一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與延遲補(bǔ)償方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與補(bǔ)償方法。該方法可以作為在網(wǎng)絡(luò)中信息發(fā)送者向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個(gè)指定終端設(shè)備發(fā)送信息或指令時(shí)，信息送達(dá)同步問題的一種解決方案和機(jī)制。本發(fā)明專利技術(shù)通過指定的硬件授時(shí)時(shí)鐘機(jī)制，為終端設(shè)備提供高精度的時(shí)鐘同步信息，包括如下具體內(nèi)容：所發(fā)明專利技術(shù)精準(zhǔn)時(shí)間信息獲取機(jī)制，用于為各終端中的應(yīng)用層程序提供精準(zhǔn)時(shí)間信息獲取接口；信息傳輸同步方法包括網(wǎng)絡(luò)延遲觸探和估計(jì)方法，用于對全網(wǎng)內(nèi)各終端設(shè)備的信息傳輸延遲進(jìn)行估計(jì)，并得到各終端的網(wǎng)絡(luò)延遲量；動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送隊(duì)列機(jī)制，用于實(shí)際抵消信息在發(fā)送至各終端時(shí)的延遲，獲得同步。本發(fā)明專利技術(shù)可用于在工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的控制信息發(fā)送模塊中，為其信息同步送達(dá)提供技術(shù)支撐。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸
，具體涉及一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與延遲補(bǔ)償方法。
技術(shù)介紹
工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的控制指令，一般采用一臺控制終端或者信息發(fā)送終端，向系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)指定的多個(gè)信息接收終端發(fā)送信息或控制指令的方式實(shí)現(xiàn)。但在軟件層，系統(tǒng)與系統(tǒng)、應(yīng)用與應(yīng)用之間的信息傳輸卻因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲、路由分發(fā)以及系統(tǒng)調(diào)用消耗等因素使得信息(指令)在傳遞時(shí)產(chǎn)生了延遲(毫秒級)，致使各個(gè)終端設(shè)備接收到信息的時(shí)間難以同步。由于在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)的同步性上存在了缺口，系統(tǒng)各終端在接收到指令后的操作上存在了一定的延遲和不同步，尤其是系統(tǒng)軟件層面未做到真正的全網(wǎng)內(nèi)各個(gè)終端操作的同步。同時(shí)，在工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中指令控制方面，尤其是對各終端在指令接收之后的操作同步具有一定要求的情況下，一般的指令發(fā)送和傳輸方法存在明顯的不足和缺陷。如何利用一定的機(jī)制和方法來抑制或者消除這種延遲帶來的非同步性，對工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的軟件層同步控制具有重要意義。為此本專利技術(shù)提出了一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與補(bǔ)償方法，來對因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲、路由分發(fā)以及系統(tǒng)調(diào)用等因素引起的信息傳輸延遲進(jìn)行補(bǔ)償，在各系統(tǒng)軟件層面實(shí)現(xiàn)指令操作的同步性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于如何在網(wǎng)絡(luò)中，針對信息發(fā)送者向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)指定多個(gè)設(shè)備發(fā)送信息時(shí)的信息送達(dá)同步問題提出了一個(gè)解決方案和機(jī)制。該方案機(jī)制主要通過搭建全網(wǎng)內(nèi)高精度的硬件時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)，以及動(dòng)態(tài)延遲補(bǔ)償發(fā)送隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸在各接收終端處的同步性，為在工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的控制信息同步送達(dá)提供了基礎(chǔ)支持。