CN110224778A - 一种分布式***的时钟同步方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种分布式***的时钟同步方法。所述分布式***的时钟同步方法包括如下步骤:步骤一:确定第一节点计算机为主时钟源设备;步骤二:在两个节点计算机的底层设计时间触发器;步骤三:通过时间间隔计数器采集第一节点计算机与第二节点计算机发来的脉冲信号,测量出两个脉冲信号的时间差,将该时间差信息发送给上位机进行数据处理;步骤四:把测量得到的脉冲信号时间差发送给上位机,上位机计算出节点2需要调整的时间偏差ΔT,并通过总线网络将ΔT发送给第二节点计算机;步骤五:第二节点计算机接收到上位机发送的时间偏差ΔT,通过时钟调节算法对本地时钟进行调整,完成一个周期的时钟同步。

Description

一种分布式***的时钟同步方法
技术领域
本申请涉及的时钟同步技术领域,特别是涉及一种分布式***的时钟同步方法。
背景技术
分布式***诞生于20世纪70年代,它是建立在网络之上的软件***。在现代计算机应用中,已经从早期的以主机为核心转变为以网络为核心,从而加大了对分布式***的应用和发展,分布式***已经成为构建网络应用的主要选择。然而,分布式***节点处于不同的空间位置上,通常情况下不同节点的任务、消息需要协调一致的工作,这就要求分布式***不同节点具有统一的时钟,所以说时钟同步技术是分布式***能够正常工作的关键技术之一。
分布式***通常采用总线网络时间协议的方法进行时钟同步,比如NTP协议、IEEE1588协议等,这些方法采用主从式的构架,在***中设定一个主时钟为其他从时钟提供时间服务。其完成时钟同步的一般步骤如下所示:
步骤一:对主时钟人工授时或GPS授时,初始化主时钟时钟芯片;
步骤二:主时钟周期性的与从时钟进行包含时间信息的报文信息交换,从时钟节点通过对时算法计算出与主时钟的时间偏差ΔT;
步骤三:从时钟根据时间偏差ΔT对自身的时钟进行修正。
对于分布式***,不同节点完成时钟同步的核心是如何获取准确的时钟偏差,在采用总线网络时间协议的方法进行时钟同步时,时钟偏差的获取都是通过报文交互计算获得。但是,由于报文在总线上存在时间延迟且该时间延迟很难准确获得,总线网络时间协议通常采用一些近似手段进行计算,其得到的时钟偏差准确性有限,故而采用总线网络时间协议难以实现一些高精度的时钟同步。
因此,希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
申请内容
本申请的目的在于提供一种分布式***的时钟同步方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的,本申请提供一种分布式***的时钟同步方法,所述分布式***包括两个节点计算机,两个节点计算机通过总线交联通讯,其特征在于,所述分布式***的时钟同步方法包括如下步骤:
步骤一:确定第一节点计算机为主时钟源设备;
步骤二:在两个节点计算机的底层设计时间触发器,第一节点计算机与第二节点计算机以各自本地时钟为基准在相同的时间触发脉冲信号;
步骤三:通过时间间隔计数器采集第一节点计算机与第二节点计算机发来的脉冲信号,以第一节点计算机触发的秒脉冲信号上升沿作为开门信号,第二节点计算机触发的脉冲信号上升沿作为关门信号,并测量出两个脉冲信号的时间差,之后将该时间差信息发送给上位机进行数据处理;
步骤四:时间间隔计数器与上位机进行通讯,把测量得到的脉冲信号时间差发送给上位机,上位机把得到的数据进行分析处理,计算出节点2需要调整的时间偏差ΔT,并通过总线网络将ΔT发送给第二节点计算机;
步骤五:第二节点计算机接收到上位机发送的时间偏差ΔT,通过时钟调节算法对本地时钟进行调整,完成一个周期的时钟同步。
可选地,时钟源的时钟来源于GPS或人工输入。
可选地,当需要向时钟源进行时钟校正时,选取GPS的时间或人工输入的时间。
可选地,所述步骤2具体为:
第一节点计算机的本地时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,当第一节点计算机的时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,并使用线缆将两者触发的脉冲信号输出给时间间隔计数器。
