一种车载时钟同步无缝冗余系统及方法与流程

本发明涉及车载时钟同步技术，尤其涉及一种车载时钟同步无缝冗余系统及方法。

背景技术：

1、在车载网络应用中，诸如自动驾驶等安全关键功能，依赖于gptp（generalizedprecision time protocol，广义精确时间协议）以确保数据传输的实时性和确定性，而时钟同步网络中的gm（grand master，主时钟）失效可能导致出现数据不一致的情况。为了缓解主时钟失效的影响，时钟同步网络引入了冗余时钟的设计，并通过bmca（best masterclock algorithm，最佳主时钟算法）实现故障时的主时钟切换，即通过动态协商在所有gptp网络节点中选举新的主时钟。然而，bmca的这一过程耗时并可能导致网络同步波动，无法满足车载网络对实时性的严格要求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种车载时钟同步无缝冗余系统及方法。

2、为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种车载时钟同步无缝冗余系统，包括主gm节点，热备gm节点，交换机，从节点；主gm节点作为主参考时间源，热备gm节点在主gm节点失效时立即接管作为备用时钟节点，交换机负责转发同步信息，从节点根据gm时钟节点的时间信息进行同步；

4、在时钟同步网络中配置2个gptp域，域0和域127，域0内的时钟源是主gm，域0内的所有设备都与主gm时钟保持同步；域127内的时钟源是热备gm，域127内的所有设备都与热备gm时钟保持同步；热备gm节点同步主gm节点，所有从节点同时接收来自域0和域127的同步信息。

5、进一步地，主gm节点，热备gm节点，交换机，从节点上均设置gptp接口；gptp接口基于不同的gptp域配置不同的gptp接口状态；接口状态包括主接口和从接口，其中，主接口表示发布同步时间的gptp接口，从接口表示接收同步时间的gptp接口。

6、进一步地，0:m/0:s表示在域0内接口状态是主接口/从接口，127:m/127:s表示在域127内接口状态是主接口/从接口。

7、一种车载时钟同步无缝冗余方法，正常状态，主gm节点发布域0的gptp同步报文至网络中，交换机将域0内的从接口收到的同步报文转发至域0内的所有主接口，热备gm节点和所有从节点时钟均根据域0的同步信息调整自身时钟，即，交换机将域0内的主接口收到的同步报文转发至热备gm节点和所有从节点在域0内的从接口；

8、当热备gm节点与主gm节点同步完成后，热备gm节点开始发布域127的gptp同步报文至网络中，交换机将域127内的从接口收到的同步报文转发至域127内的所有主接口，此时所有从节点时钟根据域0和域127的同步信息调整自身时钟，即，交换机将域127内的主接口收到的同步报文转发至主gm节点和所有从节点在域127内的从接口。

9、进一步地，主gm节点失效状态，热备gm节点继续发布域127的gptp同步报文至网络中，交换机将域127内的从接口收到的同步报文转发至域127内的所有主接口，从节点时钟继续根据域127的同步信息调整自身时钟，即，交换机将域127内的主接口收到的同步报文转发至所有从节点在域127内的从接口。

10、进一步地，主gm节点恢复状态，主gm节点根据域127的同步信息调整自身时钟，交换机将域127内的主接口收到的同步报文转发至主gm节点在域127内的从接口。

11、进一步地，主gm节点初始化之后，等待来自域127的gptp同步报文，收到来自域127的gptp同步报文后，根据域127的gptp同步报文中携带的时间信息调整gm节点的时钟，完成与热备gm时钟的同步，将自身的时钟信息通过域0的gptp同步报文发布至网络中。

12、进一步地，热备gm节点初始化之后，等待来自域0的gptp同步报文，收到来自域0的gptp同步报文后，根据域0的gptp同步报文中携带的时间信息调整热备gm节点的时钟，完成与主gm时钟的同步，将自身的时钟信息通过域127的gptp同步报文发布至网络中。

13、进一步地，从节点初始化之后，等待来自域0或域127的gptp同步报文，收到来自域0或域127的gptp同步报文后，根据gptp同步报文中携带的时间信息调整从节点的时钟。

14、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过静态配置主gm和热备gm，避免了动态协商带来的不稳定性，极大提升了系统的稳定性和可靠性。这对于车载网络应用尤其重要，因为这些应用通常对时钟精度和网络稳定性有极高的要求。采用静态指定的方式，网络管理和配置流程得以简化。这不仅减少了配置和管理的复杂性，也减少了出错的可能性。

