本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步狀態(tài)，其中，網(wǎng)絡(luò)包括主時(shí)鐘，并且其中，主時(shí)鐘在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí)將同步報(bào)文傳輸至網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

設(shè)計(jì)時(shí)間敏感的系統(tǒng)中的一個(gè)挑戰(zhàn)是共同時(shí)基。原因在于網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)備對(duì)當(dāng)前時(shí)間具有不同的視角（view），因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂胁煌臅r(shí)鐘特性，比如頻率漂移、粒度等，且其時(shí)常具有不同的初始時(shí)間。該狀況在一些汽車(chē)時(shí)間-和-安全-重要應(yīng)用中導(dǎo)致無(wú)法忍受的時(shí)鐘偏差，因?yàn)檫@些應(yīng)用具有目標(biāo)在于具體地相對(duì)于整個(gè)交通保證安全的小汽車(chē)駕駛的強(qiáng)烈要求。因此，對(duì)于運(yùn)載工具中的網(wǎng)絡(luò)而言，需要嚴(yán)格的時(shí)間操縱。這對(duì)于小汽車(chē)內(nèi)的若干設(shè)備和/或電子控制單元的相互作用而言尤其重要，因?yàn)樗鼈兌急仨氃谙嗤臅r(shí)間交接（relay）。因此，遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)間同步機(jī)制。

針對(duì)建立在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中的共同時(shí)基已經(jīng)規(guī)定了ieee802.1as時(shí)間同步協(xié)議。其基本上作用在用作時(shí)間參考的主時(shí)鐘上，通過(guò)將其時(shí)間信息經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分配到其它設(shè)備，使得其能夠修正且因此同步其內(nèi)部時(shí)鐘以便與主時(shí)鐘一致。

在重要的汽車(chē)應(yīng)用中，操縱重要的數(shù)據(jù)包或報(bào)文的設(shè)備必須具有共同的時(shí)間感，以避免任何時(shí)基抖動(dòng)（jitter）、意外延時(shí)和實(shí)際狀況的錯(cuò)誤解釋?zhuān)駝t這些能夠引起運(yùn)載工具行為的驚人結(jié)果。因此，必須在運(yùn)載工具中時(shí)間和安全重要的網(wǎng)絡(luò)中在啟動(dòng)時(shí)間以及在運(yùn)行時(shí)間期間建立共同時(shí)基。

事實(shí)上，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)之后，在傳輸?shù)谝淮魏?或安全重要的數(shù)據(jù)包之前，每一個(gè)重要數(shù)據(jù)的發(fā)送者均必須知曉共同時(shí)基的存在，以便避免上文提及的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明并且具體地本方法，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和如由從屬權(quán)利要求限定的基于以太網(wǎng)的運(yùn)載工具中網(wǎng)絡(luò)描述了用于通知預(yù)期傳輸重要數(shù)據(jù)的設(shè)備關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)的監(jiān)測(cè)機(jī)制。具體地，一旦貫穿網(wǎng)絡(luò)建立共同時(shí)基，就告知這些設(shè)備。

本發(fā)明因此改進(jìn)了運(yùn)載工具中時(shí)間-和-安全重要的網(wǎng)絡(luò)中的安全的可靠性。通過(guò)改進(jìn)像例如ieee802.1qbv的時(shí)間-觸發(fā)機(jī)制的性能，本發(fā)明改進(jìn)了運(yùn)載工具中網(wǎng)絡(luò)的邏輯和時(shí)間確定論（logicalandtemporaldeterminism），因此改進(jìn)了運(yùn)載工具時(shí)序行為的可預(yù)測(cè)性。本發(fā)明也促進(jìn)針對(duì)一些基于以太網(wǎng)的交通操縱機(jī)制（比如時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)或時(shí)間感知整形器（ieee802.1qbv））的配置，其要求高的工程技術(shù)工作。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的實(shí)施例以示例且不限制于附圖中的圖的方式圖示，在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記指示相似的元件，并且附圖中：

圖1示出在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間分配機(jī)制的示例；

圖2示出基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示例；

圖3示出同步狀態(tài)報(bào)文從橋和開(kāi)關(guān)到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的傳輸；

圖4示出同步狀態(tài)報(bào)文從重要數(shù)據(jù)發(fā)送者到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的傳輸；

圖5示出網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)到重要數(shù)據(jù)發(fā)送者的傳輸；以及

圖6是創(chuàng)造性方法的可能的實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出通常在基于以太網(wǎng)的運(yùn)載工具中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用的基本同步和時(shí)間分配機(jī)制。圖1示出從主節(jié)點(diǎn)1（例如主時(shí)鐘或祖時(shí)鐘（grandmaster））傳輸?shù)綐蚬?jié)點(diǎn)8的報(bào)文。

