基于網絡的數字信道時統傳輸研究

李治國（92124部隊，遼寧 大連 116000）

基于網絡的數字信道時統傳輸研究

李治國
（92124部隊，遼寧 大連 116000）

摘 要：本文針對目前數字信道B碼傳輸精度的問題，提出全新的基于IEEE1588協議的時統解決方案，既延續了IRIG-B帶來的優勢，又解決了高精度傳輸的問題。

關鍵詞：IRIG-B碼；IEEE1588協議；E1

隨著網絡通信技術的發展，時統系統中的IRIG-B碼所依賴的實線信道和載波信道逐漸被淘汰，如果繼續用目前的數字信道傳輸B碼對精度會造成較大的影響，特別是B碼體制在數字信道上的應用還存在一定的缺陷，為此我們提出B碼體制和網絡傳輸、數字信道傳輸相結合的時統方案。

1 新時統的基本組成

新時統采用了適應于網絡化測量和控制系統的精確時鐘同步協議（IEEE1588協議）和適應于E1信道傳輸的G.703協議來解決時間信息高精度傳輸的問題，時統設備主要由同步單元、中央處理器、用戶單元、頻標單元和電源組成，設備組成如圖1所示。

PTP是精確時鐘同步協議的簡稱。網絡中的主時鐘節點時間信息，通過報文傳遞到從時間節點，主從節點通過周期性的交換帶有時間標記的時鐘同步報文來測算出節點間的時間偏差，并采用適當的算法調整從節點的時間和頻率，從而達到時鐘的同步。

2 時間同步以太網組建

時間同步以太網組成如圖2所示。

時間同步以太網由中心站、分站、用戶三部分組成，中心站負責定時、校頻、生成標準時間和頻率，然后把標準時間和頻率傳輸給分站或用戶，時間傳輸的方法有三種：網絡傳輸，數字信道傳輸，音頻信道傳輸。中心站根據信道質量情況選擇傳輸方式。

3 用IEEE1588協議實現高精度時間同步

3.1 網絡傳輸時間不穩定原因分析

時間信息在網絡中傳輸時，傳輸時延可分為線路時延和協議時延兩部分。線路時延主要包括鏈路的傳輸時延和設備傳輸時延，鏈路的時延與線纜的長度有關；設備的時延會隨流量的變化而產生抖動，使時間在以太網上的傳輸具有不穩定性。

協議時延是由UDP時鐘同步報文發送時在TCP/IP協議模型下進行報文的逐層封裝和下傳，接收時報文的逐層拆封和上傳時產生的，其中操作系統的多任務和以太網的CSMA/CD介質訪問機制是產生時延抖動的主要原因。

網絡協議棧和操作系統響應時間的不確定性是影響時鐘同步精度的另一個重要因素，只有在以太網的物理層完成報文的時間標記才能有效的消除這些不確定性以獲得最佳的標記精度。

3.2 在以太網物理層對報文加蓋時戳的方案

以太網IEEE802.3協議規定在數據鏈路層中，數據幀的封裝、解封、發送和接收功能由媒體訪問控制子層（MAC）獨立完成，它的電路結構隨著傳輸介質和速度的不同有一定的差異。物理層可有效的屏蔽傳輸介質的差異，使網絡從MAC層向上看是無差異的。因此MAC層和物理層的接口也稱為介質無關MII接口。

MAC層和物理層的數據交換通過MII接口總線完成。MII總線以4位方式雙向傳輸數據，傳輸速率為網速的1/4，一般來說，網絡控制器已將MAC層和物理層電路集成在一起，無法獲取MII總線上的數據，但也有一些網絡控制器芯片允許外部陪接以太網物理層收發器芯片，這就使得我們可以很方便在物理層進行時間標記，如圖3所示。

IEEE1588協議棧的高層（應用層，傳輸層和網絡層）在設備內部由軟件實現，數據鏈路層則由外部的網卡芯片實現，物理層采用專用的以太網收發器芯片完成，采用FPGA設計時間戳處理單元，時間戳處理單元由同步報文檢測器和本地時鐘組成，從MII接口來的報文數據流進入報文檢測器，如檢測到符合條件的報文，則讀取本地時鐘的時間值標記報文然后將標記時間通過總線傳輸給控制單元，由于物理層電路對報文的傳輸時延很小且幾乎沒有時延抖動，因此可以得到較高的時間精度。

圖1 時統設備基本組成

圖2 時間同步網

圖3時間戳的實現

4 用E1接口實現精確時間同步

時統信號的數字傳輸終端主要把時統產生的B碼信號換成能適應數字信道傳輸的E1信號，數字信道傳輸到用戶端后再還原為B碼，供用戶選用。

時統信號數字傳輸終端，在發送端可以接收來自時統中心的三種信號，B （AC）碼信號，B（DC）碼信號和1PPS信號，其中如果接收的是B碼，那么可以把鐘面信息傳送到對端，如果接收的只是1個1PPS信號，那么只能把準時點發送到對端，在接收端，如果發送端發送的是B碼信號，那么可以同時送出準時的B （AC，DC）碼和1PPS三種信號，供用戶終端使用。

結語

新的時統系統采用模塊化設計，用戶可以根據不同的需要選用不同的模塊組合，并且與以前的設備在體制上完全兼容。

參考文獻

[1]童寶潤.時間統一系統[M].北京：國防工業出版社，2003.

中圖分類號：TN914

文獻標識碼：A