CN108616320A - 一种余度总线时间同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机载时间触发总线通信技术，涉及一种余度机载时间触发总线通信技术中高可靠、容错的时间同步方法的设计和实现。本发明建立一种多余度总线的分布式时间同步方法，能够支持总线型架构下各个通信节点的高可靠、容错的时间同步，提高机载总线数据通信的安全性。

Description

一种余度总线时间同步方法

技术领域

本发明属于机载时间触发总线通信技术，涉及一种余度机载时间触发总线通信技术中高可靠、容错的时间同步方法的设计和实现。

背景技术

高可靠的时间同步是时间触发总线通信安全性的基础，在机载时间触发总线通信中，需保证总线上各个节点能够正确地进行时间同步，并形成对时间的一致性判断，从而确保各个节点基于时间的数据通信的正确性。在典型的机载时间触发通信总线技术中，采用了集中式时间同步方法或针对单条总线的分布式时间同步方法，在总线的时间同步的安全性、可靠性上存在一定的不足。为了进一步提高总线时间同步的可靠性和容错能力，需考虑基于分布式条件的多余度总线时间同步方法。

发明内容

本发明的目的：建立一种多余度总线的分布式时间同步方法，能够支持总线型架构下各个通信节点的高可靠、容错的时间同步，提高机载总线数据通信的安全性。

本发明的技术方案：

一种余度总线时间同步方法。包括以下步骤：

步骤1、构建多余度的总线型拓扑通信平台，总线拓扑余度大于1，典型值为双余度、三余度和四余度。所述总线型通信平台采用图1所示的通信架构，其通信方式采用半双工广播式通信。通信平台节点数目为n，n不小于4；

步骤2、对总线型通信平台的通信进行配置，主要包括总线的通信周期、节点的发送时隙、总线的同步精度，并依据配置生成节点的通信配置，并启动总线平台运行；

步骤3、以总线通信周期循环进行时间同步过程，总线上节点在一个通信周期内可接收到其它所有节点发送的通信消息，节点根据配置在每个余度上分别计算其它节点消息的实际到达时间和应该到达时间的差值；

步骤4、在每个余度上节点对步骤3中所计算出的时间差值从小到大进行排序，并去除其中最大、最小的k个数据，所述k为总线平台可容忍的节点故障数目；

步骤5、在每个余度上对去除k个数据后的时间差值求平均值，作为节点在该余度上的时间纠正值；

步骤6、对节点上多个余度计算出的纠正值进行检查，对于其中大于同步精度的纠正值进行丢弃，保留在同步精度范围内的时间纠正值，并计算保留的各余度时间纠正值的平均值；

步骤7、依据计算出的平均值，在总线通信周期内调整节点自身时钟，完成一次同步过程；

步骤8、步骤6中如果节点计算出的每个余度上的纠正值均大于同步精度，则认为该节点同总线上其它节点时间偏差过大，本次同步过程失败，节点需停止总线操作，重新等待加入到总线上后，进行步骤3到7的同步过程；

步骤9、总线上所有节点在每个总线周期内，进行步骤3到7的同步过程。

本发明具有的优点：

提出了一种分布式多余度总线通信时间同步方法，采用完全分布式的方法，由总线上所有节点协商确定时间同步的结果，能够避免时间同步的单点故障；并考虑容错机制，避免了总线上个别节点的时间异常对时间同步结果的影响；

在多个余度上对时间同步的纠正值进行检查，丢弃其中不合理的值，由剩余合理的值作为时间同步的依据，从余度的角度进一步提高了时间同步的可靠性；

时间同步过程利用节点间的正常数据通信即可完成，而不需要额外同步开销，具备高效的优点。

附图说明

图1是典型三余度分布式总线型通信平台示意图。

图2是时间同步过程示意图。

图3是时间同步方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提出一种在总线型通信平台的多余度分布式时间同步方法，通过总线上所有节点的分布式协商，来确定节点间的时间偏差并进行修正，在同步过程中，设计了基于周期的时间同步的容错及余度容错两种机制，提高时间同步的可靠性并保证了时间同步的精度。整个时间同步过程不需要额外的时间同步开销及带宽开销，利用正常的节点间数据通信即可完成，节省了总线通信带宽及通信时间。具体的同步过程如图2和图3所示。

