CN107508648A - 基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步策略 - Google Patents

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朱纪洪
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Abstract

本发明提供了一种基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步机制，属于机载网络通信技术领域。由时间触发以太网(Time‑Triggered Ethernet,TTE)的通信原理可知，时间触发信息帧在传输过程中仅依赖于当前节点的本地时间，能否在期望的时间窗口到达下一节点的关键在于相邻节点间的时间偏差，与历史节点的时间基准和时间偏差无关。针对这一特点，提出基于设备功能分类的分步时间同步策略，首先在交换机设备之间实现时间同步，然后利用主从式同步方式将交换机的时间基准同步至其子网端节点。该时间同步策略的优点在于精度高且简单易实现，可有效减小相邻节点之间的时间同步偏差。

Description

基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步策略
技术领域
本发明属于机载网络通信技术领域，涉及一种时间同步机制。
背景技术
时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)可有效提高机载网络通信***的实时性和可靠性，是未来先进机载网络通信技术的主要发展方向之一。但是，时间触发通信机制以时间为触发条件实现数据通信，所以整个网络性能对时间同步精度非常敏感。时间触发以太网采用的交换网拓扑结构，使通信***网络结构和网络规模具有很大不确定性，严重影响***的时间同步精度。另外，交换机设备转发延时的不确定性、时钟频率的漂移问题、网络传输延迟的不确定性等问题均对时间同步性能有很大影响。因此，在时间触发以太网全局节点之间实现高精度时间同步具有很大的技术挑战。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种易于实现、简单实用，同时满足时间触发通信机制通信需求的高精度时间同步策略。
基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步策略，所述时间触发以太网至少包含交换机和端节点，其特征在于，包含以下步骤：
(1)交换机之间的时间同步：所述时间触发以太网中所有交换机设备之间进行时间同步，形成局部统一的时间基准；
(2)端节点的时间同步：所述时间触发以太网中的交换机设备作为其内部子网端节点的时钟参考源，利用主从式同步方式为端节点提供时间基准，实现全局网络节点的时间同步。
可选地，按照所述时间触发以太网中设备的功能特点进行分类，实现分步时间同步。
可选地，所述交换机为时间触发以太网交换机。
可选地，所述端节点为支持时间触发以太网通信的端节点。
可选地，所述时间触发以太网中交换机之间的时间同步在且仅在交换机设备之间进行。
可选地，所述时间触发以太网中所有端节点的时间基准参考值均来自所述时间触发以太网中的交换机设备。
本发明采用以上技术方案即可实现时间触发以太网的高精度时间同步，该同步策略的优点是避免了复杂的同步数据交换过程，减小了数据通信量，提高了资源利用率，同时保证了网络节点间的时间同步精度，满足时间触发通信机制的时间同步要求。由时间触发以太网通信机制对时间基准的特殊性要求和网络结构特点可知，本发明所提出的分步时间同步策略方案合理，可行性强，适用于实际的机载网络通信***。
附图说明
图1：本发明分步时间同步策略的原理图。
图2：TTE通信***示例。
图3：TTE数据通信时序图。
图4：分步时间同步示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。
为便于理解，首先以图2中所示网络为例，简要介绍一下时间触发信息帧的通信过程。根据时间触发以太网的通信原理可知，对于一个特定的信息帧M1由节点N1经交换机SW1和SW2到达节点N2，其通信过程如图3所示：节点N1在一个预设的固定时间节点T1将信息 M1发送至交换机SW1，交换机SW1有一个针对消息M1的时间接收窗口。若M1在对应的时间接收窗口内到达交换机SW1，则被正确接收。因此，M1能否被正确接收的关键依赖于端节点N1和交换机SW1两个相邻节点的时间偏差。交换机SW1在检测和判断信息M1无误后，根据数据帧目的地址在预设的时间点T2将其发送至交换机SW2，此时其依据的时间基准是交换机SW1的本地时间。同样，交换SW2也有一个针对消息M1的接收窗口，而且其能否正确被接收的关键依赖于SW1和SW2两个相邻节点的时间偏差，与历史节点的时间基准和时间偏差无关。以此类推，消息M1根据SW2的本地时间基准和预定时刻发送至节点N2，若在节点N2的对应接收窗口到达，且检测无误，则消息M1由节点N1成功地发送至节点N2。
由此可见，时间触发消息在传输过程中仅依赖于当前节点的时间基准以及当前节点与下一节点间的时间偏差，与历史节点的时间基准和偏差无关。
为此，以图4为例，简述采用基于设备功能分类的分步时间同步策略进行交换网结构下全局节点间的时间同步过程，根据交换网中各设备的功能特点将时间同步节点分为两部分，交换机设备和子网端节点。为方便介绍，这里在交换机设备组成的对等网之间选取一个时钟参考节点，利用主从式的同步方法进行交换机设备之间的时间同步。在实际应用时，考虑可靠性等方面因素也可采用其他时间同步方法进行交换机设备之间的时间同步。具体的时间同步流程如下：
在交换机设备之间，采用主从式网络时间同步方法，选择一个时钟精度非常高的节点作为主时钟，其时间信息作为全局网络的时间基准，并周期性地广播其时间信息。其他交换机接收到广播的时间信息后进行转发并更新本地时间基准，通过透明时钟和链路延时补偿机制消除传输延迟的影响，利用稳定高效的时间同步算法将本地时钟同步到主时钟节点的时间基准。
对于子网端节点的时间同步，每个交换机作为其内部子网的时钟主节点，为端节点提供时间基准参考。由于子网时间同步过程中时间信息直接到达端节点，没有数据帧转发过程，无需复杂的传输延迟补偿机制，仅做一定的线路传播延迟补偿即可。端节点根据补偿后的时间信息和时间同步算法即可将本地时间基准与交换机的时间基准保持一致，从而实现全局网络节点的时间同步。

Claims (6)

1.基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步策略，所述时间触发以太网至少包含交换机和端节点，其特征在于，包含以下步骤：
(1)交换机之间的时间同步：所述时间触发以太网中所有交换机设备之间进行时间同步，形成局部统一的时间基准；
(2)端节点的时间同步：所述时间触发以太网中的交换机设备作为其内部子网端节点的时钟参考源，利用主从式同步方式为端节点提供时间基准，实现全局网络节点的时间同步。
2.根据权利要求1所述的时间同步策略，其特征在于，按照所述时间触发以太网中设备的功能特点进行分类，实现分步时间同步。
3.根据权利要求1中所述的交换机，其特征在于，所述交换机为时间触发以太网交换机。
4.根据权利要求1中所述的端节点，其特征在于，所述端节点为支持时间触发以太网通信的端节点。
5.根据权利要求1步骤(1)所述的交换机之间的时间同步，其特征在于，所述时间触发以太网中交换机之间的时间同步在且仅在交换机设备之间进行。
6.根据权利要求1步骤(2)所述的端节点的时间同步，其特征在于，所述时间触发以太网中所有端节点的时间基准参考值均来自所述时间触发以太网中的交换机设备。
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