CN101170373A - 环网中时钟同步的实现方法 - Google Patents

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张庆军
包伟华
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Abstract

本发明涉及一种环网中时钟同步的实现方法，由于环网中的设备实现的是边界时钟，其端口可能存在主时钟、从时钟和被动时钟三种状态，处于主时钟状态的端口是其通信路径上时钟的基准，与之连接的端口需要与其同步；处于从时钟状态的端口需要与其通信路径上的主时钟进行同步；处于被动时钟状态的端口忽略其端口上的时钟同步信息，各个端口在其所在的通信路径上进行主时钟竞争，竞争后产生主时钟、从时钟和被动时钟三种状态，以此实现环形网络的拓扑结构下设备的时钟同步。

Description

环网中时钟同步的实现方法
技术领域
本发明涉及一种时钟同步的实现方法，特别是一种工业以太网交换机组成的环形网络中的时钟同步的实现方法。
背景技术
工业自动化控制***广泛地应用于电力、冶金、石油化工等各个行业，通信网络技术是自动化控制***的主要组成部分，控制***各个设备的连接、组态、数据交换等任务都离不开网络和通信。以太网技术由于具有开放性、稳定性、成本低廉、传输速率高、易于组网等诸多优点，逐渐进入工业控制领域。自动化***中越来越多的采用以太网作为通信网络，由于工业通信网络中的数据报文的发送和接收需要确定性的时钟信息，所以对通信网络中的设备进行时钟同步是迫切需要的。
发明内容
本发明是针对现有环形网络中的设备时钟需要同步，即有一个唯一的时钟基准的问题而提出一种环网中时钟同步的实现方法，来实现环网中的时钟同步问题。
本发明的技术方案为：设备上电后，所有端口进入初始化状态，该状态初始化每个端口的时钟数据集；设备初始化完成后，PTP端口将进入侦听状态，等待时钟同步报文；如果某个处于侦听状态的端口在预设置的时钟同步报文接收超时时间到来之前，收到相连通信路径上的同步报文，并且发出该同步报文的主时钟的优先级高于本地时，该端口转入到未校准状态，通过计算路径延时后，对时间进行校准，时间校准后则切换到从时钟状态，成为该通信路径中的一个从时钟端口，把本地时钟和网络时钟同步起来；如果在超时时间内，收到同步报文，但是发现发送该同步报文的主时钟的优先级还低于本地的时钟，则本地时钟成为主时钟的状态，同时发送时钟同步报文与其进行主时钟的竞争；如果某个设备的连接在环网上的某一个端口在时钟同步报文超时时间时间到来的时候，仍然没有收到同步报文，则该端口成为与之相连通信路径上的主时钟，并发送同步报文；如果某个设备的连接在环网上的某一个端口成为与之相连通信路径上的主时钟后，收到该路径上的同步报文，则进行主时钟竞争，通过判断设备MAC地址最后3个字节大小方法来决定自己的状态，如果地址小，则成为主时钟；如果某个设备的两个连接在环网上的端口在参与主时钟竞争时，同时低于相邻端口的时钟的优先级，则在两条通信路径上选择优先级较高的时钟为主时钟，与之相连的端口处于从时钟状态，另一个端口则处于被动时钟状态。
由于组成环网的设备(可能是交换机或者具有交换功能的终端节点)至少都具有两个或以上的网络端口，这样每个设备至少就具有了两条通信路径，每一条路径上会存在一个时钟，所以每个端口都应该是一个时钟，而组成环网的设备应该是由多个时钟的结合体。IEEE1588精确时钟同步协议中将有多个时钟端口的设备定义为边界时钟，由于环网中的设备实现的是边界时钟，其端口可能存在主时钟(MASTER)，从时钟(SLAVE)和被动时钟(PASSIVE)三种状态，处于MASTER状态的端口是其通信路径上时钟的基准，与之连接的端口需要与其同步；处于SLAVE状态的端口需要与其通信路径上的MASTER时钟进行同步；处于PASSIVE状态的端口忽略其端口上的时钟同步信息。本同步机制的主要内容是设备上电后，各个端口在其所在的通信路径上进行MASTER竞争，竞争后产生MASTER，SLAVE和PASSIVE。然后，MASTER端口向其通信路径上发送包含其时钟信息的同步报文，SLAVE端口接收到同步报文后，通过计算线路延时，并与MASTER进行时钟校准，PASSVIE端口在接收到同步报文时不做任何处理。本发明中使用这三个状态的目的是为了使得环网上每条通信路径有唯一确定的MASTER，并且避免每个设备超过一个端口处于SLAVE状态，因为一旦某个设备有多个SLAVE端口，其需要向多个MASTER同步，将得不到准确的时间，这个时候需要选择一个最优的MASTER，同时将其它SLAVE端口转换到PASSIVE状态。通过这种机制，可以实现环形网络的拓扑结构下设备的时钟同步。
本发明的有益效果在于通过环网中一种时钟同步的实现方法，可以实现环形网络的拓扑结构下设备的时钟同步。
附图说明
图1是本发明环形网络的拓扑结构示意图；
图2是本发明环网中时钟同步工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方法对本发明作进一步详细的描述：
如图1环形网络的拓扑结构示意图，给出了环形网络的拓扑结构，并且给出了通信路径的界定，由于规定网络中各设备不转发其接收到的与时钟相关的报文，所以相邻设备之间存在独立的通信路径。
如图2环网中时钟同步工作流程图，给出了本方法实现的状态机，设备上电后，所有端口进入初始化1(INITIALIZING)状态，该状态初始化每个端口的时钟数据集。设备初始化1完成后，PTP端口将进入侦听2状态(LISTENING)，等待时钟同步报文，在如果某个处于侦听2状态的端口在预设置的时钟同步报文接收超时时间(SYN_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRED)到来之前，收到相连通信路径上的同步报文，并且发出该同步报文的主时钟(MASTER)的优先级高于本地时，该端口转入到未校准3(UNCALIBRATED)状态，通过计算路径延时后，对时间进行校准，时间校准后则切换到从时钟4(SLAVE)状态，成为该通信路径中的一个从时钟端口，把本地时钟和网络时钟同步起来；如果在超时时间内，收到同步报文，但是发现发送该同步报文的主时钟(MASTER)的优先级还低于本地的时钟，则本地时钟成为主时钟5(MASTER)的状态，同时发送时钟同步报文与其进行主时钟的竞争6。
如果某个设备的连接在环网上的某一个端口在时钟同步报文超时时间(SYNC_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRED)时间到来的时候，仍然没有收到同步报文，则该端口成为与之相连通信路径上的主时钟，并发送同步报文。(声明成为主时钟，同时向网络上广播同步报文，在该通信路径钟进行时钟同步)。
如果某个设备的连接在环网上的某一个端口成为与之相连通信路径上的主时钟后，收到该路径上的同步报文，则进行主时钟竞争6，通过判断设备MAC地址最后3个字节大小方法来决定自己的状态，如果地址小，则成为主时钟。
如果某个设备的2个连接在环网上的端口在参与主时钟竞争6时，同时低于相邻端口的时钟的优先级，则在2条通信路径上选择优先级较高的时钟为主时钟，与之相连的端口处于从时钟(SLAVE)状态，另一个端口则处于被动时钟(PASSIVE)状态。