為了抵消或者補(bǔ)償因網(wǎng)絡(luò)延遲、傳輸?shù)葞淼膽?yīng)用層級指令操作的不同步，本專利技術(shù)搭建了一種高精度時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸同步方法，來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的指令操作同步性，主要包含以下幾個(gè)特征：(1)高精度硬件時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(局域網(wǎng))中，通過搭建一臺授時(shí)服務(wù)器，向全網(wǎng)范圍內(nèi)提供基于局域PTP(IEEE1588-2008)的授時(shí)對時(shí)信息。同時(shí)，其余各聯(lián)通節(jié)點(diǎn)通過接受對時(shí)信號完成本機(jī)時(shí)鐘板卡硬件的時(shí)鐘信息同步更新。精準(zhǔn)時(shí)間信息獲取機(jī)制。在該系統(tǒng)環(huán)境下，各個(gè)終端設(shè)備通過應(yīng)用層的API接口，可獲得PTP時(shí)鐘同步卡于硬件層同步的精確時(shí)鐘信息。其為系統(tǒng)級以及應(yīng)用層級別的操作獲取精準(zhǔn)時(shí)間提供了高精度的硬件支持。(2)網(wǎng)絡(luò)延遲觸探和估計(jì)方法。全網(wǎng)內(nèi)通過一臺信息發(fā)送服務(wù)器，利用建立信息發(fā)送機(jī)制，向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息接收終端發(fā)送指令等信息，其中包含多臺交換機(jī)進(jìn)行信息跳轉(zhuǎn)。該方法利用信息發(fā)送服務(wù)器發(fā)送觸探信息，對網(wǎng)絡(luò)中個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觸探，獲得整個(gè)全網(wǎng)內(nèi)信息傳輸在各節(jié)點(diǎn)處的時(shí)間量，并估算出各終端的網(wǎng)絡(luò)延遲量，并在信息發(fā)送服務(wù)器中對各終端的延遲量進(jìn)行維護(hù)。(3)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送隊(duì)列機(jī)制。該機(jī)制中，信息發(fā)送服務(wù)器針對各信息目標(biāo)終端通過設(shè)置不同的提前量來抵消各終端在網(wǎng)絡(luò)、軟件層等相關(guān)操作中產(chǎn)生的延遲，對其進(jìn)行補(bǔ)償，規(guī)避信息傳輸產(chǎn)生的延遲因素，獲得系統(tǒng)在各接收終端處的指令操作同步性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)中系統(tǒng)整體流程的示意圖圖2是本專利技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制的流程示意圖圖3是本專利技術(shù)中信息發(fā)送隊(duì)列的發(fā)送示意圖圖4是本專利技術(shù)中迭代修正誤差過程示意圖具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本專利技術(shù)。需要特別提醒注意的是，在以下描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本專利技術(shù)的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。在本專利技術(shù)中，包含基于高精度時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的全網(wǎng)內(nèi)高精度的時(shí)間信息獲取機(jī)制以及信息傳輸同步方法，下面分別進(jìn)行介紹：(1)高精度時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)環(huán)境1)通過在普通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，引入高精度時(shí)鐘卡硬件，同專用授時(shí)網(wǎng)絡(luò)，搭建一種全網(wǎng)內(nèi)時(shí)鐘同步的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。其需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上通過PCI插槽，接入PTP(IEEE1588-2008)時(shí)鐘同步板卡，與授時(shí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。在授時(shí)服務(wù)器中，利用授時(shí)程序，通過PTP對時(shí)接口向各對時(shí)終端發(fā)送授時(shí)信號。設(shè)備授時(shí)采用廣播方式實(shí)現(xiàn)，由授時(shí)服務(wù)器以一定的頻率向外廣播至授時(shí)專用網(wǎng)絡(luò)。各對時(shí)終端接收到指定的授時(shí)信息號后，通過本機(jī)程序進(jìn)行解析，并進(jìn)行對時(shí)操作。2)各節(jié)點(diǎn)上搭載的終端子系統(tǒng)，其通過API調(diào)用獲得板卡相關(guān)信息，包括精確的時(shí)間數(shù)據(jù)信息。