[发明专利]一种面向时间敏感网络的高可靠时钟同步系统及方法

权利要求书

1.一种面向时间敏感网络的高可靠时钟同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据最佳主时钟算法选择网络中的某一设备为GM；

步骤二、在每一个集成周期开始，各设备将本地时钟信息传输至所述GM，所述GM选取所述各设备的角色，FM、SM、CM和SC；

选择频率最稳定的设备为所述FM；

按照设备分簇规则将设备进行分簇，根据簇内设备最多原则选择SM簇，簇内设备为所述SM；所述设备分簇规则包括根据设备的时钟信息进行时钟分布检测，将时钟相近的设备组成一个簇；所述设备分簇规则还包括先确定网络层级结构，以设备距离所述GM的跳数为分级标准，距离所述GM的跳数代表了设备所处的级数；每级网络再独立根据设备的时钟信息进行时钟分布检测，将时钟相近的设备组成一个簇；

设置所述CM时保证所述SM到达所述CM的总跳数最小；

其余设备设置为所述SC；

步骤三、所述GM在确定完各设备角色后将角色分配信息写入PCF帧；所述各设备收到角色分配信息帧后对角色进行确定，各角色完成状态转换，发送角色确认信息帧至所述GM；

步骤四、所述GM在收到所述各设备返回的角色确认信息帧之后，开始与所述SM进行时间同步及开始与所述FM进行频率同步；

步骤五、所述SM在与所述GM完成时间同步后生成PCF帧，将PCF帧发送至所述CM，所述CM根据接收到的PCF帧计算压缩校正值，所述CM根据压缩校正值调整本地时钟后，生成新的PCF帧，发送至所述GM、所述SM、所述FM和所述SC；

步骤六、所述SM、所述FM和所述SC接收到所述CM发送的PCF帧后进行本地时钟调整；

步骤七、在每一个集群周期的结束阶段，即每个所述集群周期最后一个所述集成周期结束阶段，所述GM判断自身正常与否，将信息反馈至所述各设备；

所述GM判断自身正常与否规则为：所述GM将所述CM计算的分布式网络的全局时钟基准与GM本地时钟进行比较，如果二者时间差值小于或等于预设的阈值，则认为所述GM处于正常状态，然后所述GM发送所述GM正常标志帧至所有设备；如果差值大于预设的阈值，则认为所述GM处于异常状态，然后所述GM发送所述GM异常标志帧至所有设备；

步骤八、如果所述FM接收到GM正常信息帧后，所述FM将在一个所述集群周期内收集的由所述GM发送至所述FM的数据传输延迟测量值进行处理，计算时钟频率偏移，然后调整所述FM的本地时钟频率，同时将所述FM调整之后的频率值发送至所述SM、所述CM和所述SC，所述SM、所述CM和所述SC根据接收到的频率调整信息调整本地时钟频率；如果所述FM接收到GM异常信息帧后，所述FM将直接将自己的时钟频率下发至下层设备，所述下层设备根据所述FM时钟进行调整；

步骤九、在下一个所述集群周期开始，所述各设备根据所述GM发送的状态信息调整同步策略；如果收到GM正常信息帧，则跳转至所述步骤二，重新进行各设备角色的选取；如果收到GM异常信息帧，则跳转至所述步骤五。

2.如权利要求1所述的面向时间敏感网络的高可靠时钟同步方法，其特征在于，所述本地时钟信息包括本地时钟时间值、本地晶振频率信息、本地晶振老化程度、设备到所述GM的跳数。

3.如权利要求1所述的面向时间敏感网络的高可靠时钟同步方法，其特征在于，所述步骤二中选取所述FM时根据本地晶振频率信息、本地晶振老化程度信息。

4.如权利要求1所述的面向时间敏感网络的高可靠时钟同步方法，其特征在于，所述GM、所述FM、所述SM、所述CM、所述SC包括中继设备、终端设备。

5.一种使用了如权利要求1-4任一项所述的方法的面向时间敏感网络的高可靠时钟同步系统，其特征在于，包括：

实时时钟模块：根据晶振频率和计数器实现精准计时，并且包含时钟调整功能，能根据计算出来的时钟偏移和频率偏差进行校正；

输入模块：负责接收数据，且在接收数据时记录所述实时时钟模块的时钟值，即接收时刻；

输出模块：负责发送数据，且在发送数据时根据所述实时时钟模块的时钟值在数据上加上时间戳，即发送时刻；

状态管理模块：包括状态处理和状态转移，对设备的不同状态进行管理，所述状态管理模块会根据接收到的角色分配信息进行不同状态集的转换，同时根据接收到的信息进行不同状态的转换；

配置管理模块：为所有模块用到的参数提供统一接口，对系统所有的参数进行统一配置，包括网络的最大传输延迟、集群周期、集成周期、观察窗口大小；

计算模块：为系统提供计算功能，包括GM时钟与CM计算出的时钟基准的比较计算、数据传输延迟的计算、主从同步的时钟偏移计算、时钟频率偏差的计算、固化函数、压缩函数，所述计算模块根据所述状态管理模块的不同状态集启动不同的计算功能；

数据存储模块：主要提供数据存储功能，包括为FM提供数据存储功能，存储所述集群周期内所述FM记录的所述GM至所述FM的数据帧传输延迟；为所述状态管理模块存储过去及当前状态信息；为所述计算模块提供临时或永久数据存储；所述配置管理模块所配置的参数信息。