一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法
阅读说明：本技术 一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法 (Ethernet network-based equipment clock error detection method ) 是由 蔡奕慰 吕遐东 张岿 张凯 于侃 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法,属于水面船舶信息系统集成设计领域,利用船舶信息系统已有的以太网网络,通过时统设备向被测设备发送时钟检测报文,检测被测设备时钟与时统设备时钟之间的误差值,并向相关设备反馈误差值,供其在数据计算时进行时间补偿处理。该误差值可用于船舶信息系统对于设备对时状态的监测,是船舶信息系统掌握各设备工作状态的参考依据；该误差值可向时间高敏感业务的相关设备反馈,用于该类设备对接收的目标信息、控制命令等信息进行时钟信息补偿修正,保证业务正确执行。(The invention discloses an equipment clock error detection method based on an Ethernet network, which belongs to the field of integration design of a water surface ship information system. The error value can be used for monitoring the time synchronization state of the equipment by the ship information system and is a reference basis for the ship information system to master the working state of each equipment; the error value can be fed back to the relevant equipment of the time-sensitive service, and is used for the equipment to compensate and correct the clock information of the received target information, control command and other information, so as to ensure the correct execution of the service.)
技术领域
本发明属于水面船舶信息系统集成设计领域，更具体地，涉及一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法。
背景技术
目前，以太网网络在船舶信息系统中得到广泛应用，各上网设备主要通过网络完成各类业务信息的传输交互。为了保障各上网设备的时钟准确性，各上网设备通过不同方式与全船时统设备进行时钟对时。
船舶信息系统的所属设备通过以太网网络完成探测信息、指挥命令、控制命令等数据传输，不同设备之间交互的信息报文中标记了设备主机时钟的时戳信息，各设备利用该时戳信息进行相关计算处理。由于船舶信息系统所属设备与全船时统设备通过多种不同方式进行时钟对时，但不同设备的对时精度不一致，与时间基准值存在正向或负向的误差，从而导致不同设备之间的主机时钟误差值不确定，且两个设备主机时钟的累计误差值可能较大，对于船舶信息系统跟踪探测等实时性和对时精度要求较高的应用业务带来不利影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法，利用船舶信息系统已有的以太网网络，通过时统设备向被测设备发送时钟检测报文，检测被测设备时钟与时统设备时钟之间的误差值，并向相关设备反馈误差值，供其在数据计算时进行时间补偿处理。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法，包括：
建立船舶信息系统数据传输检测模型，以对船舶信息系统测试对象的数据传输过程进行抽象描述；
通过船舶信息系统数据传输检测模型中的时统设备向被测设备发送检测报文，被测设备接收到检测报文后向时统设备发送反馈报文；
根据时统设备发送检测报文的时刻、被测设备发送反馈报文的时刻以及时统设备接收到反馈报文的时刻，确定被测设备时钟与时统设备时钟之间的误差值。
在一些可选的实施方案中，所述船舶信息系统数据传输检测模型包括时统设备和被测设备，时统设备和被测设备通过船舶信息系统网络交换机进行网络互通，时统设备和被测设备均包括应用层、操作系统层和物理层。
在一些可选的实施方案中，所述检测报文分为测试报文和反馈报文两类，且测试报文和反馈报文的数据结构相同，均包括报文总长度、发方IP地址、收方IP地址、报文标识和时戳，通过报文标识区分测试报文和反馈报文。
