IEEE1588時間同步技術在網絡化測控系統中的應用研究

王明昌

摘 要： 隨著網絡通信技術的發展，數據傳輸網絡化已經成為測控通信系統發展的必然趨勢。網絡化的測控通信系統對于時鐘同步有著嚴格的要求，選擇合適的時鐘同步協議，滿足測控通信中時間同步的設想，使之成為新時期網絡測控系統中起關鍵作用的技術；以IP網絡實現測控系統數據傳輸為基礎，探討了幾種時鐘同步技術在網絡環境下應用的優缺點，并著重研究了IEEE1588時鐘同步協議的實現原理及其在網絡測控系統中實現時鐘同步的方法。

關鍵詞： IEEE1588 時間同步 測控系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0000-00

0 引言

隨著信息網絡通信技術的迅猛發展，數據傳輸網絡化已經成為測控系統新的發展方向。由于測控通信系統對于數據傳輸的實時性、精確性、穩定性要求非常嚴格，所以現代科技對時鐘同步更高，即要求時間上不僅要精確，更要一致。將時鐘同步技術運用與測控結點，可以避免因時鐘不同步而帶來的時空無法正確銜接對應的弊端。時鐘同步理念運用于從空通信系統的重要意義即在于（1）及時接收信息，進而對該信息進行合理的解釋；（2）使測控系統的各項設備能夠更好的協調配合工作。

1 網絡化測控系統時間同步協議的選擇

目前，我國采用的時鐘同步技術主要有三種，分別是網絡時間同步協議（Network Time Protocol，簡稱NTP），全球定位系統（Global Position System，簡稱GPS）、北斗時鐘同步和IEEE1588精確時間同步協議（Precision Time Protocol，簡稱PTP）。下面我們通過闡述各種技術的主要特點，以供因材選擇需要使用的技術。

1.1 NTP技術，從名稱即可知其與網絡有關，它的主要特點在于不僅成本低，而且可靠性強，但是不足之處在于精確度不高，僅能達到1-50ms（因特網）、0.1ms（局域網）毫秒級的精確度。

1.2 GPS技術在國家發展建設的各個領域都發揮了巨大的作用，其主要特點在于不僅能夠24小時實時自動測量，而且能夠實現集測量距離、定位空間、定位時間三功能于一體的高標準技術。另外，GPS具有高精度的技術，其精確度可達到10～100ns的納秒級別。這種高精度的技術，也對外在適用條件即衛星能見度方面作出了高標準的要求，硬件設施方面還需要安裝接受衛星信號的各種設備，因此其適用場合有限。

1.3 IEEE1588精確時間同步協議PTP技術具有計算量相對較小，能夠快速定位時間，相關配置維護工作也相對簡單，低成本等特點。該技術與NTP都是與網絡有關的時鐘同步協議，但這種技術比NTP的精確度更高，可以與GPS相媲美，而且不需要連接與衛星相關的設備。該項技術支持邊界時鐘和透明時鐘，支持這兩種時鐘可以使PTP技術避免由與網絡相關的設備限制網絡覆蓋面問題的發生。

綜上所示，IEEE1588協議技術在時間同步方面較NTP、GPS更具優勢，具有在各個場合實現時間同步測控的功能。

2 IEEE1588協議（PTP）原理和系統組成

2.1 原理

IEEE1588技術需要通過偏差測量和延時測量兩個階段實現時鐘同步。下面分別介紹這兩個階段的運行原理：偏差測量階段的功能在于盡量修正或消除主從時鐘的時間差。用來修正主時鐘和從屬時鐘的時間差。該階段在修正時間偏差的過程中，主時鐘一般每秒（時間可根據需求設定）發布同步信息，并且在發布的同時記錄時間。如圖1所示，假設首先主從時間分別為Am、As，在Bm的時間點，主時鐘發送C時間同步信息，并且記錄C時間同步信息發布的時間Bm。在Bs的時間點從屬時鐘接收到C時間同步信息，并且記錄C時間同步信息發布的時間Bs。其次主時鐘通過D信息發送準確時間，根據公式將計算出從屬時鐘收到D信息與主時鐘的時間差。最后，依據計算出的偏差將當地的時鐘調整成語設備相同的時間即可完成時間同步的工作。

2.2系統組成

IEEE1588協議系統是按照一定的結構網絡分布的，該系統中的邏輯單位是域，主從時間的同步在域設備中進行。設備的主從同步端口由實時時鐘組成，主端口在下面，從端口在上面。系統中的時鐘頻率由高級主時鐘決定。PTP系統中的設備較多，主要包括普通、邊界、端到端透明、對等透明時鐘等。

PTP系統運作的方式主要有兩種，分別為純軟件方式、硬件輔助方式兩種。，根據時間戳產生的方式的不同，分為純軟件方式和硬件輔助方式。前者沒有硬件的輔助，僅僅使用軟件完成時間同步需要的所有功能，最終因演示抖動產生時間差，時間同步的精度不高。而硬件輔助方式則是由軟件、硬件統統協調，達到高精度時間同步的目標。

3 IEEE1588的測控系統時間同步功能實現

IEEE1588協議通過外置模塊實現測控系統的時間同步，在外置模塊的主導下，系統時鐘與主機達到時頻同步的節奏，即在時間、時間單位、頻率、相位等方面主從時間都相同。系統工作方案見圖2：

4結束語

信息網絡技術的高速發展，帶動著測控系統的更新與變革，網絡化已經成為發展趨勢。時間同步是各測控設備的關鍵技術。只有使網絡測控設備提供的時間同步，才能夠使設備的測控結果精確，為測控結果的正確性提供有力的保障。本文通過比較各種同步技術的特點，最終鎖定，IEEE1588協議，關鍵在于其具有高精確度、適用場合廣泛、定位時間迅速、系統工作程序簡單易操作等優點。該技術在網絡化測控系統中的應用，在測控系統時間同步方面實現了新的突破，將對我國測控系統的網絡信息化發展具有劃時代的意義。

參考文獻

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