[发明专利]用于在时变和有损网络上的时钟同步的方法、系统和装置

说明书

本发明针对允许在网络上的全系统定时信息的改进同步的方法、系统和装置。因此，从时钟能够同步到高质量时钟、例如主时钟。

技术领域

本发明针对一种方法，其允许提供主时间的客户端时钟到若干客户端时钟的同步。服务器机器运行参考时钟，并且形成全系统时间的基础，该全系统时间因此必须分布于网络。本发明提供一种改进机制，其允许以高同步精度将若干客户端机器耦合到特定服务器机器。本发明还针对一种提供经同步的客户端时钟和服务器时钟的系统。此外，提出一种客户端，其能够运行于分布于网络的若干场合，并且然后与这个服务器时间同步。

背景技术

对于许多应用，处于分布式位置的时钟必须同步。这能够通过在连接时钟的通信网络上交换时间消息而进行。但是，通信网络的时变特性影响同步性能。本发明涉及减轻不可靠通信网络对同步性能的影响的方法。

已知方法之一是网络时间协议NTP，其是用于在分组交换、可变等待时间数据网络上同步计算机系统之间的时钟的网络协议。NTP的基本思路是提供时间戳，用于网络中的发送和接收操作并且根据网络延迟时间同步时钟。

在文献中描述了许多方法以应对不可靠传输对同步性能的影响。最简单来说，原始时钟偏移测量(表示为θ_k)能够求平均或者通过某种低通来滤波。要降低延迟异常值的影响，现有技术将滤波器的输入削波到某个经验3σ等级。对于最佳滤波，已知方法使用数学时钟模型来得出卡尔曼滤波器，以便从θ_k来估计服务器时钟状态(相位和频率)。卡尔曼滤波器对θ_k的随机高斯误差是最佳的，但是对于对延迟异常值并且因此对θ_k中的偶尔大尖峰感兴趣的情况，卡尔曼滤波器已知为过于敏感。但是，存在关于健壮卡尔曼滤波器的大量文献在这里能够应用：在一种已知方法中，如果测量因网络故障而丢失，则简单地抑制状态估计的递归更新。在另一已知方法中，将更新步骤中的新息(innovation)向量削波到某个等级b，以便在某种极小极大意义上选择。一种已知方法组合这些概念：如果新息(的范数)大于阈值，即，检测到异常值，则抑制状态估计的更新。

上述方法修改递归滤波以应对异常值。一种已知方法指示非递归(批量)过程在异常值存在的情况下可能表现更好。具体对于同步，描述了批量线拟合方法。假定时钟服务器周期地广播时间消息，并且考虑客户端与服务器时间戳之间的连续差。延迟异常值则始终为正，因而简化异常值检测和直线拟合。NTP按照自组(ad-hoc)方式使用最近八个测量来检测异常值。

US 2014/068315 A1涉及用于偏斜估计中的时钟偏移的方法和装置，其中从时钟采用单独自激时钟和递归估计技术来估计从与主时钟之间的时钟偏移和时钟偏斜。

US 2012/0269204 A1涉及一种用于生成定时传递系统中的定时校正以评估本地时钟偏移的短期、中期和长期测量的加权平均的方法。

WO 2015/049480 A1涉及用于时间和频率同步的方法和装置。

发明内容

本发明是与来自应对测量异常值的递归处理的概念相结合将批量处理应用于同步。时钟服务器具有高质量时钟(主时钟)，其提供参考时间。通信链路将时钟服务器连接到客户端时钟(从时钟)。任务是将客户端时钟同步到服务器时钟，即，控制客户端时钟，使得客户端时间x_C(t)紧密追随服务器时间x_S(t)。在众所周知的基于网络的同步方法(又称作“回波”或“乒乓”方法)中，通过在服务器与客户端时钟之间交换定时消息，并且对消息传输和接收时间T₁至T₄加时间戳，来测量客户端时钟偏移θ。这在图1A中示出。如果客户端时钟的频率误差是可忽略的，则瞬时时钟偏移为