其中時(shí)鐘板卡所提供的精準(zhǔn)時(shí)間精確度為納秒級別。(2)信息傳輸同步方法主要通過網(wǎng)絡(luò)觸探、延遲量估計(jì)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各終端的網(wǎng)絡(luò)延遲量；通過發(fā)送隊(duì)列調(diào)整和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)調(diào)整實(shí)現(xiàn)了各終端在接收信息的同步。系統(tǒng)整體流程如圖1所示，其具體步驟如下：1)網(wǎng)絡(luò)觸探利用系統(tǒng)授時(shí)時(shí)鐘卡對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送授時(shí)同步信號，獲取各個(gè)信息發(fā)送環(huán)節(jié)的精確時(shí)間，進(jìn)一步推斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)延遲狀況。網(wǎng)絡(luò)觸探步驟如下：i.觸探信號發(fā)送信息發(fā)送服務(wù)器以廣播的形式向網(wǎng)絡(luò)中各終端發(fā)送指定信號，同時(shí)利用自身的同步時(shí)鐘板卡獲取精準(zhǔn)的發(fā)送時(shí)間點(diǎn)send_TimeStamp。ii.信號送達(dá)記錄各終端通過廣播端口接收到觸探信號，立即通過時(shí)鐘板卡硬件獲取精準(zhǔn)的信號送達(dá)時(shí)間點(diǎn)receive_TimeStampX(X，表示各終端節(jié)點(diǎn)的編號，可以以任意形式表示，例如阿拉伯?dāng)?shù)字)。iii.信號反饋記錄各終端接收到觸探信號之后，向信息發(fā)送服務(wù)器發(fā)送反饋信息，同時(shí)獲取該時(shí)刻時(shí)鐘板卡的時(shí)間信息feedbackS_TimeStampX。其中各終端的反饋信息包含receive_TimeStampX和feedbackS_TimeStampX封裝至反饋信息中。iv.觸探信號記錄信息發(fā)送服務(wù)器接收到各終端節(jié)點(diǎn)的反饋信息后，一次記錄其收到該反饋信息的時(shí)間點(diǎn)feedbackR_TimeStampX。然后將這三組時(shí)間點(diǎn)信息和send_TimeStamp進(jìn)行記錄，分別存儲在三個(gè)時(shí)間信息隊(duì)列中。觸探過程如圖2所示。2)延遲量估計(jì)通過網(wǎng)絡(luò)觸探過程，信息發(fā)送服務(wù)器可以通過send_TimeStamp和receive_TimeStamp消息得到自身到各個(gè)終端網(wǎng)絡(luò)傳輸中的時(shí)間消耗send_consume，稱為發(fā)送傳輸消耗。Xi為各終端編號通過feedbackS_TimeStamp和feedbackR_TimeStamp，可以得到各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)到信息發(fā)送服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的時(shí)間消耗feedback_consume，稱為反饋傳輸消耗。然后通過計(jì)算發(fā)送傳輸消耗隊(duì)列和反饋傳輸消耗隊(duì)列各自的平均值，得出傳輸、反饋的平均消耗時(shí)間，然后計(jì)算出各個(gè)設(shè)備相對平均消耗所偏差的延遲時(shí)間量，記為發(fā)送傳輸偏差send_offX和反饋傳輸偏差feedback_offX，并得出各設(shè)備的偏差offX。假設(shè)全網(wǎng)內(nèi)到的終端設(shè)備的數(shù)量為device_number。最后，通過計(jì)算各設(shè)備發(fā)送和反饋兩者的均值，即offX，然后得到均值最大到的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并以其的時(shí)間為基準(zhǔn)，計(jì)算出各設(shè)備節(jié)點(diǎn)相對延遲時(shí)間最長的節(jié)點(diǎn)的時(shí)間偏差，得到各設(shè)備的延遲量估計(jì)隊(duì)列delay_TimeX(其中延本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與補(bǔ)償方法，其特征在于，包括全網(wǎng)內(nèi)高精度的時(shí)間信息獲取機(jī)制以及信息傳輸同步方法：(1)、所述高精度時(shí)間信息獲取機(jī)制，用于為各終端中的應(yīng)用層程序提供精準(zhǔn)時(shí)間信息獲取的編程實(shí)現(xiàn)接口。(2)、所述信息傳輸同步方法用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)同步達(dá)到各終端節(jié)點(diǎn)，包括網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制和延遲量估計(jì)方法和發(fā)送隊(duì)列機(jī)制。