一种车载TSN时钟同步误差的测试方法技术

本发明专利技术提供了一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，包括以下步骤：启动应用；配置节点类型，确定主测试节点与被测节点；主测试节点发送时钟同步误差测试通知；被测节点生成随机因子，在每个测试周期内随机时刻发送反向同步报文以及携带报文发送时间给主测试节点；主测试节点接收各反向同步报文，记录报文到达时间，计算该被测节点与主测试节点的时间差；确定所有从时钟与主时钟的时间差，判断误差是否超出阈值。本发明专利技术有益效果：通过TSN网络中各节点的上位机应用，不需要外接设备就能进行时钟同步误差测试，实现简单方便；在测试时刻中引入随机性，测试时刻与时钟同步时刻完全无关，使得时钟同步误差测试更加真实客观。时钟同步误差测试更加真实客观。时钟同步误差测试更加真实客观。

【技术实现步骤摘要】
一种车载TSN时钟同步误差的测试方法


[0001]本专利技术属于车载通信
，尤其是涉及一种车载TSN时钟同步误差的测试方法。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶技术的进步，汽车朝着智能化、无人化、自动化方向不断发展，同时对车载网络内数据传输的实时性和同步性有着很高的要求。车载网络内各节点的时钟同步性能对于车辆安全驾驶、用户体验等方面有很大影响。摄像头、雷达等感知传感器的数据可以为自动驾驶决策提供依据，传感器数据融合要求各传感器与主时钟时间同步，同步误差过大将直接影响融合准确性，可能引发错误决策。此外，控制指令传输时各节点的时钟同步性能会影响指令执行的延迟时间，对于车辆控制至关重要，甚至影响到行车安全。
[0003]时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN)是一种可以基于车载以太网提供确定性和实时性数据传输的全新网络技术，而TSN的确定性传输是建立在精确的时钟同步基础之上的。IEEE 802.1AS就是时间敏感网络中用于实现精确时钟同步的协议，也就是广义精确时钟同步协议(Generalized Precision Time Protocol，gPTP)，能为网络实现精确时间的测量，满足一些应用苛刻的同步要求。gPTP协议定义的时钟同步机制包括最佳主时钟选取、时钟同步树生成、链路延迟测量、时钟频差校正等算法。
[0004]理论上，TSN网络内各节点在时钟同步后，所有节点的时钟同步精度会限定在一个很小的阈值之内，gPTP协议要求时钟同步误差在最大7跳的网络中不超过1微秒。但实际上，在具体实现中由于硬件设备等原因，从时钟并不能很好的跟随主时钟，各从时钟时间与主时钟并不会完全一致，因此需要研究时钟同步误差的测试方法，及时发现同步误差过大的异常情况。
[0005]现有的时钟同步误差测试方法主要分为秒脉冲法和网络报文法两大类。秒脉冲法要求主节点和从节点在同步时间的每整秒输出脉冲信号，不同节点输出脉冲的上升沿时间差就是同步误差。网络报文法则是在网络中通过节点发送带有同步时间的报文来计算同步误差。因为秒脉冲法一般需要使用示波器测量，只适用于实验室或小型网络，在车载环境中节点数量多且受到空间限制难以实现，所以车载TSN时钟同步误差更多考虑通过网络报文测试。
[0006]时钟同步误差测试结果与测试时刻的选取密切相关。在时钟同步过程中，主要通过主时钟节点发送的同步报文周期性校正从时钟时间。在从时钟每次进行时间同步后，误差趋近于0；而在每个同步周期内，随着时间的推移，由于存在时钟漂移等因素，从时钟相对主时钟的同步误差值会增加。由于时钟同步误差随同步周期的波动，若测试时刻在每个同步周期内的偏移相同，则不能体现真实的时钟同步误差。因此时钟同步误差测试方法需要采取措施将测试时刻与同步时刻解耦，客观反映真实误差大小。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，以解决上述问题，可以在车载网络各节点时钟同步后测试其时钟同步误差，及时发现时钟同步误差不达标的情况，保障TSN网络通信性能。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0009]一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，包括以下步骤：
[0010]S1、启动TSN网络时钟同步；
[0011]S2、配置节点类型，确定主测试节点与被测节点，在主测试节点应用中配置时钟同步误差测试周期和时钟同步误差阈值；
[0012]S3、开始进行时钟同步误差测试，主测试节点沿时钟树向所有被测节点发送时钟同步误差测试通知，时钟同步误差测试通知携带有时钟同步误差测试周期值；
[0013]S4、每个被测节点收到时钟同步误差测试通知后，读取时钟同步误差测试周期，在时钟同步误差测试周期上加上随机因子，在每个时钟同步误差测试周期内的一个随机时刻发送反向同步报文以及Reverse Follow_up报文；反向同步报文以及Reverse Follow_up报文在测试时钟域内沿逆向时钟树传输给主测试节点；
[0014]S5、复用IEEE 802.1AS协议的链路延时测量、同步报文转发与驻留时间记录、主从时钟频率比计算校正机制与相关报文；