Claims (1)

1.一种环网中时钟同步的实现方法，其特征在于所述环网中时钟同步的实现方法包括以下步骤：
(1)设备上电后，所有端口进入初始化状态，该状态初始化每个端口的时钟数据集；
(2)设备初始化完成后，PTP端口将进入侦听状态，等待时钟同步报文；
(3)如果某个处于侦听状态的端口在预设置的时钟同步报文接收超时时间到来之前，收到相连通信路径上的同步报文，并且发出该同步报文的主时钟的优先级高于本地时，该端口转入到未校准状态，通过计算路径延时后，对时间进行校准，时间校准后则切换到从时钟状态，成为该通信路径中的一个从时钟端口，把本地时钟和网络时钟同步起来；
(4)如果在超时时间内，收到同步报文，但是发现发送该同步报文的主时钟的优先级还低于本地的时钟，则本地时钟成为主时钟的状态，同时发送时钟同步报文与其进行主时钟的竞争；
(5)如果某个设备的连接在环网上的某一个端口在时钟同步报文超时时间时间到来的时候，仍然没有收到同步报文，则该端口成为与之相连通信路径上的主时钟，并发送同步报文；
(6)如果某个设备的连接在环网上的某一个端口成为与之相连通信路径上的主时钟后，收到该路径上的同步报文，则进行主时钟竞争，通过判断设备MAC地址最后3个字节大小方法来决定自己的状态，如果地址小，则成为主时钟；
(7)如果某个设备的两个连接在环网上的端口在参与主时钟竞争时，同时低于相邻端口的时钟的优先级，则在两条通信路径上选择优先级较高的时钟为主时钟，与之相连的端口处于从时钟状态，另一个端口则处于被动时钟状态。
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