可选地,所述时间间隔计数器精度为纳秒级。
可选地,时间间隔计数器通过RS232总线与上位机进行通讯。
可选地,每两秒进行一次所述分布式***的时钟同步方法。
本申请的分布式***的时钟同步方法利用时间间隔计数器直接测量出主时钟与从时钟的时间偏差,避免了总线网络时间协议同步技术中网络时间延迟造成的难以消除的误差,当选用高分辨率的时间间隔计数器时,可以有效地提高从时钟与主时钟时钟偏差的准确性,进而提高分布式***的时钟同步精度。本发明适用于时钟同步精度要求较高的小型分布式***。
附图说明
图1是根据本申请第一实施例的分布式***的时钟同步方法的流程示意图。
图2是图1所示的分布式***的时钟同步方法的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
图1是根据本申请第一实施例的分布式***的时钟同步方法的流程示意图。
如图1所示的分布式***的时钟同步方法,所述分布式***包括两个节点计算机,两个节点计算机通过总线交联通讯,所述分布式***的时钟同步方法包括如下步骤:
步骤一:确定第一节点计算机为主时钟源设备;
步骤二:在两个节点计算机的底层设计时间触发器,第一节点计算机与第二节点计算机以各自本地时钟为基准在相同的时间触发脉冲信号;
步骤三:通过时间间隔计数器采集第一节点计算机与第二节点计算机发来的脉冲信号,以第一节点计算机触发的秒脉冲信号上升沿作为开门信号,第二节点计算机触发的脉冲信号上升沿作为关门信号,并测量出两个脉冲信号的时间差,之后将该时间差信息发送给上位机进行数据处理;
步骤四:时间间隔计数器与上位机进行通讯,把测量得到的脉冲信号时间差发送给上位机,上位机把得到的数据进行分析处理,计算出节点2需要调整的时间偏差ΔT,并通过总线网络将ΔT发送给第二节点计算机;
步骤五:第二节点计算机接收到上位机发送的时间偏差ΔT,通过时钟调节算法对本地时钟进行调整,完成一个周期的时钟同步。
在本实施例中,时钟源的时钟来源于GPS或人工输入。
在本实施例中,当需要向时钟源进行时钟校正时,选取GPS的时间或人工输入的时间。
在本实施例中,所述步骤2具体为:
第一节点计算机的本地时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,当第一节点计算机的时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,并使用线缆将两者触发的脉冲信号输出给时间间隔计数器。
在本实施例中,所述时间间隔计数器精度为纳秒级。
在本实施例中,时间间隔计数器通过RS232总线与上位机进行通讯。
在本实施例中,每两秒进行一次所述分布式***的时钟同步方法。
在本实施例中,主时钟节点(第一节点计算机)与从时钟节点(第二节点计算机)以各自本地时钟为基准在相同的时间触发脉冲信号,该脉冲信号输出至时间间隔计数器,时间间隔计数器将主时钟触发的秒脉冲信号上升沿作为开门信号,从时钟触发的脉冲信号上升沿作为关门信号,并测量出主从时钟脉冲信号时间差,并将该时间差信息发送给上位机进行数据处理,上位机经过数据处理计算出从时钟节点需要调整的时间偏差,并将该时间偏差信息发送给从时钟节点进行本地时钟调整,各个从时钟节点经过时钟调整后逐步实现整个分布式***的时钟同步。本发明的时钟同步精度取决于时间间隔计数器的分辨率,时间间隔计数器的分辨率越高,***的时钟同步精度越高。
在本申请中,利用时间间隔计数器直接测量出主时钟与从时钟的时间偏差,避免了总线网络时间协议同步技术中网络时间延迟造成的难以消除的误差,当选用高分辨率的时间间隔计数器时,可以有效地提高从时钟与主时钟时钟偏差的准确性,进而提高分布式***的时钟同步精度。本发明适用于时钟同步精度要求较高的小型分布式***。
下面以举例的方式对本申请进行举例。可以理解的是,该举例并不构成对本申请的任何限制。
下面结合附图及实例对本发明做进一步详细描述,请参阅图1。在一个有两个节点的分布式***中(两个节点计算机通过总线交联通讯),完成两个分布节点时钟的高精度同步。
步骤一:确定节点1计算机为主时钟源设备,时钟源的时钟来源于GPS或人工输入,当需要向时钟源进行时钟校正时,选取GPS的时间或人工输入的时间。节点1的时钟校准之后,采用总线网络时间协议(比如NTP协议、IEEE1588协议等)的方法进行时钟同步,使两个节点时钟完成初步同步;
