CN117579213A - 一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法及设备;该方法包括:获取在随机同步触发事件触发下,各待同步节点在触发时刻的时钟时间计数器计数值;基于各个待同步节点的时钟稳定度从中确定同步基准节点;基于同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间修正量进行计算和转换,生成其他各待同步节点的时间计数修正量;基于时间计数修正量对对应的各待同步节点时钟时间计数器计数值进行修正得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值。本发明解决了现有技术中的多节点时间同步方法需要周期性对时,或需要通过外部非周期的事件或对时信号实现节点间时间同步的问题。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法及设备。
背景技术
时间同步技术是由于通信、航天实验等的需要而发展起来的一门新兴学科。目前随着分散控制***的发展与应用范围的扩大,越来越多的领域如新一代移动通信核心网和接入网建设、组网等移动电信服务、智能电网、通信网络体系、水利测绘、公共安全、导航定位、工业自动化、无线传感器网络、编队飞行、测试测量等都对高精度时间同步的可信提出了更高的需求,也足可见时间同步技术在众多领域的广泛应用。
高精度可信时间同步技术从同步源来源类型上可以分为两类:自同步和外同步。自同步通过节点之间的无线或者有线信号实现节点间同步,如自组织编队内同步、网络同步对时等;外同步则通过节点与外部某参考基准或信标完成对时,从而间接实现节点间的同步,如GNSS定时同步等。自同步仅用于实现节点间的内部同步,外同步除了实现内同步之外,还可以实现与外部时间的溯源。
目前广泛应用的GNSS对时和光纤同步都是根据GNSS信号和光纤对时信号周期性对时实现节点的时间同步,而在一些应用中,由于***外部对时信号或者外部触发信号物理特点,需要通过外部非周期的事件或者对时信号来实现节点时间的校准,从而完成节点间的时间同步。而在站点多、单站成本低的通信网***、电网***等应用场景下,急需一种面向随机同步触发事件触发的,无需外部对时信号、无需硬件电路调整节的、低成本、高可靠性的多节点时间同步方法。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在公开一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法及设备,解决了现有技术中的多节点时间同步方法需要周期性对时,或需要通过外部非周期的事件或对时信号实现节点间时间同步的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
一方面,本发明公开了一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,包括:
获取在随机同步触发事件触发下,各待同步节点在触发时刻的时钟时间计数器计数值;
基于各个所述待同步节点的时钟稳定度从中确定同步基准节点;
基于所述同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间修正量进行计算和转换,生成其他各待同步节点的时间计数修正量;
基于所述时间计数修正量对对应的其他各待同步节点时钟时间计数器计数值进行修正,并对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值。
进一步的,所述基于所述同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间计数修正量进行计算和转换,包括:
基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换;
基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的时间计数补偿数T_sup(k);
基于所述其他各待同步节点对应的参考时钟频率,对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k)。
进一步的,所述基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换,包括:
获取各待同步节点的时间计数参考时钟频率;
计算得到所有节点对应的参考时钟频率的最小公倍数P;
基于各个节点的当前时刻时钟时间计数器计数值和前一时刻时钟时间计数器计数值以及所述最小公倍数P,得到物理时间转换后的各待同步节点的时钟时间计数器计数值。
进一步的,通过下述公式对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换:
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,Tcount(k)为节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
进一步的,通过下述公式计算得到其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k):
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,为物理时间转换后的同步基准节点的当前时刻时钟时间计数值。
进一步的,通过下述公式对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k):
其中,P为各待同步节点的参考时钟频率的最小公倍数,T_sup(k)为节点k对应的时间计数补偿数。
进一步的,在对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换后,还包括基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的相对钟漂clock_rate(k),所述相对钟漂用于结合所述时间计数修正量,对对应的其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行修正,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值;
通过下述公式计算得到所述相对钟漂clock_rate(k):
其中,为节点k当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数器计数值,为同步基准节点当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数值。
进一步的,通过下述公式得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值T′count(k):
其中,为节点k前一时刻修正后的实际时间计数值,T_sup′(k)为节点k的当前时刻的时间计数修正量,clock_rate(k)为节点k对应的相对钟漂,Tcount(k)为节点k当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
进一步的,通过下述公式对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换:
其中,T(o)为所述同步基准节点的实际时间计数值,Tcount(o)同步基准节点的时钟时间计数器计数值。
另一方面,还公开了一种计算机设备,包括至少一个处理器,以及至少一个与所述处理器通信连接的存储器;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令,所述指令用于被所述处理器执行以实现前述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法。
本发明至少可实现以下有益效果之一:
