CN101202617A - 多级设备之间的时间同步补偿方法 - Google Patents
多级设备之间的时间同步补偿方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101202617A CN101202617A CNA2006101657035A CN200610165703A CN101202617A CN 101202617 A CN101202617 A CN 101202617A CN A2006101657035 A CNA2006101657035 A CN A2006101657035A CN 200610165703 A CN200610165703 A CN 200610165703A CN 101202617 A CN101202617 A CN 101202617A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- adjust
- factor
- frequency
- master
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
提出了一种多级设备之间的时间同步补偿方法,包括步骤:从设备接收来自主设备的同步消息,并计算主从设备之间的时间计数差值;对时间计数差值和预定门限值进行比较,并根据比较结果来计算从设备的频率调整因子;根据得到的频率调整因子更新频率补偿值,以便实现主从设备之间的同步。上述方法没有牺牲方法精度,而且能大大减小方法的收敛时间,这可以更好地对驻地以太网设备进行同步,并扩大了方法应用的范围。
Description
技术领域
本发明涉及计算机和通信网络中的设备之间时间同步,特别是涉及一种多级设备之间的时间同步补偿方法,其中基于精确时间协议PTP所述的流程来实现同步。
背景技术
首先描述PTP(精确时间协议)协议的基本通信流程。图1描述了基于PTP协议交互时间的基本流程。FCC(频率补偿)方法就是在利用PTP来交互时间信息的基础上,通过运行方法调整设备的时钟周期,从而完成设备之间的同步。PTP协议规定了主设备与从设备之间的通信流程。PTP协议通过周期性发送sync报文,并在Followup报文里将sync报文发送时刻的设备时间传送到Slave Clock。从设备利用Sync报文离开主设备的时间与到达时刻的时间值来计算自己与主设备之间的时间偏差与频率偏差,并通过频率调整来完成对时间偏差与频率偏差的补偿,从而实现同步。
目前使用PTP协议实现时间同步有三种补偿方法,它们是FCC、OFCC(频率与偏移补偿)和OCC(偏移补偿)方法。其中OCC方法带来的同步误差比较大,不太适合要求微秒量级以下误差要求的同步***中。本发明是对FCC补偿方法的改进方法,因此,下文将描述FCC补偿方法的现有技术以及存在的问题。图2给出了多级设备互连情况下设备之间逐跳同步的示意图。
如图2所示,设备1通过其SP(从端口)端口实现与GM(网络中主同步设备,可以认为它在网络中具有最高的时间计时的准确度)的时间同步。然后,设备1的其它端口充当MAP(主代理端口),称之为主代理端口,是因为它本身不是GM设备,但是它将完成与GM一样的功能。设备2通过其SP端口和设备1的MAP端口实现与设备1的时间同步。依此类推,设备3实现与设备2同步,...,这样,通过逐跳同步的方式,全网的设备都将直接或间接地同步与GM设备,从而实现网络设备之间时间的同步。
下面将介绍FCC方法(以下称为传统方法)是如何补偿频率补偿值FreqCompValue的。在时间点MasterSyncTimen主设备发送一个Sync消息给从设备。从设备在时间点SlaveClockTimen接收到Sync消息。通过分析Sync消息中携带的时间信息,它可以计算主设备当前的时间MasterClockTimen:
MasterClockTimen=MasterSyncTimen+MasterToSlaveDelay
在当前Sync周期里,主设备的时间计数MasterClockCountn由下式给出:
MasterClockCountn=MasterClockTimen-MasterClockTimen-1
与此同时,从设备计算出在当前Sync周期里从设备的时间计数SlaveClockCountn,由下式给出:
SlaveClockCountn=SlaveClockTimen-SlaveClockTimen-1
在当前Sync周期里,主从设备之间的时间计数的差值ClockDiffCountn由下式给出:
ClockDiffCountn=MasterClockTimen-SlaveClockTimen
从设备的频率调整因子FreqScaleFactorn由下式给出:
FreqScaleFactorn=(MasterClockCountn+ClockDiffCountn)/SlaveClockCountn(0)
从设备可以根据下式更新频率补偿值FreqCompValuen:
FreqCompValuen=FreqScaleFactorn*FreqCompValuen-1在以上方法中,频率漂移与时间偏移量在每一个同步周期里都得到补偿,式(0)是上述方法的核心表达式。
