IEEE1588时间同步技术在网络化测控系统中的应用研究.docx

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IEEE1588时间同步技术在网络化测控系统中的应用研究

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摘要：随着网络通信技术的发展，数据传输网络化已经成为测控通信系统发展的必然趋势。网络化的测控通信系统对于时钟同步有着严格的要求，选择合适的时钟同步协议，满足测控通信中时间同步的设想，使之成为新时期网络测控系统中起关键作用的技术；以IP网络实现测控系统数据传输为基础，探讨了几种时钟同步技术在网络环境下应用的优缺点，并着重研究了IEEE1588时钟同步协议的实现原理及其在网络测控系统中实现时钟同步的方法。

论文关键词：IEEE1588,时间同步,测控系统

随着信息网络通信技术的迅猛发展，数据传输网络化已经成为测控系统新的发展方向。由于测控通信系统对于数据传输的实时性、精确性、稳定性要求非常严格，所以现代科技对时钟同步更高，即要求时间上不仅要精确，更要一致。将时钟同步技术运用与测控结点，可以避免因时钟不同步而带来的时空无法正确衔接对应的弊端。时钟同步理念运用于从空通信系统的重要意义即在于（1）及时接收信息，进而对该信息进行合理的解释；（2）使测控系统的各项设备能够更好的协调配合工作。

1网络化测控系统时间同步协议的选择

目前，我国采用的时钟同步技术主要有三种，分别是网络时间同步协议（NetworkTimeProtocol，简称NTP），全球定位系统（GlobalPositionSystem，简称GPS）、北斗时钟同步和IEEE1588精确时间同步协议（PrecisionTimeProtocol，简称PTP）。下面我们通过阐述各种技术的主要特点，以供因材选择需要使用的技术。

1.1NTP技术，从名称即可知其与网络有关，它的主要特点在于不仅成本低，而且可靠性强，但是不足之处在于精确度不高，仅能达到1-50ms（因特网）、0.1ms（局域网）毫秒级的精确度。

1.2GPS技术在国家发展建设的各个领域都发挥了巨大的作用，其主要特点在于不仅能够24小时实时自动测量，而且能够实现集测量距离、定位空间、定位时间三功能于一体的高标准技术。另外，GPS具有高精度的技术，其精确度可达到10～100ns的纳秒级别。这种高精度的技术，也对外在适用条件即卫星能见度方面作出了高标准的要求，硬件设施方面还需要安装接受卫星信号的各种设备，因此其适用场合有限。

1.3IEEE1588精确时间同步协议PTP技术具有计算量相对较小，能够快速定位时间，相关配置维护工作也相对简单，低成本等特点。该技术与NTP都是与网络有关的时钟同步协议，但这种技术比NTP的精确度更高，可以与GPS相媲美，而且不需要连接与卫星相关的设备。该项技术支持边界时钟和透明时钟，支持这两种时钟可以使PTP技术避免由与网络相关的设备限制网络覆盖面问题的发生。

综上所示，IEEE1588协议技术在时间同步方面较NTP、GPS更具优势，具有在各个场合实现时间同步测控的功能。

2IEEE1588协议（PTP）原理和系统组成

2.1原理

IEEE1588技术需要通过偏差测量和延时测量两个阶段实现时钟同步。下面分别介绍这两个阶段的运行原理：偏差测量阶段的功能在于尽量修正或消除主从时钟的时间差。工商管理论文用来修正主时钟和从属时钟的时间差。该阶段在修正时间偏差的过程中，主时钟一般每秒（时间可根据需求设定）发布同步信息，并且在发布的同时记录时间。如图1所示，假设首先主从时间分别为Am、As，在Bm的时间点，主时钟发送C时间同步信息，并且记录C时间同步信息发布的时间Bm。在Bs的时间点从属时钟接收到C时间同步信息，并且记录C时间同步信息发布的时间Bs。其次主时钟通过D信息发送准确时间，根据公式将计算出从属时钟收到D信息与主时钟的时间差。最后，依据计算出的偏差将当地的时钟调整成语设备相同的时间即可完成时间同步的工作。

2.2系统组成

IEEE1588协议系统是按照一定的结构网络分布的，该系统中的逻辑单位是域，主从时间的同步在域设备中进行。设备的主从同步端口由实时时钟组成，主端口在下面，从端口在上面。系统中的时钟频率由高级主时钟决定。PTP系统中的设备较多，主要包括普通、边界、端到端透明、对等透明时钟等。

PTP系统运作的方式主要有两种，分别为纯软件方式、硬件辅助方式两种。，根据时间戳产生的方式的不同，分为纯软件方式和硬件辅助方式。前者没有硬件的辅助，仅仅使用软件完成时间同步需要的所有功能，最终因演示抖动产生时间差，时间同步的精度不高。而硬件辅助方式则是由软件、硬件统统协调，达到高精度时间同步的目标。

3IEEE1588的测控系统时间同步功能实现

IEEE1588协议通过外置模块实现测控系统的时间同步，在外置模块的主导下，系统时钟与主机达到时频同步的节奏，即在时间、时间单位、频率、相位等方面主从时间都相同。系统工作方案见图