[發(fā)明專(zhuān)利]通信網(wǎng)絡(luò)中用于時(shí)間同步的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110247720.4
• 申請(qǐng)日: 2011-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102377558A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 德拉甘·奧布拉多維奇;魯克桑德拉·沙伊特爾;京特·施泰因德?tīng)?/a>;菲利普·沃爾夫魯姆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西門(mén)子公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L7/00
• 分類(lèi)號(hào): H04L7/00
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 吳孟秋;李慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)中用于時(shí)間同步的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在非常廣泛的領(lǐng)域使用通信網(wǎng)絡(luò)以分散的方式控制工作次序。特別地，在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，自動(dòng)的工作流程之間互相協(xié)調(diào)尤為重要。實(shí)現(xiàn)方法是，通信網(wǎng)絡(luò)中單獨(dú)的通信節(jié)點(diǎn)具有內(nèi)部時(shí)鐘，同時(shí)發(fā)送同步消息同步所有的內(nèi)部時(shí)鐘。因此，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時(shí)鐘在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率工作，在某些情況下，單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率可以不同。根據(jù)預(yù)定義的同步時(shí)鐘頻率使時(shí)鐘同步，同時(shí)發(fā)送同步消息作為同步頻率的函數(shù)。這表示是在固定的時(shí)鐘間隔根據(jù)同步時(shí)鐘頻率發(fā)送同步消息的。通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的單獨(dú)的同步化消息含有同步時(shí)鐘的脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)。通過(guò)估計(jì)先前的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步消息和各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收到同步消息之間的同步時(shí)鐘脈沖數(shù)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更新該脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)。一般通過(guò)估計(jì)的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率和各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率之間的脈沖比率(也被稱(chēng)為比率補(bǔ)償因數(shù)RCF)進(jìn)行估計(jì)。然后估計(jì)的脈沖比可以用于將以節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率脈沖所測(cè)量的先前的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步消息和各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步消息之間的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成同步時(shí)鐘頻率脈沖。作為結(jié)果的脈沖數(shù)然后增加至接收到的同步消息的脈沖中，并且相應(yīng)更新的同步消息則由相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)再次發(fā)送出去。這里應(yīng)當(dāng)注意的是，同步消息的內(nèi)容也可以代替同步時(shí)鐘脈沖而用時(shí)間(如，毫微秒)來(lái)表示。在這種情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易明顯看出對(duì)以下說(shuō)明書(shū)中所做出的修改。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中現(xiàn)有技術(shù)的PROFINET標(biāo)準(zhǔn)是已知的，即以太網(wǎng)，其滿足工業(yè)需求。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)上述的原理工作，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)更新同步消息中的脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)。基于PROFINET的系統(tǒng)一般使用IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)同步網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時(shí)鐘，所述標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)上面陳述的原理更新同步消息的脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)同步消息以邏輯次序或樹(shù)形結(jié)構(gòu)由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連續(xù)地發(fā)送到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。同步消息源于主控元件，該主控元件是次序或樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的第一元件。當(dāng)發(fā)送同步消息時(shí)，同步消息起初含有主控元件中同步時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的時(shí)間戳。邏輯次序或樹(shù)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)處理和轉(zhuǎn)發(fā)該信息的從屬元件。

在R.Lupas?Scheiterer，C.Na，D.Obradovic和G.Steindl：“Synchronization?performance?of?the?Precision?Time?Protocol?in?Industrial?Automation?Networks”，關(guān)于儀器和測(cè)量的IEEE學(xué)報(bào)的特刊ISPCS07，2009年6月，Volume?58，Issue?6，pp.1849-1857中描述了具體的實(shí)施。

因?yàn)閺纳厦婷枋龅默F(xiàn)有技術(shù)可知，從屬元件增加了先前的從屬元件發(fā)送同步消息和其本身發(fā)送同步消息之間所有的估計(jì)時(shí)間延遲。基于此，每個(gè)從屬元件確定其自身的當(dāng)前主時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的估計(jì)值，當(dāng)前主時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)在這里被稱(chēng)為“基準(zhǔn)主時(shí)間”。然而，由于傳輸延遲和對(duì)這些元件的干擾，由從屬元件估計(jì)的基準(zhǔn)主時(shí)間是嘈雜的，并且還是不連續(xù)的，因?yàn)橹辉谕较⒌竭_(dá)從屬元件后才估計(jì)該時(shí)間。這些性質(zhì)限制了可以根據(jù)要求精度(典型的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例是1微秒)同時(shí)同步元件的元件(節(jié)點(diǎn))數(shù)。此外，對(duì)于時(shí)延敏感的工業(yè)應(yīng)用而言同步的從屬時(shí)間的跳轉(zhuǎn)是不允許的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通信網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間同步的系統(tǒng)和方法，其中，在單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的基準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)間的估計(jì)進(jìn)一步得到改善。

以上目的通過(guò)由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的系統(tǒng)和根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求8的方法實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中敘述了進(jìn)一步的技術(shù)特征。

本發(fā)明的基本構(gòu)思是改善在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)間的估計(jì)，從而在該節(jié)點(diǎn)提供確定控制時(shí)間的控制器，控制時(shí)間跟蹤(tracks)估計(jì)的基準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)間。和在同步消息到達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)后以離散的方式估計(jì)的基準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)間不同，控制時(shí)間是以連續(xù)的方式調(diào)節(jié)的，因此是無(wú)跳轉(zhuǎn)(jump)的，這使得其更適合時(shí)間敏感的工業(yè)應(yīng)用。