基于時(shí)鐘漂移率的時(shí)鐘同步及穩(wěn)定性分析.pdf

1、時(shí)鐘同步是分布式系統(tǒng)中的經(jīng)典問題之一，也是分布式計(jì)算中的核心技術(shù)之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，這個(gè)問題又被賦予了新的內(nèi)涵。本研究的目的就是在異步通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，采用連續(xù)的時(shí)間戳通信模型和時(shí)鐘漂移率數(shù)學(xué)模型，提出一種新的時(shí)鐘調(diào)整策略，即采用擬合偏差方法進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整的策略，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的從節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間的有效時(shí)鐘同步。實(shí)驗(yàn)證明此方法不僅能夠有效克服網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動(dòng)對(duì)時(shí)鐘同步的影響，而且顯著提高了客戶端時(shí)鐘同步的穩(wěn)定性和安

2、全性。 連續(xù)時(shí)鐘同步問題一般分為兩類：外部時(shí)鐘同步和內(nèi)部時(shí)鐘同步。它們關(guān)鍵的不同就是看系統(tǒng)中是否存在著一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考時(shí)鐘。如果存在著這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)鐘，則此類問題一般稱為外部時(shí)鐘同步問題。本研究采用的就是外部時(shí)鐘同步。 但是，在外部時(shí)鐘同步的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘同步的實(shí)現(xiàn)面臨著許多困難。首先，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t及其他網(wǎng)絡(luò)中不可預(yù)測(cè)的原因，從節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間的偏差量會(huì)存在偶然過(guò)大的情況，因此一臺(tái)計(jì)算機(jī)不能使用一個(gè)遠(yuǎn)程的即時(shí)時(shí)

3、間來(lái)同步時(shí)鐘。第二，由于漂移速度的影響，即使所有的時(shí)鐘可以在同一時(shí)間啟動(dòng)，它們也不能保持同步。 另外，時(shí)鐘的漂移率也隨溫度和時(shí)鐘老化程度的不同而改變。隨著時(shí)間的流逝，兩個(gè)時(shí)鐘間的時(shí)間差也會(huì)發(fā)生變化。最后，在時(shí)鐘同步問題中，一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)是如何有效提高客戶端的時(shí)鐘同步穩(wěn)定性。基于以上問題，本研究采用了連續(xù)的時(shí)間戳通信模型來(lái)建立時(shí)鐘運(yùn)行精度差的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。這種連續(xù)時(shí)間間隔的應(yīng)用比采用即時(shí)時(shí)間間隔的應(yīng)用具有更好的精度，因?yàn)檎麄€(gè)模

4、型是建立在大量的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上的，而且個(gè)別數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤或丟失也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)模型的正常運(yùn)行。 在連續(xù)的時(shí)間戳通信模型的基礎(chǔ)上，本研究采用本地節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息和來(lái)自于參考時(shí)鐘服務(wù)器的時(shí)間戳信息構(gòu)造了時(shí)鐘偏差趨勢(shì)方程，并利用線性擬合方法建立了時(shí)鐘漂移率數(shù)學(xué)模型。通過(guò)該模型可以獲得本地節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘漂移率，并利用此漂移率進(jìn)行時(shí)鐘的調(diào)整和穩(wěn)定性分析。 基于上述原理，本研究開發(fā)了NTP客戶端軟件。此軟件不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)鐘同步延遲及偏差

5、趨勢(shì)曲線，并且可以使用即時(shí)偏差或擬合偏差進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，擬合偏差方法不僅能夠有效的避免偶然過(guò)大偏差值對(duì)時(shí)鐘同步的影響，而且還能夠進(jìn)一步提高客戶端時(shí)鐘同步的穩(wěn)定性和時(shí)鐘的運(yùn)行精度。與此同時(shí)，該方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能較差環(huán)境下的時(shí)鐘同步也有很好的適應(yīng)性，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。 本論文的主要目標(biāo)就是從理論上進(jìn)一步探討時(shí)鐘同步的原理和方法，并通過(guò)仿真試驗(yàn)給出可行性解決方案。不論是網(wǎng)格計(jì)算，還是分布式計(jì)算和應(yīng)用，精確的時(shí)鐘同步都