在時(shí)間t31處，主節(jié)點(diǎn)1向橋8發(fā)送同步報(bào)文3，具體地向橋8的從端口9。時(shí)間t31儲(chǔ)存在主節(jié)點(diǎn)1處且經(jīng)由同步后續(xù)報(bào)文4傳輸?shù)綐?。同步后續(xù)報(bào)文4包括比如標(biāo)記為精確發(fā)出時(shí)間戳（preciseorigintimestamp）的信息，其描述了根據(jù)主節(jié)點(diǎn)1的內(nèi)部時(shí)鐘的同步報(bào)文3的傳輸時(shí)間t31。

通常，同步后續(xù)報(bào)文4包括至少兩個(gè)其它字段，所謂的修正字段和所謂的率比（rateratio）。在從主時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)耐胶罄m(xù)報(bào)文4中，修正字段被設(shè)置為0，且率比被設(shè)置為1。在頻率f1的情況下，主節(jié)點(diǎn)1再次向橋8發(fā)送同步報(bào)文3。

在接受同步報(bào)文3時(shí)，橋8保存對(duì)應(yīng)的接收時(shí)間t32。在已接收同步后續(xù)報(bào)文4的情況下，橋8現(xiàn)在能夠使用以下等式修正其內(nèi)部時(shí)鐘：

當(dāng)前_時(shí)間_橋=t31+路徑延時(shí)主_到_橋+d1·鄰近率比主_到_橋

路徑延時(shí)是報(bào)文或幀在網(wǎng)絡(luò)上從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)間，且經(jīng)由所謂的對(duì)等延時(shí)機(jī)制確定。

計(jì)算鄰近率比以補(bǔ)償主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的漂移。其由從節(jié)點(diǎn)基于具有相同大小的兩個(gè)報(bào)文的傳輸和接收時(shí)間計(jì)算。例如，能夠使用兩個(gè)連續(xù)的同步報(bào)文3。

在已調(diào)整內(nèi)部時(shí)鐘的情況下，橋8然后生成同步報(bào)文3并在時(shí)間t33將同步報(bào)文3轉(zhuǎn)發(fā)到從節(jié)點(diǎn)2。從節(jié)點(diǎn)2在時(shí)間t34處接收該同步報(bào)文3。在這之后，橋8向從節(jié)點(diǎn)2發(fā)送同步后續(xù)報(bào)文4。在該同步后續(xù)報(bào)文4內(nèi)，精確發(fā)出時(shí)間戳被傳輸至從節(jié)點(diǎn)2，且鄰近率比主_到_橋和修正字段也被傳輸至從節(jié)點(diǎn)2，其中基于以下等式計(jì)算修正字段：

修正字段橋=路徑延時(shí)主_到_橋+（t33–t32）·鄰近率比主_到_橋

在接收從橋8傳輸?shù)耐胶罄m(xù)報(bào)文4之后，從節(jié)點(diǎn)2將能夠使用以下等式修正其內(nèi)部時(shí)鐘：

當(dāng)前_時(shí)間_從=t31+修正字段橋+路徑延時(shí)橋_到_從+d2·鄰近率比主_到_橋·鄰近率比橋_到_從

圖2示出基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)20，包括主時(shí)鐘1和監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11。網(wǎng)絡(luò)20還包括三個(gè)節(jié)點(diǎn)12、13、14，其用作網(wǎng)絡(luò)20內(nèi)的橋和/或開(kāi)關(guān)。節(jié)點(diǎn)15是重要數(shù)據(jù)發(fā)送者。

不言而喻，網(wǎng)絡(luò)20僅是示例網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，通常存在更多節(jié)點(diǎn)，且具體地存在不發(fā)送重要數(shù)據(jù)的設(shè)備或節(jié)點(diǎn)，且存在接收重要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)或設(shè)備。

圖3示出其中橋和/或開(kāi)關(guān)12、13、14已經(jīng)接收來(lái)自主節(jié)點(diǎn)1的同步報(bào)文3的狀況。此外，橋和/或開(kāi)關(guān)12、13、14已經(jīng)將其內(nèi)部時(shí)鐘調(diào)整到主時(shí)鐘。

如圖3中所示，橋和/或開(kāi)關(guān)12、13、14現(xiàn)在將同步狀態(tài)報(bào)文16傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11，以便通知監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11關(guān)于橋和/或開(kāi)關(guān)12、13、14現(xiàn)在已經(jīng)根據(jù)主時(shí)鐘調(diào)整了其內(nèi)部時(shí)鐘的事實(shí)。如圖1中所描述的，橋和/或開(kāi)關(guān)12、13、14也負(fù)責(zé)將同步報(bào)文3從主時(shí)鐘1轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰或隨后的節(jié)點(diǎn)，因此使得這些節(jié)點(diǎn)也能夠調(diào)整其內(nèi)部時(shí)鐘以及向其相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間信息。