所述網(wǎng)絡(luò)延遲觸探和估計(jì)方法，用于對全網(wǎng)內(nèi)各終端設(shè)備的信息傳輸延遲進(jìn)行估計(jì)，并得到各終端的網(wǎng)絡(luò)延遲量。2.1)、網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制用于獲取各個(gè)信息發(fā)送環(huán)節(jié)的精確時(shí)間信息，進(jìn)一步推斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)延遲狀況，包括信號發(fā)送模塊、信號送達(dá)記錄模塊、信號反饋記錄模塊和觸探信號記錄模塊。信號發(fā)送模塊用于記錄信息發(fā)送時(shí)間點(diǎn)；信號送達(dá)記錄模塊用于記錄各終端接收信息時(shí)間點(diǎn)；所述信號反饋記錄模塊用于記錄發(fā)送反饋信號時(shí)間點(diǎn)；觸探信號記錄模塊用于記錄接收反饋信息時(shí)間點(diǎn)。2.2)、延遲量估計(jì)方法延遲量估計(jì)方法包含對于各終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸消耗的計(jì)算、各終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸消耗偏差值和延遲量的估計(jì)算法。2.3)、發(fā)送隊(duì)列調(diào)整機(jī)制發(fā)送隊(duì)列調(diào)整機(jī)制用于對信息在信息發(fā)送服務(wù)器中根據(jù)延遲量對各個(gè)終端設(shè)備動(dòng)態(tài)的發(fā)送指定信息，包括發(fā)送隊(duì)列、高效線程池、動(dòng)態(tài)信息發(fā)送線程和動(dòng)態(tài)定時(shí)器。發(fā)送隊(duì)列用于維護(hù)各終端設(shè)備的發(fā)送信息，包含發(fā)送地址、發(fā)送信息、發(fā)送延遲量等。所述高效線程池用于保證各發(fā)送線程的操作同步性。動(dòng)態(tài)信息發(fā)送線程用于以單播的形式向指定終端設(shè)備發(fā)送信息。動(dòng)態(tài)定時(shí)器用于動(dòng)態(tài)的維護(hù)發(fā)送線程的運(yùn)行時(shí)間，按照定時(shí)器的指定數(shù)值觸發(fā)發(fā)送線程進(jìn)行發(fā)送操作。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高精度傳輸同步與補(bǔ)償方法，其特征在于，包括全網(wǎng)內(nèi)高精
度的時(shí)間信息獲取機(jī)制以及信息傳輸同步方法：
(1)、所述高精度時(shí)間信息獲取機(jī)制，用于為各終端中的應(yīng)用層程序提供精
準(zhǔn)時(shí)間信息獲取的編程實(shí)現(xiàn)接口。
(2)、所述信息傳輸同步方法用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)同步達(dá)到各終端節(jié)點(diǎn)，
包括網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制和延遲量估計(jì)方法和發(fā)送隊(duì)列機(jī)制。所述網(wǎng)絡(luò)延遲觸探和估
計(jì)方法，用于對全網(wǎng)內(nèi)各終端設(shè)備的信息傳輸延遲進(jìn)行估計(jì)，并得到各終端的網(wǎng)
絡(luò)延遲量。
2.1)、網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制
網(wǎng)絡(luò)觸探機(jī)制用于獲取各個(gè)信息發(fā)送環(huán)節(jié)的精確時(shí)間信息，進(jìn)一步推斷整個(gè)
網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)延遲狀況，包括信號發(fā)送模塊、信號送達(dá)記錄模塊、信號反
饋記錄模塊和觸探信號記錄模塊。
信號發(fā)送模塊用于記錄信息發(fā)送時(shí)間點(diǎn)；信號送達(dá)記錄模塊用于記錄各終端
接收信息時(shí)間點(diǎn)；所述信號反饋記錄模塊用于記錄發(fā)送反饋信號時(shí)間點(diǎn)；觸探信
號記錄模塊用于記錄接收反饋信息時(shí)間點(diǎn)。
2.2)、延遲量估計(jì)方法
延遲量估計(jì)方法包含對于各終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸消耗的計(jì)算、各終端設(shè)備網(wǎng)
絡(luò)傳輸消耗偏差值和延遲量的估計(jì)算法。
2.3)、發(fā)送隊(duì)列調(diào)整機(jī)制
發(fā)送隊(duì)列調(diào)整機(jī)制用于對信息在信息發(fā)送服務(wù)器中根據(jù)延遲量對各個(gè)終端
設(shè)備動(dòng)態(tài)的發(fā)送指定信息，包括發(fā)送隊(duì)列、高效線程池、動(dòng)態(tài)信...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王佳昊，史殿岳，李潤超，錢立權(quán)，謝櫻姿，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51