一种余度总线时间同步方法。包括以下步骤：

步骤1、构建多余度的总线型拓扑通信平台，所述多余度包括任意数量的总线余度方式，典型值为双余度、三余度和四余度。总线型通信平台采用图1所示的通信架构，其通信方式采用半双工广播式通信；通信平台节点数目为n，n不小于4；

步骤2、对总线型通信平台的通信进行配置，主要包括总线的通信周期、节点的发送时隙、总线的同步精度，并依据配置生成节点的通信配置，将配置加载至总线节点，并启动总线平台运行，总线平台启动运行之初，通过配置多个时钟源，通过集中的广播方式，达到初步的同步状态，在达到初步同步状态之后，总线平台运行基于余度的时间同步方法，按照总线通信周期启动时间同步过程；

步骤3、以总线通信周期循环进行时间同步过程，总线上节点按照时分复用方式占用总线，在节点自己的通信时隙中，节点向总线发送通信数据。在一个通信周期内每个节点均可接收到总线上其它所有节点发送的通信消息，节点根据配置在每个余度上分别计算其它节点消息的实际到达时间和应该到达时间的差值。

步骤4、在每个余度上节点对步骤3中所计算出的时间差值从小到大进行排序，并去除其中最大、最小的k个数据，所述k为总线平台可容忍的节点故障数目；

步骤5、在每个余度上对去除k个数据后的时间差值求平均值，作为节点在该余度上的时间纠正值，对于m余度的总线通信平台，会对应计算出m个时间纠正值；

步骤6、对节点上m个余度计算出的纠正值进行检查，如果该纠正值大于同步精度，表明该纠正值不可信，进行丢弃处理，仅保留在m个纠正值中在同步精度范围内的时间纠正值，计算保留的各余度时间纠正值的平均值，作为该节点时间纠正的依据；

步骤7、依据步骤6中最后计算出的平均值，在总线通信周期内调整节点自身时钟，完成一次同步过程；

步骤8、步骤6中如果节点计算出的每个余度上的纠正值均大于同步精度，则认为该节点同总线上其它节点时间偏差过大，本次同步过程失败，节点需停止总线操作，重新等待加入到总线上后，进行步骤3到7的同步过程；

步骤9、总线上所有节点在每个总线周期内，进行步骤3到7的同步过程，周期性地进行时间同步计算及纠正，保证总线上所有节点的时间同步。

本发明通过上述9个步骤，在每个总线周期内地进行时间同步计算、纠正操作，通过分布式协商的方式从多个余度上，使总线上节点的时间周期性地向总线上所有节点的时间平均值靠近，从而达到分布式容错的时间同步功能。

Claims (1)

1.一种余度总线时间同步方法，其特征在于，包括：

步骤1、构建多余度的总线型拓扑通信平台，总线拓扑余度大于1。所述总线型通信平台采用图1所示的通信架构，其通信方式采用半双工广播式通信。通信平台节点数目为n，n不小于4；

步骤2、对总线型通信平台的通信进行配置，主要包括总线的通信周期、节点的发送时隙、总线的同步精度，并依据配置生成节点的通信配置，并启动总线平台运行；

步骤3、以总线通信周期循环进行时间同步过程，总线上节点在一个通信周期内可接收到其它所有节点发送的通信消息，节点根据配置在每个余度上分别计算其它节点消息的实际到达时间和应该到达时间的差值；

步骤4、在每个余度上节点对步骤3所计算出的时间差值从小到大进行排序，并去除其中最大、最小的k个数据，所述k为总线平台可容忍的节点故障数目；

步骤5、在每个余度上对去除k个数据后的时间差值求平均值，作为节点在该余度上的时间纠正值；

步骤6、对节点上多个余度计算出的纠正值进行检查，对于其中大于同步精度的纠正值进行丢弃，保留在同步精度范围内的时间纠正值，并计算保留的各余度时间纠正值的平均值；

步骤7、依据计算出的平均值，在总线通信周期内调整节点自身时钟，完成一次同步过程；

步骤8、步骤6中如果节点计算出的每个余度上的纠正值均大于同步精度，则认为该节点同总线上其它节点时间偏差过大，本次同步过程失败，节点需停止总线操作，重新等待加入到总线上后，进行步骤3到7的同步过程；

步骤9、总线上所有节点在每个总线周期内，进行步骤3到7的同步过程。