在对比文件1:中国专利申请“多级设备之间时间同步频率补偿方法的改进方法”(申请号:CN200610078979.X)中,提出了一种传统补偿方法的改进方法(以下称其为对比文件1方法)。其改进也主要集中在对式(0)的改进,具体改进方法如下所示。
在当前sync周期里,一旦从设备接收到Sync消息,它将根据以下公式计算频率调整因子FreqScaleFactorn。
首先,计算出主从设备之间的时间计数差值ClockDiffCountn,然后执行如下计算:
1.若ClockDiffCountn>0,则执行如下操作:
a)如果主设备的时间计数MasterClockCountn大于从设备的时间计数SlaveClockCountn,在式(0)的基础上对ClockDiffCountn加权α倍后进行FreqScaleFactorn的调整;
b)如果MasterClockCountn小于或等于SlaveClockCountn,在式(0)的基础上对ClockDiffCountn加权β倍后进行FreqScaleFactorn的调整;
2.若ClockDiffCountn<=0;然后
a)如果MasterClockCountn小于SlaveClockCountn,在式(0)的基础上对ClockDiffCountn加权α倍后进行FreqScaleFactorn的调整;
b)如果MasterClockCountn大于或等于SlaveClockCountn,在式(0)的基础上对ClockDiffCountn加权β倍后进行FreqScaleFactorn的调整。
改进方法中新定义了有α、β这两个参数,它们的取值范围在[0,1]之间。它默认取值分别为:0.25和0.75。
对于在不需要快速时间同步的场合,可以选择比较小的参数进行加权,此时可以只使用一种参数进行加权。
从式(0)可以看出,频率漂移与时间偏移量在每一个同步周期里都得到补偿,这种补偿方法对于两个设备之间的同步能取得比较好的同步精度。但对于多级设备环境下的同步,它的同步精度或误差是随着级联数目呈指数分布增长的。此外,根据传统方法调整后的精度也有待提高。测试结果发现,指数分布的底和幂约为2和n,其中n是级联的级数。以单跳误差为50ns为例,经历7跳后的误差将约为6.4us或以上。这对于要求微秒量级以下误差要求的同步***来说,这种误差精度一般是不可接受的。
发明内容
因此,提出了一种多级设备之间的时间同步补偿方法,包括步骤:
从设备接收来自主设备的同步消息,并计算主从设备之间的时间计数差值;
对时间计数差值和预定门限值进行比较,并根据比较结果来计算从设备的频率调整因子;
根据得到的频率调整因子更新频率补偿值,以便实现主从设备之间的同步。
上述方法没有牺牲方法精度,而且能大大减小方法的收敛时间,这可以更好地对驻地以太网设备进行同步,并扩大了方法应用的范围。
附图说明
图1 PTP协议的基本通信流程
图2 现有技术的多级设备互连情况下设备之间逐跳同步的示意图
图3 根据本发明实施例的网络连接方框图
图4 改进方法与快速收敛方法的同步结果比较
图5 根据本发明实施例的快速收敛方法的流程图
具体实施方式
本发明对FCC方法的核心表达式--式(0)进行了改进,其它表达式保持不变。具体的修改方法下文所述,以下称为快速收敛方法。其主要思想如下所述:
1)当主从设备之间的时间计数的差值大于设定的门限时,采取比较粗的粒度来进行调整;以便主从设备之间的时间计数的差值能快速收敛到设定的门限范围内;
2)当主从设备之间的时间计数的差值小于设定的门限时,采取比较细的粒度来进行调整;以便主从设备之间的时间计数的差值能在设定的门限范围内进行慢速收敛。
下面将详细描述根据本发明的时间同步补偿改进方法。图5示出了根据本发明实施例的快速收敛方法的流程图。
在当前sync周期里,一旦从设备接收到Sync消息,它将根据以下公式计算频率调整因子FreqScaleFactorn。
首先计算出主从设备之间的时间计数差值ClockDiffCountn,然后执行如下方法:
1. 若发现ClockDiffCountn大于等于给定的门限,则按照下面步骤执行时间调整:
a)按照以下方法得到频率调整因子,并利用得到的频率调整因子进行主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=MasterClockCountn/SlaveClockCountn
其中,MasterClockCountn是主设备的时间计数,SkaveClockCountn是从设备的时间计数。
b)在下一个sync周期中,按照以下方法得到频率调整因子,并利
用得到的频率调整因子进行主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn+1=(MasterClockCountn+1+ClockDiffCountn+1)/SlaveClockCountn+1
或
FreqScaleFactorn+1=(MasterClockCountn+1+β*ClockDiffCountn+1)/SlaveClockCountn+1
β的取值一般在(0.5,1]范围内。
重复步骤a)与b),重复多次,重复次数一般选择为级联设备的数目。
可以根据需要实现的时间同步的精度来确定所述预定门限,门限值可以选择在us量级,一般选择在1us至100us之间.