15、在主gm发生故障时，双时间域冗余同步报文双发技术能够实现快速切换到备用时钟，而这一过程对从节点来说是无感知的。这种无缝切换机制显著减少了系统恢复时间，提高了网络的实时性能。即使主gm发生故障并在恢复后，主gm仍能保持时间的连续性，这对于确保车载网络数据的一致性和准确性至关重要。

16、在传统的bmca机制中，动态协商可能导致网络同步波动。而本发明的技术方案通过静态配置和双时间域冗余，大幅提高了时钟同步机制的可预测性，这对于依赖精确时钟同步的安全关键应用至关重要。

17、总的来说，本发明的技术方案相比现有技术，提供了显著的改进，在稳定性、可靠性、响应速度、时钟同步的可预测性以及系统管理方面均有显著提升，对解决车载网络中的技术问题具有重要意义。

技术特征：

1.一种车载时钟同步无缝冗余系统，其特征在于，包括主gm节点，热备gm节点，交换机，从节点；主gm节点作为主参考时间源，热备gm节点在主gm节点失效时立即接管作为备用时钟节点，交换机负责转发同步信息，从节点根据gm时钟节点的时间信息进行同步；

2.根据权利要求1所述的车载时钟同步无缝冗余系统，其特征在于，主gm节点，热备gm节点，交换机，从节点上均设置gptp接口；gptp接口基于不同的gptp域配置不同的gptp接口状态；接口状态包括主接口和从接口，其中，主接口表示发布同步时间的gptp接口，从接口表示接收同步时间的gptp接口。

3.根据权利要求1所述的车载时钟同步无缝冗余系统，其特征在于，0:m/0:s表示在域0内接口状态是主接口/从接口，127:m/127:s表示在域127内接口状态是主接口/从接口。

4.一种车载时钟同步无缝冗余方法，基于权利要求1-3任一所述的车载时钟同步无缝冗余系统，其特征在于，正常状态，主gm节点发布域0的gptp同步报文至网络中，交换机将域0内的从接口收到的同步报文转发至域0内的所有主接口，热备gm节点和所有从节点时钟均根据域0的同步信息调整自身时钟，即，交换机将域0内的主接口收到的同步报文转发至热备gm节点和所有从节点在域0内的从接口；

5.根据权利要求4所述的车载时钟同步无缝冗余方法，其特征在于，主gm节点失效状态，热备gm节点继续发布域127的gptp同步报文至网络中，交换机将域127内的从接口收到的同步报文转发至域127内的所有主接口，从节点时钟继续根据域127的同步信息调整自身时钟，即，交换机将域127内的主接口收到的同步报文转发至所有从节点在域127内的从接口。

6.根据权利要求4所述的车载时钟同步无缝冗余方法，其特征在于，主gm节点恢复状态，主gm节点根据域127的同步信息调整自身时钟，交换机将域127内的主接口收到的同步报文转发至主gm节点在域127内的从接口。

7.根据权利要求4所述的车载时钟同步无缝冗余方法，其特征在于，主gm节点初始化之后，等待来自域127的gptp同步报文，收到来自域127的gptp同步报文后，根据域127的gptp同步报文中携带的时间信息调整gm节点的时钟，完成与热备gm时钟的同步，将自身的时钟信息通过域0的gptp同步报文发布至网络中。

8.根据权利要求4所述的车载时钟同步无缝冗余方法，其特征在于，热备gm节点初始化之后，等待来自域0的gptp同步报文，收到来自域0的gptp同步报文后，根据域0的gptp同步报文中携带的时间信息调整热备gm节点的时钟，完成与主gm时钟的同步，将自身的时钟信息通过域127的gptp同步报文发布至网络中。

9.根据权利要求4所述的车载时钟同步无缝冗余方法，其特征在于，从节点初始化之后，等待来自域0或域127的gptp同步报文，收到来自域0或域127的gptp同步报文后，根据gptp同步报文中携带的时间信息调整从节点的时钟。

技术总结本发明公开了一种车载时钟同步无缝冗余系统及方法，包括主GM节点，热备GM节点，主GM节点作为主参考时间源，热备GM节点在主GM节点失效时立即接管作为备用时钟节点；在时钟同步网络中配置2个GPTP域，域0内的时钟源是主GM，域0内的所有设备都与主GM时钟保持同步；域127内的时钟源是热备GM，域127内的所有设备都与热备GM时钟保持同步；热备GM节点同步主GM节点，所有从节点同时接收来自域0和域127的同步信息。本发明通过静态指定工作主时钟和热备时钟，有效消除因动态协商带来的不稳定性，并简化了网络管理和配置流程；引入了双时间域冗余同步报文双发技术，实现了主时钟失效后从时钟同步过程的无缝切换。技术研发人员：顾明君,陈诚,张旸受保护的技术使用者：奥特酷智能科技（南京）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17