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分布式节点的同步时钟管理

发布时间:2023-11-06 作者: 来源: 阅读量:0

[摘要]分布式节点的同步时钟管理模型由节点本地晶振,时钟同步电路和定时电路组成,是研究容错时钟同步的基础。分布式系统中节点的同步时钟管理功能由本地晶振,本地定时电路和时钟同步电路三部分共同实现。

分布式节点的同步时钟管理模型由节点本地晶振,时钟同步电路和定时电路组成,是研究容错时钟同步的基础。分布式系统中节点的同步时钟管理功能由本地晶振,本地定时电路和时钟同步电路三部分共同实现。

 

  晶振产生触发节点时间更新的脉冲是节点本地可识别的最小间隔,是时钟同步电路、本地定时电路和本地其他逻辑工作的基础。晶振的故障,或者精度较差必然会导致节点故障。本地定时电路根据本地晶振产生的晶振嘀嗒,通过分频产生本地的全局时间。本地定时电路产生的本地全局时钟是本地其他电路工作的基础。

 

  由于分布式节点的晶振存在漂移问题,因此不同节点产生的晶振嘀嗒间隔长度有差异,因此需要时钟同步电路周期性的产生修正信息,确保系统中所有节点产生的全局时间的偏差小于指定的阈值。

 

  安全关键系统必须使用容错的时钟同步电路。如果本地节点是正常的,即使系统中存在m个(m>0)故障节点,本地的时钟同步电路也必须产生正确的时钟校正信息。

 

  从时钟同步角度,本地时钟发生故障的原因有两个。一是本地节点无法正确的与其他节点进行同步消息交换;二是本地定时器产生的本地全局时钟信息与系统中其他在时钟同步上达成一致的正确节点间的全局同步时钟偏差大于δ

 

  市场上的晶振在质量和价格上差异很大。漂移率较小的晶振价格昂贵。通常计算机使用的晶振漂移为50-100ppm,而普通手表中使用晶振的漂移率为1ppm。如果使用漂移率为20ppm的晶振计时,每秒钟与标准时间的最大可能误差可达20us。如果两个晶振分别快20ppm和慢20ppm,那么两个20ppm晶振的1秒计时误差可达40us。可以证明,节点间最大时钟偏差时是漂移率和同步间隔的线性函数。如果节点的漂移偏差超过一个给定的精度范围,可认为节点时故障的。而低成本低质量的晶振更容易实现大的漂移,因此更容易造成节点的故障。

 

  晶振的漂移并不是一成不变的,随着器件老化、电压和环境温度的变化,晶振的漂移率也会变化。因此需要用算法动态的适应晶振的漂移,保证时钟的漂移偏差小于给定精度要求。如何利用较低质量的晶振实现一个高可靠,具有长期稳定性和高精准度的全局时基,是分布式时间同步研究的热点。

 

  时钟频率调整又称为时钟速率调整,是时钟同步逻辑计算本地定时电路中MT嘀嗒间隔与其他节点MT嘀嗒间隔的差值,通过修改分频器参数调整本地MT嘀嗒间隔,实现与其他节点的时钟同步。相比于相位调整,频率调整粒度更细,因此可以取得更好的效果。为了频率调整的精确性,分频参数可能不是整数,因此分频参数一般用有理数M/N表示,其中M和N为正整数。

 

  节点的同步时钟管理模型是对容错机制进一步分析的基础。采用部分高质量晶振与其他低质量晶振相结合的同步方式,通过算法设计,在保证同步精度的同时降低成本。采用相位调整与频率调整相结合的方式,获取较高的同步精度。


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