[0015]具体为：在测试时钟域内时钟树每条链路上主端口定期发起链路延时测量，并计算相邻时钟频率比；桥接设备收到反向同步报文后在一定时间内转发出去，根据Reverse Follow_up报文携带的上一节点主从时钟频率比与本节点保存的邻居时钟频率比计算本节点的主从时钟频率比，将频差校正后的链路延迟和本节点驻留时间累加到Reverse Follow_up报文校正域中，以及将本节点主从时钟频率比写入Reverse Follow_up报文相应字段中；
[0016]S6、主测试节点收到各被测节点的反向同步报文后，记录报文到达时间，计算该被测节点与主测试节点的时间差；
[0017]S7、对于所有来自同一时钟同步误差测试周期内的反向同步报文，以主时钟时间为基准时间，确定所有从时钟与主时钟的时间差；若某个从时钟的同步误差值大于时钟同步误差阈值，生成该从时钟节点时钟同步误差过大的异常通知。
[0018]进一步的，在步骤S1中的启动TSN网络时钟同步包括以下步骤：
[0019]S11、通过最佳主时钟算法选举或静态配置的方法获得主时钟，划分时钟同步域并生成时钟同步树；
[0020]S12、主时钟、从时钟之间持续进行周期性的时钟同步操作。
[0021]进一步的，在步骤S2中的时钟同步误差测试周期的值大于时钟同步的周期。
[0022]进一步的，在步骤S4中的Reverse Follow_up报文为携带反向同步报文的发送时间的报文。
[0023]进一步的，在步骤S6中的被测节点与主测试节点的时间差公式为：
[0024]Δt＝t1+Correction+Pdelayj
’‑
t2[0025]其中，Pdelayj
’
为最后一段链路上相对被测节点时基的链路延迟度量，t2为主测试节点收到各测试节点的反向同步报文后，记录报文到达时间；t1为读取Reverse Follow_
up报文中的发送时间；Correction为校正域字段值；Δt为该被测节点与主测试节点的时间差。
[0026]进一步的，在步骤S7中的所述时钟同步误差测试周期值置为1ms。
[0027]进一步的，在步骤S7中的所述时钟同步误差阈值为1μs。
[0028]相对于现有技术，本专利技术所述的一种车载TSN时钟同步误差的测试方法具有以下优势：
[0029]本专利技术所述的一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，通过TSN网络中各节点的上位机应用，复用IEEE 802.1AS协议的部分机制和报文格式，不需要外接设备就能进行时钟同步误差测试，实现简单方便；且在测试时刻中引入随机性，测试时刻与时钟同步时刻完全无关，使得时钟同步误差测试更加真实客观。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、启动TSN网络时钟同步；S2、配置节点类型，确定主测试节点与被测节点，在主测试节点应用中配置时钟同步误差测试周期和时钟同步误差阈值；S3、开始进行时钟同步误差测试，主测试节点沿时钟树向所有被测节点发送时钟同步误差测试通知，时钟同步误差测试通知携带有时钟同步误差测试周期值；S4、每个被测节点收到时钟同步误差测试通知后，读取时钟同步误差测试周期，在时钟同步误差测试周期上加上随机因子，在每个时钟同步误差测试周期内的一个随机时刻发送反向同步报文以及Reverse Follow_up报文；反向同步报文以及Reverse Follow_up报文在测试时钟域内沿逆向时钟树传输给主测试节点；S5、复用IEEE 802.1AS协议的链路延时测量、同步报文转发与驻留时间记录、主从时钟频率比计算校正机制与相关报文；具体为：在测试时钟域内时钟树每条链路上主端口定期发起链路延时测量，并计算相邻时钟频率比；桥接设备收到反向同步报文后在一定时间内转发出去，根据Reverse Follow_up报文携带的上一节点主从时钟频率比与本节点保存的邻居时钟频率比计算本节点的主从时钟频率比，将频差校正后的链路延迟和本节点驻留时间累加到Reverse Follow_up报文校正域中，以及将本节点主从时钟频率比写入Reverse Follow_up报文相应字段中；S6、主测试节点收到各被测节点的反向同步报文后，记录报文到达时间，计算该被测节点与主测试节点的时间差；S7、对于所有来自同一时钟同步误差测试周期内的反向同步报文，以主时钟时间为基准时间，确定所有从时钟与主时钟的时间差；若某个从时钟的同步误差值大于时钟同步误差阈值，生成该从时钟节点时钟同步误差过大的异常通知。2.根据权利要求1所述的一种车载TSN时钟同步误差的测试方法，其特征在于：在步骤S1中的启动TSN网络时钟同步包括以下步骤：S11、通过最佳主时钟算法选举或静态配置的方法获得主时钟，划分时钟同步域并生成时钟同步树；S12、主时钟、从时钟之间持续进行周...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩光省，郑子健，郝晶晶，郑继翔，毛鸿霖，刘全周，李鸿鹏，王喜洋，郭梦雪，奚文霞，秦跃，陈思，马卓，
申请(专利权)人：中汽研天津汽车工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：