[发明专利]冗余以太网的同步对时设备、系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冗余以太网技术，特别涉及是一种满足能在工业冗余以太网应用场景中实现各网元节点的时间同步技术，主要是针对于IEC62439-3协议标准下的冗余以太网的相关技术。

背景技术

工业以太网以其特有的低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商，控制系统和工厂自动化系统常常采用工业以太网技术完成工业控制任务，是未来工业4.0的通讯控制领域的主打技术。然而在工厂、电力以及智能交通等很多工业控制领域的实际应用场合下，设备所处的环境相当复杂，用户对以太网的可靠性要求也越来越高。为了保证不会因通信服务器失效、网络断线或交换机故障而导致整个通信系统瘫痪，现在普遍通过以太网冗余技术来提高网络容错的能力。

因此IEC62439-3应时代而生，是一个非常先进且可靠的以太网冗余协议，是一个国际性标准，有着广泛的厂商支持。IEC62439-3有HSR(高可用性无缝冗余环)和PRP(并联冗余协议)两种应用模式。一个典型的HSR网络拓扑如图1，即所有节点设备的网络口都连接在一个双向环网上，典型的设备形态有DANH(双连接节点)和RedBox(冗余盒子，是拥有三个外部以太网端口的实体)两种。RedBox可以为目前还不具备冗余功能的设备提供代理支持，并提供多设备和多端口接入。协议规范中RedBox的功能可分为两部分，一部分是标准的冗余交换功能，另一部分为代理桥接功能。A/B口是挂在环网上，用户的数据通过InterLink(连接到以太网的端口)口进行上下业务，管理口称之为CPU口，实现网络的监控配置等操作。发端发送数据时，数据会复制两份在环的两个方向进行传输，数据到达目的地后，节点设备会根据协议所规范的标准进行选择一路作为收。换言之，数据在起点和终点是双发选收的模式，数据在链路中传播则是按照设备配置的转发规则进行，此时犹如一台正常运行的交换机。

工业以太网以及未来的工业4.0对实时性需求也逐步迫切，且要求的精度也是不断提高，精度甚至是达到纳秒级别，这就有必要在环网内部署时间同步协议，来实现所有节点设备的时间同步。选择通信领域成熟IEEE的1588V2标准无疑是最佳的选择。众所周知IEEE 1588V2协议在实现时间同步的一个前提条件，就是要满足上下行链路的延时对称。图2是没有交换网络的时间同步模型，主MS(报文处理单元)和从MS之间传输报文的延时相同，即链路延时对称，对时较为方便，图2的时基偏移计算公式如下：Offset＝(T2-T1)-(T4-T3)。然而，很显然在环网中存在多个HSR/PRP交换模块，数据在上下行链路的延时是完全不对称，且不固定，无法采用没有交换网络的时间同步模型进行对时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冗余以太网的同步对时设备，在冗余环网中应用时，可以实现在整个冗余环网下的多个节点设备的时间同步。

为解决上述问题，本发明提供一种冗余以太网的同步对时设备，包括：

冗余交换单元，用以实现双向冗余传输并根据转发路径转发报文，其具有第一网络接口、第二网络接口、管理接口及业务接口；

至少三个时间戳生成单元，用以在接收或输出报文时生成并记录相应时间戳，接收从冗余交换单元输出报文的时间戳生成单元还用以记录报文在冗余交换单元内传输用的累加延时值，其中，第一时间戳生成单元连接在所述第一网络接口和第一物理接口之间，第二时间戳生成单元连接在所述第二网络接口和第二物理接口之间，第三时间戳生成单元连接在业务接口和报文处理单元之间；

所述报文处理单元，根据配置而成为主单元或从单元，用以发送、或接收报文，从单元还用以根据接收的报文中的时间戳和累加延时值确定时基偏移；以及

时基单元，用以接收所述报文处理单元确定的时基偏移来调整时基，还用以提供时基给各所述时间戳生成单元。

根据本发明的一个实施例，主单元发送同步请求报文，或响应于同步响应报文而发送资源报文；从单元转发接收到的同步请求报文，或响应于所述同步请求报文而发送同步响应报文、且在接收到所述资源报文后根据资源报文中的时间戳和累加延时值确定时基偏移。

根据本发明的一个实施例，所述时基偏移计算公式为

Offset＝((T2+T3+CorrectField[T3/T4])-(T1+T4+CorrectField[T1/T2]))/2，