[发明专利]一种基于IP网络的高精度时间同步系统的构建方法

摘要

本发明公开了一种时间同步方法。本发明主要内容是多中心星型拓扑时间同步系统构建方法，该构建方法包括了网络高精度时统协议、时钟状态机和时间资源选举算法。本发明的时间同步系统由区域资源管理中心和若干高精度同步时域组成，在网络高精度时统协议基础上，管理中心采集时钟质量，时钟本地评估对时效果，运行时间资源选举算法，形成时间同步拓扑。时间资源选举是本时间同步系统构建过程中的核心算法，通过比较时钟的时间质量和位置质量，计算时钟的工作模式，调度时钟资源，得到合理的体系对时关系。本发明通过反复调用时间资源选举算法得到合理的体系对时关系，完成时间同步系统构建。

主权项

一种基于IP网络的高精度时间同步系统的构建方法，其特征在于，包括一个区域时频资源管理中心和一个以上的时域；区域时频资源管理中心负责所辖范围内的时钟节点身份信息收集、完成资源注册，采集节点状态信息，进行资源调度，形成对时拓扑；时域是一个区域按照时间同步需求划分成的任务组，任务组内时钟之间实现同步；时域内有一个以上的时钟，在区域时频资源管理中心，每个时域内的时钟形成一个资源列表和一个主从关系，资源列表按照时钟质量由好到坏进行排列，主从关系保存每个时钟节点的对时邻居；每个时钟具有五种工作模式，包括主时钟、从时钟、备份主时钟、独立时钟以及边界时钟；主时钟为从时钟提供对时服务，从时钟接收主时钟的授时；备份主时钟作为主时钟的备份，或者作为边缘链路从时钟的主时钟；独立时钟不对外授时，仅独立守时；边界时钟同时接收主时钟的对时，也向从时钟提供授时；同一时刻，有一个时钟处于主时钟工作模式，从时钟以主时钟为拓扑中心接收主时钟授时，当从时钟和主时钟之间链路时延或者抖动超过门限值，以距离最近的备份主时钟或者边界时钟为主时钟完成对时；时钟同步系统的构建步骤如下：1)每个时钟向区域时频资源管理中心发送心跳报，注册时钟信息；2)区域时频资源管理中心对时钟心跳进行检测，通过检测则下发时域内时钟资源列表；3)时钟计算时钟质量，时钟质量包括时间质量和位置质量，时间质量包括时钟等级、时钟精确度、时钟方差，位置质量包括时钟总时延和总跳数，时钟总时延指本时钟到其他所有时钟的时延之和，时钟总跳数指本时钟到其他所有时钟的跳数之和；4)时钟向区域时频资源管理中心上报时钟质量；5)区域时频资源管理中心运行TRE算法，生成对时关系；6)区域时频资源管理中心给时钟下发对时关系和工作模式；7)时钟进入特定工作模式并根据对时关系对时，并计算主从时钟偏差；8)对从时钟来讲，如果满足和备份主时钟之间链路时延更小，且链路跳数更小，且主从时钟偏差更小，则向区域时频资源管理中心申请更换主时钟；9)区域时频资源管理中心接收申请并更新节点邻居关系；TRE算法由两部分组成，分别是质量比较算法和资源调度算法；质量比较算法包括如下步骤：51)比较两个时钟第一优先级，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；52)比较两个时钟等级，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；53)比较两个时钟准确度，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；54)比较两个时钟精密度，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；55)比较两个时钟总链路时延，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；56)比较两个时钟总路由跳数，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