此外,在上述步骤b中,可以选择任一公式来计算频率调整因子。
2.若ClockDiffCountn小于设定的门限,按照以下方法调整
d)FreqScaleFactorn=(MasterClockCountn+α*ClockDiffCountn)/SlaveClockCountn
α的取值一般远小于β,这取决于晶振的精度等因素。以100ppm精度为例,它的取值约在1/80左右。
对改进方法与快速收敛方法在10个设备级联后的同步性能进行了测试与比较。测试时的同步间隔是100ms,α选择为1/80,比较门限选择为10us。图3示出了应用根据本发明实施例的时间同步补偿改进方法的网络配置。
测试结果:快速收敛方法与改进方法具有类似的同步误差,具体测试结果如表1和2所示。比较结果如图4所示。
表1运行改进方法后各跳设备同步后的误差
表2运行快速收敛方法后各跳设备同步后的误差
收敛时间的测试结果:
改进方法收敛时间约为40s,而快速收敛方法的收敛时间小于1s,与传统方法的收敛时间性能基本类似。
Claims (7)
1.一种多级设备之间的时间同步补偿方法,包括步骤:
从设备接收来自主设备的同步消息,并计算主从设备之间的时间计数差值(ClockDiffCountn);
对时间计数差值和预定门限值进行比较,并根据比较结果来计算从设备的频率调整因子(FreqScaleFactorn);
根据得到的频率调整因子更新频率补偿值(FreqCompValuen),以便实现主从设备之间的同步。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果时间计数差值大于等于预定门限值,则:
a)在当前周期,根据下式计算频率调整因子,并利用得到的频率调整因子来实现主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=MasterClockCountn/SlaveClockCountn,
b)在下一个周期,根据下式计算频率调整因子,并利用得到的频率调整因子来实现主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=(MasterClockCountn+1+β*ClockDiffCountn+1)/SlaveClockCountn+1,其中,0.5<β≤1;
c)重复步骤a和b预定次数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果时间计数差值大于等于预定门限值,则:
a)在当前周期,根据下式计算频率调整因子,并利用得到的频率调整因子来实现主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=MasterClockCountn/SlaveClockCountn,
b)在下一个周期,根据下式计算频率调整因子,并利用得到的频率调整因子来实现主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=(MasterClockCountn+1+ClockDiffCountn+1)/SlaveClockCountn+1;
c)重复步骤a和b预定次数。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于所述预定次数等于级联设备的数目。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果时间计数差值小于预定门限值,则:
根据下式计算频率调整因子,并利用得到的频率调整因子来实现主从设备之间的同步:
FreqScaleFactorn=MasterClockCountn+α*ClockDiffCountn+1)/SlaveClockCountn+1。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述α取决于晶振的精度。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据需要实现的时间同步的精度来确定所述预定门限,门限值的选择,选择在us量级,一般选择在1us至100us之间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2006101657035A CN101202617A (zh) | 2006-12-12 | 2006-12-12 | 多级设备之间的时间同步补偿方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2006101657035A CN101202617A (zh) | 2006-12-12 | 2006-12-12 | 多级设备之间的时间同步补偿方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101202617A true CN101202617A (zh) | 2008-06-18 |
Family
ID=39517601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA2006101657035A Pending CN101202617A (zh) | 2006-12-12 | 2006-12-12 | 多级设备之间的时间同步补偿方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101202617A (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102656940A (zh) * | 2009-12-15 | 2012-09-05 | 高通股份有限公司 | 在下行链路sdma操作之后的退避过程 |
CN103259640A (zh) * | 2013-05-28 | 2013-08-21 | 杭州华三通信技术有限公司 | 一种同步时间的方法和设备 |
CN103580770A (zh) * | 2012-07-18 | 2014-02-12 | 英特尔公司 | 测量带有独立硅时钟的设备之间的时间偏差 |
CN103596261A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-19 | 迈锐数据(北京)有限公司 | 一种车辆检测***的时钟同步方法 |
CN110149257A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-08-20 | 中铁十四局集团房桥有限公司 | 实时以太网总线主从站本地应用同步方法及装置 |