1.本发明所提出的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法基于本地时钟计数值的高速计数联合,在软件数字域对待同步节点时间进行修正,实现节点间的高精度可信时间同步,不需要专门的硬件电路调整节点时钟,能够为多节点***提供高精度的时间同步,可以满足自同步和外同步条件应用需求,可满足周期/非周期同步时间触发场景,减少多节点***由于同步信号非周期性干扰的影响,有效提高节点间时间同步稳健性,成本更低、灵活性更高。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件;
图1为本发明实施例中的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法流程图;
图2为本发明实施例中的多节点时间同步方法总体框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的实施例公开了一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1:获取在随机同步触发事件触发下,各待同步节点在触发时刻的时钟时间计数器计数值;
具体的,本发明的目的是进一步完善和补充多节点***的时间同步精度和可靠性,减小实现外部非周期触发事件下的***节点高精度可信时间同步,进一步多节点***的时间同步性能。首先,在外部随机触发事件的触发下,待同步的各个节点完成各自时钟时间计数器计数值Tcount(k)(k=1~N)的读取和锁存,用于后续的时间数字修正量的生成计算,优选的,在第一次随机同步事件触发时,各节点的时钟时间计数器计数值的初始值Tcount(k)置为零。更具体的,本实施例的随机触发事件可以是非周期无线电/有线广播信号、雷电信号、宇宙射线事件等,待同步节点可以是通信网络或电力***的基站等。
步骤S2:基于各个所述待同步节点的时钟稳定度从中确定同步基准节点;
具体的,本实施例根据各个待同步节点的时钟时间计数器计数值的历史信息,计算各待同步节点时钟的稳定度,并从中选择同步基准节点,一般选择时钟稳定度最高的节点作为同步基准节点O。需要说明的是,在一次连续的节点同步过程中,同步基准节点一般保持不变,同步基准节点的选择也可以根据所应用的***进行指定来完成确定。
步骤S3:基于所述同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间修正量进行计算和转换,生成其他各待同步节点的时间计数修正量;
具体包括:基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点(包括同步基准节点和其他各待同步节点)的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换;基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的时间计数补偿数T_sup(k);基于所述其他各待同步节点对应的参考时钟频率,对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k)。
在实际的应用***中,各待同步节点的参考时钟频率可能不同,其时钟时间计数器的计数值的时间尺度也不同;本实施例为了统一各待同步节点的计数值时间尺度,基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换;包括:获取各待同步节点的时间计数参考时钟频率;计算得到所有节点对应的参考时钟频率的最小公倍数P;基于各个节点的当前时刻时钟时间计数器计数值和前一时刻时钟时间计数器计数值以及所述最小公倍数P,得到物理时间转换后的各待同步节点的时钟时间计数器计数值。
例如,假设有A、B、C三个待同步节点,其中,A可以为选定的同步基准节点,参考时钟频率分别为10MHz、20MHz、30MHz,某时刻的计数值分别记为则将三个节点计数值的最小公倍数为P=60MHz作为统一的参考时钟频率基准,则A、B、C三个节点的计数值在60MHz参考时钟频率基准下统一为:
即A、B、C三个节点的时钟时间计数器计数值每增加1,统一到60MHz参考时钟频率基准下,计数值分别增加6、3、2,缩小了时间的计量周期间隔,统一了各待同步节点的计数值时间尺度;特殊的,可以在获取当前时刻时钟时间计数器计数值和前一刻时钟时间计数器计数值后,通过下述公式对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换:
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,Tcount(k)为节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
进一步的,在对同步基准节点及其他各待同步节点进行物理时间转换后,需要计算其他各待同步节点与同步基准节点的时钟时间计数器计数值差值,即基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的时间计数补偿数T_sup(k);具体的,通过下述公式计算得到其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k):
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,为物理时间转换后的同步基准节点的当前时刻时钟时间计数值。
在计算得到其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)后,还需要对其他各个节点的时间计数补偿数进行实际时间补偿数据计算,用于其他各待同步节点对应的实际时间的修正,具体的,
通过下述公式对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k):
其中,P为各待同步节点的参考时钟频率的最小公倍数,T_sup(k)为节点k对应的时间计数补偿数。
进一步的,相对钟漂是由各节点参考时钟自身震荡相对速度决定的,会对各节点间时间同步的变化率造成影响,在进行时间同步时,也是需要考虑的一个重要因素,本实施例在对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换后,还包括基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的相对钟漂clock_rate(k),用于结合所述时间计数修正量,对对应的其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行修正,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值;具体的,通过下述公式计算得到所述相对钟漂clock_rate(k):
其中,为节点k当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数器计数值,为同步基准节点当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数值。
步骤S4:基于所述时间计数修正量对对应的其他各待同步节点时钟时间计数器计数值进行修正,并对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值。
具体的,通过下述公式得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值T′count(k):
其中,为节点k前一时刻修正后的实际时间计数值,T_sup′(k)为节点k的当前时刻的时间计数修正量,clock_rate(k)为节点k对应的相对钟漂,Tcount(k)为节点k当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
通过下述公式对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换:
其中,T(o)为所述同步基准节点的实际时间计数值,Tcount(o)同步基准节点的时钟时间计数器计数值。
综上所述,本发明所提出的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法基于各个待同步节点的本地时钟计数值的高速计数联合,本发明可应用于站点多、单站成本低的通信网络或电力网络等***,目的是进一步完善和补充多节点***的时间同步精度和可靠性,实现外部非周期触发事件下的***节点高精度可信时间同步,进一步提高多节点***的时间同步性能,本申请通过对随机同步事件触发下的各节点时钟计数值进行数字修正,完成***内各节点的时间同步,如图2所示,在外部随机触发事件的触发下,***中各节点A(1)、A(2)、A(3)......A(N)完成各自时钟时间计数器计数值Tcount(o)(k=1~N)的读取和锁存,然后对各节点的时钟同步计数值进行“时间数字修正量生成计算”,生成各节点的时间计数修正量C(k),各节点基于得到的时间计数修正量进行“时钟计数修订”,完成各节点的时钟时间计数值的修正,完成本节点同步工作。本实施例在软件数字域对待同步节点时间进行修正,实现节点间的高精度可信时间同步,不需要专门的硬件电路调整节点时钟,能够为多节点***提供高精度的时间同步,可以满足自同步和外同步条件应用需求,可满足周期/非周期同步时间触发场景,减少多节点***由于同步信号非周期性干扰的影响,有效提高节点间时间同步稳健性,成本更低、灵活性更高。
本发明的另一个实施例,还公开了一种计算机设备,包括至少一个处理器,以及至少一个与所述处理器通信连接的存储器;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令,所述指令用于被所述处理器执行以实现前述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例中方法的全部或部分流程,可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中,所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,包括:
获取在随机同步触发事件触发下,各待同步节点在触发时刻的时钟时间计数器计数值;
基于各个所述待同步节点的时钟稳定度从中确定同步基准节点;
基于所述同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间修正量进行计算和转换,生成其他各待同步节点的时间计数修正量;
基于所述时间计数修正量对对应的其他各待同步节点时钟时间计数器计数值进行修正,并对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值。
2.根据权利要求1所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,所述基于所述同步基准节点和其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值,对其他各待同步节点的时间计数修正量进行计算和转换,包括:
基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换;
基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的时间计数补偿数T_sup(k);
基于所述其他各待同步节点对应的参考时钟频率,对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k)。
3.根据权利要求2所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,所述基于每个待同步节点的参考时钟频率,对各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行物理时间转换,包括:
获取各待同步节点的时间计数参考时钟频率;
计算得到所有节点对应的参考时钟频率的最小公倍数P;
基于各个节点的当前时刻时钟时间计数器计数值和前一时刻时钟时间计数器计数值以及所述最小公倍数P,得到物理时间转换后的各待同步节点的时钟时间计数器计数值。
4.根据权利要求3所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,通过下述公式对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换:
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,Tcount(k)为节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
5.根据权利要求2所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,通过下述公式计算得到其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k):
其中,为物理时间转换后的节点k的当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为物理时间转换后的同步基准节点的当前时刻时钟时间计数值。
6.根据权利要求2所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,通过下述公式对对应的其他各待同步节点的所述时间计数补偿数T_sup(k)进行转换,得到其他各待同步节点对应的时间计数修正量T_sup′(k):
其中,P为各待同步节点的参考时钟频率的最小公倍数,T_sup(k)为节点k对应的时间计数补偿数。
7.根据权利要求2所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,在对各待同步节点的时钟时间计数值进行物理时间转换后,还包括基于物理时间转换后的同步基准节点当前时刻的时钟时间计数器计数值计算其他各待同步节点的相对钟漂clock_rate(k),所述相对钟漂用于结合所述时间计数修正量,对对应的其他各待同步节点的时钟时间计数器计数值进行修正,得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值;
通过下述公式计算得到所述相对钟漂clock_rate(k):
其中,为节点k当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数器计数值,/>为同步基准节点当前时刻的物理时间转换后的时钟时间计数值。
8.根据权利要求7所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,通过下述公式得到时间同步后的各待同步节点的实际时间计数值T′count(k):
其中,为节点k前一时刻修正后的实际时间计数值,T_sup′(k)为节点k的当前时刻的时间计数修正量,clock_rate(k)为节点k对应的相对钟漂,Tcount(k)为节点k当前时刻时钟时间计数器计数值,/>为节点k前一时刻时钟时间计数器计数值。
9.根据权利要求1所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法,其特征在于,通过下述公式对所述同步基准节点的时钟时间计数器计数值进行实际时间转换:
其中,T(o)为所述同步基准节点的实际时间计数值,Tcount(o)同步基准节点的时钟时间计数器计数值。
10.一种计算机设备,其特征在于,包括至少一个处理器,以及至少一个与所述处理器通信连接的存储器;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令,所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1-9任一项所述的面向随机同步触发事件的多节点时间同步方法。
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