；57)比较两个时钟第二优先级，如果不等，则较小者质量更好，算法结束，如果相等，则进入下一步；58)比较两个时钟的时钟ID，则较小者质量更好，算法结束；资源调度算法由4个部分组成，分别是时钟选举、新时钟加入、故障时钟删除和时钟质量跳变；时钟选举用于新时钟加入前，确定新时钟在资源列表中的位置和工作模式，包括以下步骤：61)将新节点和资源列表中其他节点依次进行数据集比较，确定时钟的插入位置；62)如果时钟等级小于128：a)如果时钟的数据集比较结果为最优，则时钟模式为主时钟M；b)如果时钟的数据集比较结果不是最优，i)插入位置在最后一个备份主时钟之前，则时钟模式为备份主时钟B；ii)插入位置在最后一个备份主时钟之后，则时钟模式为独立时钟D；63)如果时钟等级大于128：a)如果时钟等级为255，则时钟模式为从时钟S；b)如果时钟等级不为255：i)插入位置在第一位，则时钟模式为主时钟M；ii)插入位置不在第一，则时钟模式为从时钟S；当时钟通过区域时频资源管理中心的预考察后，新时钟加入资源列表，生成资源列表和主从关系并下发，新时钟加入的步骤如下：71)判断待插入时域是否为空：72)如果时域为空：72a)如果时钟等级为255，则时钟模式为从时钟S；72b)如果时钟等级不为255，则时钟模式为主时钟M；73)如果时域不为空：73a)如果当前主时钟等级范围满足128<＝时钟等级<255；i)运行质量比较算法和资源列表中节点依次比较，确定插入位置和工作模式；ii)若新节点质量比主时钟好，则更新当前主时钟为从时钟，插入新时钟；iii)若新节点质量比主时钟差，则直接插入新时钟；73b)如果当前主时钟等级范围满足时钟等级<128；i)运行质量比较算法，确定新时钟加入位置和工作模式；ii)如果本时域配置为无备份主时钟；A.若待插入的时钟等级小于128：若新时钟模式为主时钟，原主时钟成为独立时钟，插入新时钟；若新时钟模式为独立时钟，其他时钟模式不变，插入新时钟；B.若待插入的时钟等级大于等于128：新时钟模式为从时钟，其他时钟模式不变，插入新时钟；iii)如果本时域配置为有备份主时钟：A.如果待插入位置在最后一个备份主时钟之后，则直接根据插入位置插入；B.如果待插入位置在最后一个备份主时钟之前，对插入位置之后的节点，独立时钟和从时钟不调整，当前主时钟成为备份主时钟，备份主时钟中排在最后的一个成为独立时钟，然后将新时钟加入；区域时频资源管理中心监测时钟心跳报，如果3000ms收不到心跳则认为时钟故障，需删除存在于区域时频资源管理中心端相应时域资源列表内的时钟节点；资源列表根据质量比较算法按照质量由好到差排列，依次为主时钟，备份主时钟，独立时钟，和从时钟，并定义maxB为该时域的备份时钟数上限；删除后调整剩余的时钟工作模式，形成新的资源列表和主从对时关系并下发，故障时钟删除步骤如下：1)如果删除主时钟，根据资源列表中第maxB+1个节点是否为独立时钟来判断是否存在独立时钟：如果资源列表中有独立时钟，则质量最好的备份主时钟成为主时钟，独立时钟成为备份主时钟；如果没有独立时钟，则最好的备份主时钟成为主时钟；2)如果删除备份主时钟，剩余备份主时钟的模式不变，只在资源列表中有独立时钟的情况下独立时钟成为备份主时钟；3)如果删除独立时钟或者删除从时钟，其它时钟节点不做调整；区域时频资源管理中心监测到时钟质量发生跳变后，根据质量比较算法调整时钟位置，更新资源列表和主从关系并下发，时钟质量跳变的处理步骤如下：1)对发生质量跳变的时钟和资源列表中其他时钟依次进行数据集比较，如果该时钟在资源列表中位置需要调整，则进入下一步，否则算法结束；2)将需要调整的节点保存到临时变量中，并调用故障时钟删除过程，从资源列表中删除；3)调用新节点加入过程，将临时变量中的节点加入到资源列表中。