在一些可选的实施方案中，通过船舶信息系统数据传输检测模型中的时统设备向被测设备发送检测报文，被测设备接收到检测报文后向时统设备发送反馈报文，包括：
时统设备和被测设备之间采用UDP协议进行信息传输，由时统设备向被测设备发送测试报文，并记录测试报文发送时刻的时间值T1；
被测设备主机上的应用层程序收到测试报文后，立刻向时统设备发送反馈报文，反馈报文的时戳字段填入发送时刻的时间值T2；
时统设备收到反馈报文，记录反馈报文接收时刻的时间值T3。
在一些可选的实施方案中，由ΔTk＝(2T2-T1-T3)/2确定当前次测试时，被测设备时钟与时统设备时钟之间的误差值ΔTk。
在一些可选的实施方案中，由确定最终的被测设备时钟与时统设备时钟之间的误差值ΔT，其中，N为时统设备发送测试报文的次数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明利用了船舶信息系统已有的网络和设备资源，可计算得出船舶信息系统所属设备主机时钟和时统设备时钟的时钟误差值。该误差值可用于船舶信息系统对于设备对时状态的监测，是船舶信息系统掌握各设备工作状态的参考依据；该误差值可向时间高敏感业务的相关设备反馈，用于该类设备对接收的目标信息、控制命令等信息进行时钟信息补偿修正，保证业务正确执行。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种测试对象的数据传输模型示意图；
图2是本发明实施例提供的一种检测报文收发流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了一种基于以太网网络的设备时钟误差检测方法，具体实现过程如下：
(1)如图1所示，建立船舶信息系统数据传输检测模型，对船舶信息系统测试对象的数据传输过程进行抽象描述，船舶信息系统所属设备直接接入船舶信息系统网络交换机，时统设备与被测设备网络互通；典型被测设备主机接收网络报文将通过主机物理层和操作系统层，然后被主机的应用层程序接收并处理；
(2)对用于时钟误差测试的检测报文进行设计，检测报文分为测试报文和反馈报文两类，报文的数据结构相同，均包括报文总长度、发方IP地址、收方IP地址、报文标识、时戳等字段，通过报文标识进行测试报文和反馈报文种类的区分；
(3)对检测报文的收发处理机制进行设计，时统设备和被测设备之间采用UDP协议进行信息传输；由时统设备向被测设备发送测试报文，并记录测试报文发送时刻的时间值T1；被测设备主机上的应用层程序收到测试报文后，立刻向时统设备发送反馈报文，反馈报文的时戳字段填入反馈报文发送时刻的时间值T2；时统设备收到反馈报文，记录反馈报文接收时刻的时间值T3；
(4)被测设备与时统设备的时钟误差值为ΔT，测试报文和反馈报文经过交换机、主机物理层和操作系统层的传输处理时间消耗为TC，则T1、T2、T3的计算关系如下：
T2-T1＝ΔT+TC
T3-T2＝-ΔT+TC
(5)按照步骤(4)的公式进行计算，当前次测试ΔTk的计算方法为：
ΔTk＝(2T2-T1-T3)/2
(6)时统设备以一定时间间隔，周期向被测设备发送测试报文，被测设备收到测试报文后发送反馈报文，按照步骤(3)重复N次，并按照步骤(4)和步骤(5)计算出时钟误差ΔT1、ΔT2、ΔT3及ΔTN，被测设备与时统设备的时钟误差值为：
其中，时统设备向被测设备发送测试报文的时间间隔可以根据实际需要确定，本实施例不做唯一性限定。
实施例二
检测报文分为测试报文和反馈报文，报文结构如表1所示：
表1检测报文结构
总长度(Total Length)
报文标识(Message ID)
发方IP地址(Source-id)H
发方IP地址(Source-id)L
收方IP地址(Destination-id)H
收方IP地址(Destination-id)L
时戳H
时戳L
其中，
(1)报文总长度(Total Length)：长度为16比特，表示整个报文长度(含本身2个字节)，以字节(Byte)为单位；
(2)报文标志(Message ID)：长度为16比特，测试报文的报文标识设为0xFFF1，反馈报文的报文标识设为0xFFF2：
(3)发方IP地址(Source-id)和收方IP地址(Destination-id)：分别表示发送方的IP地址和接收方的IP地址，各为32比特；
(4)时戳：代表报文发送的时刻，其中，时戳H、时戳L各占32个比特。
其中，网络的传输层采用UDP协议，遵循RFC768和RFC793标准。传输层(UDP)涉及的协议端口为21680(十进制)。
其中，按照图2的报文收发流程，由时统设备向被测设备发送测试报文，被测设备收到测试报文后立即发送反馈报文；时统设备按照2秒的时间周期，共计向被测设备发送10次测试报文，并分别计算出10个时钟误差值，然后计算出10次检测的平均值，从而确定被测设备与时统设备的时钟误差。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：基于过零NTB的台区识别方法