步骤二:在两个节点计算机的底层设计时间触发器,节点1与节点2以各自本地时钟为基准在相同的时间触发脉冲信号。比如,节点1的本地时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,当节点2的时钟到达T0时刻,同样通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,并使用线缆将两者触发的脉冲信号输出给时间间隔计数器;
步骤三:时间间隔计数器采集两个节点发来的脉冲信号,以节点1触发的秒脉冲信号上升沿作为开门信号,节点2触发的脉冲信号上升沿作为关门信号,并测量出两个脉冲信号的时间差,之后将该时间差信息发送给上位机进行数据处理。本发明的时钟同步精度取决于选用时间间隔计数器的精度,当选用的时间间隔计数器精度达到纳秒级,两个脉冲信号时间差的测量便可以达到纳秒级,节点2根据脉冲信号时间差进行时钟调整,可以完成纳秒级的时钟同步。现阶段时间间隔计数器的精度最高可以达到皮秒级;
步骤四:时间间隔计数器通过RS232总线与上位机进行通讯,把测量得到的脉冲信号时间差发送给上位机,上位机把得到的数据进行分析处理,计算出节点2需要调整的时间偏差ΔT,并通过总线网络将ΔT发送给节点2;
步骤五:节点2接收到上位机发送的时间偏差ΔT,通过时钟调节算法对本地时钟进行调整,完成一个周期的时钟同步。
在本实施方式中以2s作为一个同步周期,步骤二到步骤五不断循环运行,即可达到两个节点的高精度时钟同步。
在本实施中,时钟调节算法为现有技术,在此不再赘述。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种分布式***的时钟同步方法,所述分布式***包括两个节点计算机,两个节点计算机通过总线交联通讯,其特征在于,所述分布式***的时钟同步方法包括如下步骤:
步骤一:确定第一节点计算机为主时钟源设备;
步骤二:在两个节点计算机的底层设计时间触发器,第一节点计算机与第二节点计算机以各自本地时钟为基准在相同的时间触发脉冲信号;
步骤三:通过时间间隔计数器采集第一节点计算机与第二节点计算机发来的脉冲信号,以第一节点计算机触发的秒脉冲信号上升沿作为开门信号,第二节点计算机触发的脉冲信号上升沿作为关门信号,并测量出两个脉冲信号的时间差,之后将该时间差信息发送给上位机;
步骤四:时间间隔计数器与上位机进行通讯,把测量得到的脉冲信号时间差发送给上位机,上位机计算出第二节点计算机需要调整的时间偏差ΔT,并通过总线网络将ΔT发送给第二节点计算机;
步骤五:第二节点计算机接收到上位机发送的时间偏差ΔT,通过时钟调节算法对本地时钟进行调整,完成一个周期的时钟同步。
2.如权利要求1所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,时钟源的时钟来源于GPS或人工输入。
3.如权利要求2所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,当需要向时钟源进行时钟校正时,选取GPS的时间或人工输入的时间。
4.如权利要求2所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,所述步骤2具体为:
第一节点计算机的本地时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,当第一节点计算机的时钟到达T0时刻,通过时间触发器触发发送一个脉冲信号,并使用线缆将两者触发的脉冲信号输出给时间间隔计数器。
5.如权利要求1所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,
所述时间间隔计数器精度为纳秒级。
6.如权利要求1所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,时间间隔计数器通过RS232总线与上位机进行通讯。
7.如权利要求1所述的分布式***的时钟同步方法,其特征在于,每两秒进行一次所述分布式***的时钟同步方法。
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