[發明專利]環網中時鐘同步的實現方法

無效

• 申請號: 200710171010.1
• 申請日: 2007-11-27
• 公開（公告）號: CN101170373A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 張慶軍;包偉華
• 申請（專利權）人: 上海自動化儀表股份有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種時鐘同步的實現方法，特別是一種工業以太網交換機組成的環形網絡中的時鐘同步的實現方法。

背景技術

工業自動化控制系統廣泛地應用于電力、冶金、石油化工等各個行業，通信網絡技術是自動化控制系統的主要組成部分，控制系統各個設備的連接、組態、數據交換等任務都離不開網絡和通信。以太網技術由于具有開放性、穩定性、成本低廉、傳輸速率高、易于組網等諸多優點，逐漸進入工業控制領域。自動化系統中越來越多的采用以太網作為通信網絡，由于工業通信網絡中的數據報文的發送和接收需要確定性的時鐘信息，所以對通信網絡中的設備進行時鐘同步是迫切需要的。

發明內容

本發明是針對現有環形網絡中的設備時鐘需要同步，即有一個唯一的時鐘基準的問題而提出一種環網中時鐘同步的實現方法，來實現環網中的時鐘同步問題。

本發明的技術方案為：設備上電后，所有端口進入初始化狀態，該狀態初始化每個端口的時鐘數據集；設備初始化完成后，PTP端口將進入偵聽狀態，等待時鐘同步報文；如果某個處于偵聽狀態的端口在預設置的時鐘同步報文接收超時時間到來之前，收到相連通信路徑上的同步報文，并且發出該同步報文的主時鐘的優先級高于本地時，該端口轉入到未校準狀態，通過計算路徑延時后，對時間進行校準，時間校準后則切換到從時鐘狀態，成為該通信路徑中的一個從時鐘端口，把本地時鐘和網絡時鐘同步起來；如果在超時時間內，收到同步報文，但是發現發送該同步報文的主時鐘的優先級還低于本地的時鐘，則本地時鐘成為主時鐘的狀態，同時發送時鐘同步報文與其進行主時鐘的競爭；如果某個設備的連接在環網上的某一個端口在時鐘同步報文超時時間時間到來的時候，仍然沒有收到同步報文，則該端口成為與之相連通信路徑上的主時鐘，并發送同步報文；如果某個設備的連接在環網上的某一個端口成為與之相連通信路徑上的主時鐘后，收到該路徑上的同步報文，則進行主時鐘競爭，通過判斷設備MAC地址最后3個字節大小方法來決定自己的狀態，如果地址小，則成為主時鐘；如果某個設備的兩個連接在環網上的端口在參與主時鐘競爭時，同時低于相鄰端口的時鐘的優先級，則在兩條通信路徑上選擇優先級較高的時鐘為主時鐘，與之相連的端口處于從時鐘狀態，另一個端口則處于被動時鐘狀態。

由于組成環網的設備(可能是交換機或者具有交換功能的終端節點)至少都具有兩個或以上的網絡端口，這樣每個設備至少就具有了兩條通信路徑，每一條路徑上會存在一個時鐘，所以每個端口都應該是一個時鐘，而組成環網的設備應該是由多個時鐘的結合體。IEEE1588精確時鐘同步協議中將有多個時鐘端口的設備定義為邊界時鐘，由于環網中的設備實現的是邊界時鐘，其端口可能存在主時鐘(MASTER)，從時鐘(SLAVE)和被動時鐘(PASSIVE)三種狀態，處于MASTER狀態的端口是其通信路徑上時鐘的基準，與之連接的端口需要與其同步；處于SLAVE狀態的端口需要與其通信路徑上的MASTER時鐘進行同步；處于PASSIVE狀態的端口忽略其端口上的時鐘同步信息。本同步機制的主要內容是設備上電后，各個端口在其所在的通信路徑上進行MASTER競爭，競爭后產生MASTER，SLAVE和PASSIVE。然后，MASTER端口向其通信路徑上發送包含其時鐘信息的同步報文，SLAVE端口接收到同步報文后，通過計算線路延時，并與MASTER進行時鐘校準，PASSVIE端口在接收到同步報文時不做任何處理。本發明中使用這三個狀態的目的是為了使得環網上每條通信路徑有唯一確定的MASTER，并且避免每個設備超過一個端口處于SLAVE狀態，因為一旦某個設備有多個SLAVE端口，其需要向多個MASTER同步，將得不到準確的時間，這個時候需要選擇一個最優的MASTER，同時將其它SLAVE端口轉換到PASSIVE狀態。通過這種機制，可以實現環形網絡的拓撲結構下設備的時鐘同步。

本發明的有益效果在于通過環網中一種時鐘同步的實現方法，可以實現環形網絡的拓撲結構下設備的時鐘同步。

附圖說明

圖1是本發明環形網絡的拓撲結構示意圖；

圖2是本發明環網中時鐘同步工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方法對本發明作進一步詳細的描述：

如圖1環形網絡的拓撲結構示意圖，給出了環形網絡的拓撲結構，并且給出了通信路徑的界定，由于規定網絡中各設備不轉發其接收到的與時鐘相關的報文，所以相鄰設備之間存在獨立的通信路徑。