基于時鐘漂移率的時鐘同步及穩(wěn)定性分析.pdf

1、時鐘同步是分布式系統(tǒng)中的經(jīng)典問題之一，也是分布式計算中的核心技術之一。隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的迅猛發(fā)展，這個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)絡環(huán)境中，采用連續(xù)的時間戳通信模型和時鐘漂移率數(shù)學模型，提出一種新的時鐘調(diào)整策略，即采用擬合偏差方法進行時鐘調(diào)整的策略，從而實現(xiàn)系統(tǒng)中的從節(jié)點與參考節(jié)點之間的有效時鐘同步。實驗證明此方法不僅能夠有效克服網(wǎng)絡延遲和抖動對時鐘同步的影響，而且顯著提高了客戶端時鐘同步的穩(wěn)定性和安

2、全性。 連續(xù)時鐘同步問題一般分為兩類：外部時鐘同步和內(nèi)部時鐘同步。它們關鍵的不同就是看系統(tǒng)中是否存在著一個標準的參考時鐘。如果存在著這個標準參考時鐘，則此類問題一般稱為外部時鐘同步問題。本研究采用的就是外部時鐘同步。 但是，在外部時鐘同步的過程中，節(jié)點間時鐘同步的實現(xiàn)面臨著許多困難。首先，由于網(wǎng)絡傳輸?shù)难舆t及其他網(wǎng)絡中不可預測的原因，從節(jié)點與參考節(jié)點之間的偏差量會存在偶然過大的情況，因此一臺計算機不能使用一個遠程的即時時

3、間來同步時鐘。第二，由于漂移速度的影響，即使所有的時鐘可以在同一時間啟動，它們也不能保持同步。 另外，時鐘的漂移率也隨溫度和時鐘老化程度的不同而改變。隨著時間的流逝，兩個時鐘間的時間差也會發(fā)生變化。最后，在時鐘同步問題中，一個非常重要的關鍵點是如何有效提高客戶端的時鐘同步穩(wěn)定性?；谝陨蠁栴}，本研究采用了連續(xù)的時間戳通信模型來建立時鐘運行精度差的統(tǒng)計學模型。這種連續(xù)時間間隔的應用比采用即時時間間隔的應用具有更好的精度，因為整個模

4、型是建立在大量的數(shù)據(jù)采集基礎上的，而且個別數(shù)據(jù)的錯誤或丟失也不會影響整個系統(tǒng)模型的正常運行。 在連續(xù)的時間戳通信模型的基礎上，本研究采用本地節(jié)點的時間信息和來自于參考時鐘服務器的時間戳信息構(gòu)造了時鐘偏差趨勢方程，并利用線性擬合方法建立了時鐘漂移率數(shù)學模型。通過該模型可以獲得本地節(jié)點的時鐘漂移率，并利用此漂移率進行時鐘的調(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顯示時鐘同步延遲及偏差

5、趨勢曲線，并且可以使用即時偏差或擬合偏差進行時鐘調(diào)整。實驗結(jié)果證明，擬合偏差方法不僅能夠有效的避免偶然過大偏差值對時鐘同步的影響，而且還能夠進一步提高客戶端時鐘同步的穩(wěn)定性和時鐘的運行精度。與此同時，該方法對網(wǎng)絡傳輸性能較差環(huán)境下的時鐘同步也有很好的適應性，因此具有廣泛的應用前景。 本論文的主要目標就是從理論上進一步探討時鐘同步的原理和方法，并通過仿真試驗給出可行性解決方案。不論是網(wǎng)格計算，還是分布式計算和應用，精確的時鐘同步都