CN111291011A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-16 | 北京百度网讯科技有限公司 | 文件同步方法及装置、电子设备和可读存储介质 |
CN114696936A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-07-01 | 三维通信股份有限公司 | 时间同步方法、装置、通信***和可读存储介质 |
-
2006
- 2006-12-12 CN CNA2006101657035A patent/CN101202617A/zh active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102656940A (zh) * | 2009-12-15 | 2012-09-05 | 高通股份有限公司 | 在下行链路sdma操作之后的退避过程 |
CN102656940B (zh) * | 2009-12-15 | 2016-02-17 | 高通股份有限公司 | 在下行链路sdma操作之后的退避过程 |
CN103580770B (zh) * | 2012-07-18 | 2017-11-14 | 英特尔公司 | 测量带有独立硅时钟的设备之间的时间偏差 |
CN103580770A (zh) * | 2012-07-18 | 2014-02-12 | 英特尔公司 | 测量带有独立硅时钟的设备之间的时间偏差 |
US9571215B2 (en) | 2012-07-18 | 2017-02-14 | Intel Corporation | Measuring time offsets between devices with independent silicon clocks |
CN103259640A (zh) * | 2013-05-28 | 2013-08-21 | 杭州华三通信技术有限公司 | 一种同步时间的方法和设备 |
CN103259640B (zh) * | 2013-05-28 | 2016-08-31 | 杭州华三通信技术有限公司 | 一种同步时间的方法和设备 |
CN103596261A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-19 | 迈锐数据(北京)有限公司 | 一种车辆检测***的时钟同步方法 |
CN110149257A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-08-20 | 中铁十四局集团房桥有限公司 | 实时以太网总线主从站本地应用同步方法及装置 |
CN111291011A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-16 | 北京百度网讯科技有限公司 | 文件同步方法及装置、电子设备和可读存储介质 |
CN111291011B (zh) * | 2020-02-19 | 2023-10-20 | 北京百度网讯科技有限公司 | 文件同步方法及装置、电子设备和可读存储介质 |
CN114696936A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-07-01 | 三维通信股份有限公司 | 时间同步方法、装置、通信***和可读存储介质 |
CN114696936B (zh) * | 2022-03-04 | 2024-08-06 | 三维通信股份有限公司 | 时间同步方法、装置、通信***和可读存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101202617A (zh) | 多级设备之间的时间同步补偿方法 | |
CN102394715B (zh) | 时钟同步方法和装置 | |
CN112214065B (zh) | 设备同步校准方法、装置、设备及存储介质 | |
EP2101439A1 (en) | Synchronization system and method of time information and related equipment | |
US9167545B2 (en) | Receiver, method of calculating time difference, and program | |
CN103795522B (zh) | 秒脉冲守时补偿电路及方法 | |
EP2342850A1 (en) | A method for synchronizing clocks in a communication network | |
KR20150143801A (ko) | 타임스탬프를 생성하는 방법, 장치, 그리고 시스템 | |
CN102098155A (zh) | 基于ptp协议实现亚微秒级同步精度的方法 | |
WO2011160595A1 (zh) | 基于ptp及链路质量选取主时钟节点的方法、从时钟节点及*** | |
CN102769504B (zh) | 一种1588***及其实现同步的方法 | |
CN103905135A (zh) | 实现时间同步的方法、设备和*** | |
CN102013931A (zh) | 时间同步方法及***、从属定时设备及主定时设备 | |
CN104993900B (zh) | 一种基于ieee1588时钟模型的同步校正方法 | |
CN105959079A (zh) | 一种基于分布式控制***的时钟同步方法 | |
CN107465474A (zh) | 数控***总线设备的时间同步***及方法 | |
CN106559157A (zh) | 一种时钟同步方法、装置及通信设备 | |
CN103618640B (zh) | 基于点对点测试的以太网性能测试方法和装置 | |
CN102916758B (zh) | 以太网时间同步装置和网络设备 | |
JP2014096853A (ja) | 時刻同期装置 | |
US20160065358A1 (en) | Synchronization method, intermediate node, and slave node of communication network system | |
WO2018099375A1 (zh) | 同步方法、同步装置、同步设备及通信*** | |
CN107800529B (zh) | 一种网络节点的时钟频率同步方法 | |
CN106712885A (zh) | 时钟同步方法、网络设备和网络*** | |
CN109981205A (zh) | 1pps+tod信号的传输方法及*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080618 |