專利名稱：環(huán)網中時鐘同步的實現方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種時鐘同步的實現方法，特別是一種工業(yè)以太網交換機組成 的環(huán)形網絡中的時鐘同步的實現方法。
背景技術：
工業(yè)自動化控制系統(tǒng)廣泛地應用于電力、冶金、石油化工等各個行業(yè)， 通信網絡技術是自動化控制系統(tǒng)的主要組成部分，控制系統(tǒng)各個設備的連接、 組態(tài)、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(wěn)定性、成本低廉、傳輸速率高、易于組網等諸多優(yōu)點，逐漸進入工業(yè)控制 領域。自動化系統(tǒng)中越來越多的采用以太網作為通信網絡，由于工業(yè)通信網 絡中的數據報文的發(fā)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(fā)明內容
本發(fā)明是針對現有環(huán)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(huán)網中時鐘同步的實現方法，來實現環(huán)網中的時鐘 同步問題。
本發(fā)明的技術方案為設備上電后，所有端口進入初始化狀態(tài)，該狀態(tài)
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(tài)， 等待時鐘同步報文；如果某個處于偵聽狀態(tài)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(fā)出該同步 報文的主時鐘的優(yōu)先級高于本地時，該端口轉入到未校準狀態(tài)，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(tài)，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(fā)現發(fā)送該同步報文的主時鐘的優(yōu)先級還低于本 地的時鐘，則本地時鐘成為主時鐘的狀態(tài)，同時發(fā)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(huán)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(fā)送同步報文；如果某個設備的連接在環(huán)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(jié)大小方法來決定自己 的狀態(tài)，如果地址小，則成為主時鐘；如果某個設備的兩個連接在環(huán)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(yōu)先級，則在兩條通 信路徑上選擇優(yōu)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(tài)， 另一個端口則處于被動時鐘狀態(tài)。
由于組成環(huán)網的設備(可能是交換機或者具有交換功能的終端節(jié)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(huán) 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(huán)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(tài)，處于MASTER狀態(tài)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(tài)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(tài)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(fā)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(fā)明中使用這三個狀態(tài)的目的是為了使得環(huán)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(tài)，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(yōu)的MASTER,同時將其它SLAVE 端口轉換到PASSIVE狀態(tài)。通過這種機制，可以實現環(huán)形網絡的拓撲結構下 設備的時鐘同步。
本發(fā)明的有益效果在于通過環(huán)網中一種時鐘同步的實現方法，可以實現 環(huán)形網絡的拓撲結構下設備的時鐘同步。


圖1是本發(fā)明環(huán)形網絡的拓撲結構示意圖； 圖2是本發(fā)明環(huán)網中時鐘同步工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖與具體實施方法對本發(fā)明作進一步詳細的描述
如圖1環(huán)形網絡的拓撲結構示意圖，給出了環(huán)形網絡的拓撲結構，并且
給出了通信路徑的界定，由于規(guī)定網絡中各設備不轉發(fā)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。
如圖2環(huán)網中時鐘同步工作流程圖，給出了本方法實現的狀態(tài)機，設備
上電后，所有端口進入初始化1 (INITIALIZING)狀態(tài)，該狀態(tài)初始化每個端口
的時鐘數據集。設備初始化1完成后，PTP端口將進入偵聽2狀態(tài)(LISTENING)，
等待時鐘同步報文，在如果某個處于偵聽2狀態(tài)的端口在預設置的時鐘同步 報文接收超時時間(SYN—RECEIPT—TIMEOUT—EXPIRED)到來之前，收到相連通 信路徑上的同步報文，并且發(fā)出該同步報文的主時鐘(MASTER)的優(yōu)先級高 于本地時，該端口轉入到未校準3 (UNCALIBRATED)狀態(tài)，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4 (SLAVE)狀態(tài)，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(fā)現發(fā)送該同步報文的主時鐘(MASTER)的 優(yōu)先級還低于本地的時鐘，則本地時鐘成為主時鐘5 (MASTER)的狀態(tài)，同時 發(fā)送時鐘同步報文與其進行主時鐘的競爭6。
如果某個設備的連接在環(huán)網上的某一個端口在時鐘同步報文超時時間 (SYNC—RECEIPT—TIMEOUT—EXPIRED)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(fā)送同步報文。(聲明成 為主時鐘，同時向網絡上廣播同步報文，在該通信路徑鐘進行時鐘同步)。
如果某個設備的連接在環(huán)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6，通過判斷設備 MAC地址最后3個字節(jié)大小方法來決定自己的狀態(tài)，如果地址小，則成為主時 鐘。
如果某個設備的2個連接在環(huán)網上的端口在參與主時鐘競爭6時，同時 低于相鄰端口的時鐘的優(yōu)先級，則在2條通信路徑上選擇優(yōu)先級較高的時鐘 為主時鐘，與之相連的端口處于從時鐘(SLAVE)狀態(tài)，另一個端口則處于被 動時鐘(PASSIVE)狀態(tài)。
權利要求
1、一種環(huán)網中時鐘同步的實現方法，其特征在于所述環(huán)網中時鐘同步的實現方法包括以下步驟(1)設備上電后，所有端口進入初始化狀態(tài)，該狀態(tài)初始化每個端口的時鐘數據集；(2)設備初始化完成后，PTP端口將進入偵聽狀態(tài)，等待時鐘同步報文；(3)如果某個處于偵聽狀態(tài)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(fā)出該同步報文的主時鐘的優(yōu)先級高于本地時，該端口轉入到未校準狀態(tài)，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(tài)，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；(4)如果在超時時間內，收到同步報文，但是發(fā)現發(fā)送該同步報文的主時鐘的優(yōu)先級還低于本地的時鐘，則本地時鐘成為主時鐘的狀態(tài)，同時發(fā)送時鐘同步報文與其進行主時鐘的競爭；(5)如果某個設備的連接在環(huán)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(fā)送同步報文；(6)如果某個設備的連接在環(huán)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(jié)大小方法來決定自己的狀態(tài)，如果地址小，則成為主時鐘；(7)如果某個設備的兩個連接在環(huán)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(yōu)先級，則在兩條通信路徑上選擇優(yōu)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(tài)，另一個端口則處于被動時鐘狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)網中時鐘同步的實現方法，由于環(huán)網中的設備實現的是邊界時鐘，其端口可能存在主時鐘、從時鐘和被動時鐘三種狀態(tài)，處于主時鐘狀態(tài)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；處于從時鐘狀態(tài)的端口需要與其通信路徑上的主時鐘進行同步；處于被動時鐘狀態(tài)的端口忽略其端口上的時鐘同步信息，各個端口在其所在的通信路徑上進行主時鐘競爭，競爭后產生主時鐘、從時鐘和被動時鐘三種狀態(tài)，以此實現環(huán)形網絡的拓撲結構下設備的時鐘同步。
文檔編號H04J3/06GK101170373SQ200710171010
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權日2007年11月27日
發(fā)明者包偉華, 張慶軍 申請人:上海自動化儀表股份有限公司