一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法

技术领域

本发明涉及时间同步技术领域，具体涉及一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法。

背景技术

精确时间协议(Precision Time Protocol，PTP)是目前广泛应用于时间同步技术的网络对时协议，具有成本低、精度高、部署灵活的特点，以在主从设备之间交互发送同步报文获取时间戳的方式，计算主从设备之间的偏差，修正从时钟从而实现时间同步。运用PTP协议的前提是假设通信链路上下行时延相等，实际上大部分传输网络链路都是不对称的，直接应用PTP协议会影响时间同步精度。

如何解决PTP同步中存在的网络传输非对称时延问题，实现PTP精确时间同步是目前的研究热点。现有的解决方案有测量计算主从时钟之间通信链路的非对称时延差值，采用滑动均值等方法对主从时钟偏差进行补偿计算。该方法实现简单，但实际上网络通信链路时延会受到通信网络的当前网络流量、网络速度以及网络跳数的影响，上述补偿方法不能有效提高PTP同步精度。

相比于网络层的输入输出均采用标量形式的传统神经网络，胶囊网络中胶囊层的输入输出采用向量的形式，可以深度挖掘数据内部特征，用较少的训练数据就可以获得较高的模型准确率。因此，将胶囊网络运用在时间同步技术领域，采用更加精确可靠的方法修正PTP同步，可以进一步提高时间同步精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法，通过已知的PTP同步历史数据构建和训练胶囊网络的非对称时延差值预测模型，从而预测非对称时延差值，补偿修正PTP同步中主从偏差的计算，解决PTP同步中存在的网络传输非对称时延问题。

本发明采用的技术方案：一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法，所述方法分为两个阶段：PTP同步测试阶段和PTP同步阶段，具体步骤如下：

PTP同步测试阶段：

S1、测量计算非对称链路传输时延差值的精确历史数据，同时采集主从时钟之间通信的网络流量、网络速度、以及网络跳数历史数据；

S2、对基于步骤S1得到的历史数据进行处理，构建基于胶囊网络的非对称链路传输时延差值T

PTP同步阶段：

S3、主从时钟发送PTP同步报文，基于历史数据和同步阶段采集的新数据输入胶囊网络T

S4、上一同步周期的预测值T

进一步地，所述步骤S1中，获取非对称链路传输时延差值T

在主从时钟两侧同时配置GPS/北斗卫星信号处理插件，在PTP同步测试阶段，主从时钟交互发送PTP同步测试报文，以主从时钟两侧的卫星对时信号为基准获取PTP协议的4个时间戳t

由式(1)得到主时钟到从时钟的链路传输时延T

T

由式(2)得到从时钟到主时钟的链路传输时延T

T

由式(3)计算得到不对称链路传输时延差值T

T

在多个同步测试周期中计算T

进一步地，所述步骤S2中，构建非对称链路传输时延差值T

将步骤S1中采集得到的主从时钟之间通信的网络流量、网络速度、网络跳数历史数据以及T

进一步地，所述步骤S2中，胶囊网络T

(1)步骤S2中将经过处理的网络流量、网络速度、网络跳数历史数据输入模型，使其依次通过两层卷积层，提取数据内部的初级特征，并将其调整成向量形式送入初级胶囊层；

(2)初级胶囊层对数据内部的初级特征向量进行处理，得到数据内部的高级特征向量，使用动态路由算法将其送入数字胶囊层；

(3)数字胶囊层对数据内部的高级特征向量进行处理，输出预测向量，送至Flatten层进行“压平”处理；

(4)Flatten层对数字胶囊层输出向量进行“压平”处理，送至全连层输出预测结果，从而得到非对称链路传输时延差值预测值T

(5)将预测值T

进一步地，所述步骤S4中，计算主从时钟之间的时间偏差offset的修正值，具体如下：

以PTP同步系统为时标获取PTP协议的4个时间戳t

完成PTP同步修正。

本发明的有益效果：本发明的方法通过测量计算非对称链路传输时延差值的精确历史数据，同时采集主从时钟之间通信的网络流量、网络速度以及网络跳数历史数据，构建基于胶囊网络的非对称链路传输时延差值预测模型，主从时钟发送PTP同步报文，基于历史数据和同步阶段采集的新数据输入胶囊网络预测模型，预测得到非对称链路传输时延差值并与同步周期内记录的时间戳共同计算主从时钟之间的时间偏差修正值，完成PTP同步修正。本发明的方法使用胶囊网络预测模型，收敛速度更快、数据特征表达能力更强、预测精确度更高，提高了PTP同步校正精度，充分考虑网络流量、网络速度和网络跳数对网络非对称时延的影响，提高非对称时延预测的准确性。

附图说明

图1为本发明的一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法的流程图。

图2为本发明实施例中PTP同步测试阶段T

图3为本发明实施例中胶囊网络T

图4为本发明实施例中胶囊网络T

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种预测非对称时延的PTP精确时间同步方法流程图，所述方法分为两个阶段：PTP同步测试阶段和PTP同步阶段，具体步骤如下：

PTP同步测试阶段：

S1、测量计算非对称链路传输时延差值的精确历史数据，同时采集主从时钟之间通信的网络流量、网络速度、以及网络跳数历史数据；

S2、对基于步骤S1得到的历史数据进行处理，构建基于胶囊网络的非对称链路传输时延差值T

PTP同步阶段：

S3、主从时钟发送PTP同步报文，基于历史数据和同步阶段采集的新数据输入胶囊网络T

S4、上一同步周期的预测值T

在本实施例中，所述步骤S1中，获取非对称链路传输时延差值T

在主从时钟两侧同时配置GPS/北斗卫星信号处理插件，在PTP同步测试阶段，主从时钟交互发送PTP同步测试报文，以主从时钟两侧的卫星对时信号为基准获取PTP协议的4个时间戳t

由式(1)得到主时钟到从时钟的链路传输时延T

T

由式(2)得到从时钟到主时钟的链路传输时延T

T

由式(3)计算得到不对称链路传输时延差值T

T

在多个同步测试周期中计算T

在本实施例中，所述步骤S2中，构建不对称链路传输时延差值T

将步骤S1中采集得到的主从时钟之间通信的网络流量、网络速度、网络跳数历史数据以及T

如图3所示，胶囊网络T

在本实施例中，所述步骤S2中，胶囊网络T

(1)步骤S2中将经过处理的网络流量、网络速度、网络跳数以及T

(2)初级胶囊层对数据内部的初级特征向量进行处理，得到数据内部的高级特征向量，使用动态路由算法将其送入数字胶囊层；

(3)数字胶囊层对数据内部的高级特征向量进行处理，输出预测向量，送至Flatten层进行“压平”处理；

(4)Flatten层对数字胶囊层输出向量进行“压平”处理，送至全连层输出预测结果，从而得到非对称链路传输时延差值预测值T

(5)将预测值T

在本实施例中，所述步骤S4中，计算主从时钟之间的时间偏差offset的修正值，具体如下：

以PTP同步系统为时标获取PTP协议的4个时间戳t

完成PTP同步修正。

下面以第n个同步周期为例，进一步说明步骤S3和步骤S4：

(1)主从时钟发送PTP同步报文，采集第n次PTP同步主从时钟之间通信的网络流量、网络速度、网络跳数，与上述三者的历史数据作为步骤S2所构建好的胶囊网络T

(2)以PTP同步系统为时标获取PTP协议的4个时间戳t

从而完成PTP同步修正。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。