[发明专利]分布式处理网络系统中的日历时钟的同步化

说明书

本发明涉及在分布式处理网络系统的每个站中保有的日历时钟同步化，特别是涉及其中存在可能有动态变化的显著延时的那类系统，本发明进而涉及了提供一种与一般站处理器相比能获得较高分辨率的日历时钟。

在分布式处理系统中，特别是在分布式控制系统中，一个较为困难的任务是保持一种分布式的同步日历时钟。该时钟形成各站所需的时间标准，以便进行分布式任务的调度并精确标记各个事件的发生（用于记录整个网络的事件的排序）。现有的典型的日历控制系统中的控制条件要求任何两站之间最坏的状态偏差要小于200微秒。于是，每一个时钟的分辨率必须为100微秒而每一时钟的精确度必须是正负100微秒。

最简单的解决办法是让一个站周期地发送包含准确的日历时间的信息。各站在收到该信息时将其时钟设置到该信息所规定的值。但不幸的是在该信息构造之时与远方站中的时钟设置之时这两者之间有很多显著的而又可变化的延时。这些延时包括：发送计算机中的处理时间，等待传输的排队延时，源网络接口中的处理时间，访问媒体等待延时，传输时间，媒体传播延时，站转发器延时，目的站网络接口处理时间，目的站计算机中的排队延时，以及软件处理的延时。这些延时及其可变性阻碍了同步不能达到所希望的精确性。

以上的分析是假设应用每一个站中处理器中操作系统所保有的日历时钟。上述许多的延时效应通过向传输及接收站的网络接口都添加特殊的硬件是可以消除的。特别是，传输站的硬件读取在传输的时刻的当地日历时钟并将该值插入到该信息中去。这将消除由以下延时所引起的误差：发送计算机中的处理时间，等待传输的排队延时，源网络接口中的处理时间以及等待访问媒体的延时。接收站的硬件将检测该时钟信息，抽取该日历时间，对当地日历时钟进行设置。这将消除由以下因素引起的误差：目地网络接口中的处理时间，目的计算机中的排队延时以及软件处理延时。其余的误差仅与传输时间，媒体传播延时以及站转发器延时样关。遗憾的是实现上述功能的特殊硬件是相当复杂的。由于每一个站都必须能够承担记时器的功能，于是所有的站都要求有两组特殊的硬件。

美国专利No.4，815，110提出用于在分布式处理系统中日历时钟同步化的另一种系统。该时间同步化过程分为两个阶段。在第一阶段中，计时器站在网络上传输一个特殊的信息。在收到该信息的时刻，每一站的硬件就锁存（即保留）其当地日历时钟值。在第二阶段，该计时器站传输包含当该站在第一阶段接收到的它自己的信息时所保留的它的日历时钟的数值。与该计时器日历时间在每一其他站被接收时，所接收的值从所保留的值中减去。所得结果数值表示当地时钟与计时器站的时钟之间的差并且用于校正该当地时钟。该过程所需的硬件比上面讨论的要简单得多，而且消除了传输时间误差。所需硬件仅包括用于表示当地日历时间的硬件计数器和在第一阶段过程中识别时钟信息的电路。然而，该计数器必须能支持以下操作：读取，设置与锁存。而且该计数器中的值必须表示绝对时间。

在本发明的受让人所发展的一个类似的系统中，一个单独的主站在第一阶段向所有的站发送特殊的定时信息，而在第二阶段，该主站与另外两个站这三个站向所有的站发送它们收到该特殊定时信号的次数。然后每一站将两个所收到的最接近的日历时间信号求平均并校正该平均值。

在某些网络中，诸如FDDI（光纤分布数据接口）计数旋转环网络，信息是通过环中每个站的网络接口中的转发器从一个站传送到别的站的。这一转发器的功能导致了延时，例如导致了大约750毫微秒的延时。而且，连接各站通信媒体也引起了延时。另外，FDDI网络通过选择站之间顺时针与反时针的光纤区段可以重构网络构形以调整运行中止。这种在构形上的变化将影响网络中一个或多个站所经历的延时。

另一个问题是许多现今的工作站的操作系统的日历时钟不具有能适合许多分布式处理系统应用程序的需要的所要求的分辨率。

本发明的一个目的即是提供用于分布式处理系统中站日历时钟同步化的改进装置。

本发明的另一目的在于以最少的特定硬件来达到上述这一基本目标。

本发明的又一目的是应用每一站的操作系统的日历时钟来达到上述目的，并且即使在操作系统的日历时钟不具有网络系统所要求的分辨率的情形下也能达到。

本发明再有一个目的就是提供这样一种用于站日历时钟同步化的改进装置，该装置适应于网络延时及诸如伴随网络构形变化的网络延时的动态变化。