[发明专利]一种基于多属性决策的主时钟选取方法

说明书

本发明涉及工业时间敏感网络的时钟同步通信技术领域，具体涉及一种基于多属性决策的主时钟选取方法，包括在时钟同步域中添加同步集中控制节点，该节点负责对网络内所有时敏节点的同步配置以及主时钟节点信息的下发；同步集中控制节点接收时钟同步域内各时敏节点上报的状态信息报文，根据状态信息报文计算节点的状态信息；同步集中控制节点通过多属性决策算法计算出各个状态信息的权重值，计算得到节点的时钟属性值，选择时钟属性值最大的节点对应的时钟作为全局时钟基准；本发明能够在保障时钟源精度的前提下，选取出距离全网任意节点跳数最小的主时钟节点，从而减小跳数带来的累计误差达到提高同步精度的效果。

技术领域

本发明涉及工业时间敏感网络的时钟同步通信技术领域，具体涉及一种基于多属性决策的主时钟选取方法。

背景技术

随着工业物联网技术的不断发展，新兴业务尤其是时间敏感性业务也在不断涌现，这对传统工业网络的实时性与可靠性提出了严格的挑战。针对这一问题，IEEE802.1工作组提出了时间敏感网络(time-sensitive networking，TSN)协议。时间敏感网络(TSN)技术具有基于时间同步的周期性流量整形及调度、数据无缝冗余传输、路径预留和网络配置等功能，从而能够满足时间敏感业务对数据传输延时与丢包等相关指标的需求。全局时钟同步作为TSN标准的前提，用于保证数据帧在各个设备中传输时隙的正确匹配，满足通信流的端到端确定性时延和无排队传输要求。为了满足时钟同步精度的要求，TSN采用了IEEE802.1AS协议进行时间同步。IEEE 802.1AS协议结构简单，扩展性强，易于部署且同步精度可精确到纳秒级，为自动化工厂、汽车控制、音视频传输等众多领域提供高精度时钟同步服务。

IEEE 802.1AS作为时间敏感网络(TSN，Time Sensitive Networking)中的时钟同步协议，工作在全双工以太网的数据链路层，通过时间戳传递的方式实现高精度的时钟同步。协议可分为主时钟选取、链路延时测量以及主从同步误差测量修正三大部分。在主时钟选取阶段，各节点通过BMCA选取出最佳主时钟节点，并生成对应的时钟树。节点间通过交互延时测量报文进行路径延时测量，同时two-step模式下主节点向从节点发送sync报文与follow报文，从节点接收到报文后，结合路径延时测量值进行同步误差计算并以此修正本地时间。

影响IEEE802.1AS协议的主要因素之一为链路不对称性。同步域中各节点的数据传输时延、数据处理时延、同步参数配置可能各不相同，仍采用延时对等机制可能造成对应的误差，并且此类误差随着主从节点的跳数增加也不断累积。当网络规模扩大时，采用固定主时钟的方式未考虑网络拓扑结构以及链路拥塞程度影响，可能存在主时钟节点距离其余节点跳数过大从而导致路径不对称性误差累计进而导致无法满足时敏节点的同步需求的问题。因此，采用灵活的主时钟选取方式显得十分必要。考虑链路拥塞、网络拓扑结构以及时钟源参数等信息的主时钟选取算法通过选择距离全网任意节点跳数最小的主时钟节点，能够有效减小路径不对称性带来的累计误差。

综上所述，引入TSN技术来保障多跳工业以太网中时敏业务的确定性时延传输十分必要。同时为达到时敏业务的确定性时延传输，保障7跳以内1us以下的同步误差是基本要求，因此采用ns级同步精度的IEEE802.1AS协议是很好的选择。然而协议在主时钟选取阶段采用的BMCA并未考虑网络信息，这样选取出的最佳主时钟生成的时钟树主从节点的跳数可能过大，链路不对称性带来的累计误差增大会降低网络内同步精度，如何在保障时钟源精度的前提下使得选取的主时钟节点距离全网任意节点跳数最小成为研究重点。

发明内容

基于现有协议存在的问题，本发明提供一种基于多属性决策的主时钟选取方法，包括以下步骤：

在时钟同步域中添加同步集中控制节点，该节点负责对网络内所有时敏节点的同步配置以及主时钟节点信息的下发；

同步集中控制节点接收时钟同步域内各时敏节点上报的状态信息报文，根据状态信息报文计算节点的时钟源质量系数、链路拥塞系数、节点拓扑属性；