步的设备；在发送同步请求报文时，时间管理单元会记录下该同步请求报文的发送时间，记为t1_n，并根据其时钟同步序列号sernum＝n写入时间戳RAM1；

步骤2)：在交换机内采用滞留时间桥机制，将同步请求报文进入交换机的时间记为t_in，离开交换机的时间记为t_out，则同步请求报文在交换机内的滞留时间t_resid-req＝t_out-t_in；在转发时，交换机会将该滞留时间写入同步请求报文的时间修正域；

步骤3)：设备在接收到同步请求报文的同时会记录下该同步请求报文的接收时间t2_n，并生成请求响应报文；之后，请求响应报文会经交换机转发至时间管理单元；在设备发送请求响应报文的瞬间，会记录下请求响应报文的发送时间t3_n并将该请求响应报文的发送时间载入请求响应报文中；

步骤4)：采用与步骤2)中同步请求报文在交换机内的滞留时间同样的处理方式，即可得到请求响应报文在交换机内的滞留时间并记作t_resid-resp，并用该滞留时间减去原时间修正域中的滞留时间t_resid-req即可得到滞留时间差Δt_resid＝t_resid-resp-t_resid-req，并将该滞留时间差附在时间修正域后的滞留时间差域中；

步骤5)：时间管理单元接收到请求响应报文时，会记录下该请求响应报文的接收时间t4_n并将其按时钟同步序列号以及设备号写入时间戳RAM4中；此外，时间管理单元还会根据接收的请求响应报文解析出同步请求报文的接收时间t2_n以及请求响应报文的发送时间t3_n，将它们按照其时钟同步序列号以及设备号分别存放至时间戳RAM2、时间戳RAM3中；

步骤6)：时间管理单元根据接收到的各设备时间信息与时间管理单元信息进行计算而得到相位偏差和设备的频率修正系数，然后将相位偏差与设备的频率修正系数和设备号联系起来生成相对时间偏差列表，并发送给各需要同步的设备；

步骤7)：需要进行偏差计算的设备根据接收到的相对时间偏差列表进行其时钟同步处理，整个过程分为时钟相位同步与时钟频率修正，从而即可实现对时钟相位的同步和频率的修正；

在步骤6)中，得到相位偏差的过程如下：

根据同步请求报文的发送时间t1_n、同步请求报文的接收时间t2_n、请求响应报文的发送时间t3_n、请求响应报文的接收时间t4_n以及同步请求报文在交换机内的滞留时间t_resid-req和请求响应报文在交换机内的滞留时间t_resid-resp，在一次时钟同步过程中，记相位偏差为t_offset，假设主从链路延迟t_ms与从主链路延迟t_sm相等，即t_ms＝t_sm，则在同步请求报文的发送至接收过程中，存在：

t1_n+t_ms+t_resid-req-t_offset＝t2_n

在请求响应报文的发送至接收过程中，存在：

t3_n+t_sm+t_resid-resp+t_offset＝t4_n

由上述三式可得一次时钟同步过程中设备与时间管理单元的相位偏差t_offset，如下所示：

由请求响应报文的滞留时间差可得Δt_resid，而Δt_resid＝t_resid-resp-t_resid-req，所以相位偏差：

在步骤6)中，得到设备的频率修正系数过程如下：

在此过程中，需要局域网络在进行两次及两次以上时钟同步过程中产生时间数据，当进行第一次时钟同步时，默认频率修正系数为1；

当进行第二次以及两次以上时钟同步时，取时钟同步序列号sernum＝x(x＝1,2,3....n)，时间管理单元发送同步请求报文时间t1_x、设备的接收时间t2_x、同步请求报文在交换机内的滞留时间t_resid-req；另取时钟同步序列号sernum＝x+1(x＝1,2,3...n)，时间管理单元发送同步请求报文时间t1_x+1、设备的接收时间t2_x+1、同步请求报文在交换机内的滞留时间t_{resid-req(x+1)}；对于x,x+1两次同步过程，同步请求报文的接收时间间隔应为其发送时间间隔与路径时延变化之和，而路径时延变化主要在于交换机由于调度导致的滞留时间的变化；所以，在同步过程中，相邻两次同步请求报文的接收时间间隔等于它们发送时间间隔加上传输过程中交换机滞留时间的变化，即：

T_M(t1_x+1-t1_x)+T'_switch(t_{resid-req(x+1)}-t_resid-reqx)＝T_S'(t2_x+1-t2_x)

其中，T_M为时间管理单元本地时钟周期，f_M为其频率；T_S’为实际工作时设备本地时钟周期，f_S’为其实际工作频率；T_switch为交换机理想状态下时钟周期，T’_switch为实际工作过程中时钟周期；由上式可得设备的频率修正系数：

由于时钟管理单元在设计时采用性能较为稳定的物理器件，认为其时钟频率不产生漂移，即时间管理单元频率f_M、时间管理单元本地时钟周期T_M不变；当交换机内的滞留时间远小于同步间隔时，可认为T'_switch＝T_switch成立，所以上述设备的频率修正系数计算公式即为：

在步骤7)中，时钟相位同步过程如下：

需要进行时钟相位同步的设备根据其设备号查询相对时间偏差列表即可得到本设备的频率修正系数、本设备的相位偏差t_offseta和目的设备的相位偏差t_offsetb，将本设备的相位偏差t_offseta和目的设备的相位偏差t_offsetb相减即可得到两设备间的相对时间偏差Δt_ab；

时钟频率修正过程如下：

在理想状态下，频率修正系数为1，即：时间管理单元的时钟频率与设备的时钟频率之比为而在实际应用过程中，根据频率修正系数可得时间管理单元的时钟频率与设备的时钟频率之比为所以有f_S＝λ_x+1f_S'＝f_S'+(λ_x+1-1)f_S'成立，从而可知在f_S'基础上对时钟频率修正，需要在其现有频率基础上增加(λ_x+1-1)f_S'。