[发明专利]一种实现时钟时间同步的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及以太网技术，具体地说，涉及一种实现时钟时间同步的方法及装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对于时间的精度要求越来越高，计算机和网络业界都致力于解决以太网的定时同步能力不足的问题。网络精密时钟同步委员会通过了IEEE1588标准（简称PTP，Precision Time Protocol，精密时钟同步协议），IEEE1588基于以太网、分布式系统的应用上，其时间同步精度可以达到亚微秒级别，其基本原理如图1所示。图1中Master Clock为主时钟，Slave Clock为从时钟，O为Slave Clock与Master Clock的相位差Offset，D为路径延迟Delay。从图1中可见，在时钟同步过程中有4类消息包，Sync消息包、Follow_up消息包、Delay_Req消息包以及Delay_Resp消息包。主从时钟同步过程主要分为两个部分，即，时钟相位差测量Offset（O）与路径时延测量Delay（D），具体地，从图1中可以看出：

A＝t₁-t₀＝D+O；

B＝t₃-t₂＝D-O；

其中，t₀、t₁、t₂、t₃为PTP消息包发送和接收时所对应的时间戳，即：t₀为PTP消息离开Master的时间、t₁为PTP消息到达Slave的时间、t₂为Slave发Delay_Req消息给Master的时间、t₃为Delay_Req到达Maste的时间。；

从而可以进一步得出：

路径延迟Delay：D＝（A+B）/2；

相位差Offset：O＝（A-B）/2。

从上述的描述中可以看出，上述对于路径延迟和相位差的计算是基于Master Clock到Slave Clock的延迟与Slave Clock到Master Clock的延迟理论上应当一致，但是实际上由于硬件打各时间戳，环境的变化都会带来误差，这都将造成双向延迟的不一致，通常地，两者之间可能相差几十纳秒或者在恶劣的环境下可能更大，这也使得直接利用标准中所提到的算法进行时钟同步的精度有待进一步提高。

发明内容

本发明提出一种实现时钟时间同步的方法及装置，以提高时钟同步精度。

为了解决上述问题，本发明公开了一种实现时钟时间同步的方法，包括：

利用卡尔曼滤波算法，分别以精密时钟同步协议（PTP）消息包中同步消息包和应答消息包的发送接收时间戳之差为观测值来对时钟偏差以及时钟频率偏差进行估计，得到主从时钟之间的相位差，根据所估计的相位差对从时钟进行同步调整。

可选地，上述方法中，分别以PTP消息包中同步消息包和应答消息包的发送接收时间戳之差为观测值对时钟偏差、时钟频率偏差进行估计以外，还结合时钟老化率进行估计，得到主从时钟之间的相位差。

可选地，上述方法中，分别以PTP消息包中同步消息包和应答消息包的发送接收时间戳之差为观测值来对时钟偏差、时钟频率偏差以外，还结合时钟老化率进行估计的过程如下：

利用卡尔曼滤波算法分别建立主、从时钟时间同步状态的状态方程和对应的测量向量的测量方程；

再对主、从时钟的时间同步状态的状态方程和对应的测量向量的测量方程分别进行卡尔曼迭代估计，得到状态x₁＝O+D₁的估计值和x₂＝O-D₂的估计值，再由x₁和x₂得到主从时钟之间的相位差O，其中，D₁为主时钟到从时钟的路径延迟，D₂为从时钟到主时钟的路径延迟。

可选地，上述方法中，分别建立的主、从时钟时间同步状态的状态方程和对应的测量向量的测量方程如下：