圖4示出其中節(jié)點(diǎn)15也將其內(nèi)部時(shí)鐘調(diào)整到主時(shí)鐘1的參考時(shí)間的狀況。其現(xiàn)在向橋和/或開(kāi)關(guān)12和14發(fā)送同步狀態(tài)報(bào)文17，橋和/或開(kāi)關(guān)12和14相應(yīng)地將這些同步狀態(tài)報(bào)文17轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11。

圖5示出其中監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)20內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)接收同步狀態(tài)報(bào)文16和17的狀況。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11現(xiàn)在將網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18至少傳輸?shù)街匾獢?shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)15。如圖5中所示，網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18經(jīng)由橋和/或開(kāi)關(guān)12和14傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)15。

現(xiàn)在，發(fā)送重要數(shù)據(jù)的所有節(jié)點(diǎn)都被告知在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)20內(nèi)存在共同時(shí)間狀態(tài)的事實(shí)。因此，重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)15能夠現(xiàn)在開(kāi)始發(fā)送其重要數(shù)據(jù)。

所描述的方法的益處在于，一旦網(wǎng)絡(luò)具有共同時(shí)基，就告知重要數(shù)據(jù)的發(fā)送者，這意味著它們能夠在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)之后盡可能快地傳輸其重要數(shù)據(jù)。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，同步狀態(tài)報(bào)文16、17包括特定數(shù)據(jù)字段。具體地，能夠針對(duì)依賴(lài)于（reliedto）共同時(shí)基確立監(jiān)測(cè)的報(bào)文限定特定類(lèi)型的以太網(wǎng)幀。

同步狀態(tài)報(bào)文16、17的特定字段中的一些可以包括：

報(bào)文id：其可以被限定在三個(gè)比特位上。這些比特位指示數(shù)據(jù)包是同步狀態(tài)報(bào)文。值“001”可以是針對(duì)這種種類(lèi)的報(bào)文的id值。

狀態(tài)：該字段可以被限定在一個(gè)比特位上。如果該比特位被設(shè)定為“1”，則其示出已經(jīng)發(fā)送這種報(bào)文的節(jié)點(diǎn)已由于網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)而第一次調(diào)整其時(shí)鐘。

節(jié)點(diǎn)id：該字段可以識(shí)別已經(jīng)生成當(dāng)前同步狀態(tài)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)。該字段可包括六個(gè)字節(jié)，其代表發(fā)出節(jié)點(diǎn)的mac地址。

網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18也可以包括三個(gè)專(zhuān)用字段，比如：

報(bào)文id：該字段可以被限定在三個(gè)比特位上。其指示數(shù)據(jù)包是網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文。例如，“010”是針對(duì)這種種類(lèi)的報(bào)文的id值。

狀態(tài)：該字段可以被限定在一個(gè)比特位上。只要當(dāng)同步整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其就被設(shè)定為“1”。

節(jié)點(diǎn)id：該字段識(shí)別監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11，且被限定在六個(gè)字節(jié)上，且代表監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11的mac地址。

圖6示出共同時(shí)基監(jiān)測(cè)機(jī)制的可能實(shí)施例的流程圖。其在步驟100中開(kāi)始，其中，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)之后，同步報(bào)文和后續(xù)報(bào)文（如果網(wǎng)絡(luò)處于兩步驟模式中）從主節(jié)點(diǎn)1被傳輸?shù)饺鐖D1中所描述的網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在步驟101中，接收同步報(bào)文3和同步后續(xù)報(bào)文4的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均調(diào)整其內(nèi)部時(shí)鐘。

在步驟102中，已調(diào)整其內(nèi)部時(shí)鐘的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)然后向監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11傳輸同步狀態(tài)報(bào)文16、17。

在步驟103中，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11接收同步狀態(tài)報(bào)文16、17。

在步驟104中，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11接收同步狀態(tài)報(bào)文16、17，且等待直到網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均已傳輸其同步狀態(tài)報(bào)文。

在步驟105中，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)20中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收同步狀態(tài)報(bào)文16、17，且現(xiàn)在至少將網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18傳輸?shù)皆诰W(wǎng)絡(luò)上發(fā)送重要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。

在步驟106中，從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)11接收網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在開(kāi)始發(fā)送重要數(shù)據(jù)或至少能夠發(fā)送重要數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18也能夠被傳輸?shù)讲簧珊?或傳輸重要報(bào)文的節(jié)點(diǎn)。例如，這些網(wǎng)絡(luò)共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18也能夠被傳輸?shù)讲倏v重要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。具體地，如果網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都必須知曉網(wǎng)絡(luò)在啟動(dòng)之后第一次具有共同時(shí)基的事實(shí)，則共同時(shí)間狀態(tài)報(bào)文18可以被傳輸至網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)。