基于ISO/IEC/IEEE 8802-1AS广义精确时间协议的时间同步仿真方法

以太网是目前应用最广泛的局域网技术,应用于众多工业领域的实时以太网都面临着数据传输的实时性和确定性的需求。目前在分组网络中应用最广泛的是由IEEE 1588定义的精确时钟同步协议(Precision Time Protocol,PTP),其主要原理是通过一个同步信号周期性地对网络中所有节点的时钟进行校正同步,使分布式网络内的所有时钟与最精确的时钟同步,可以达到亚微米级别的时间同步精度。ISO/IEC/IEEE 8802-1AS基于IEEE1588定义的精确时钟同步协议提出了一种广义精确时间同步协议(generalized precision time protocol,gPTP),用于时间敏感网络中设备时钟的定时和同步,其同步原理与PTP一致。本文通过建立仿真模型对比验证gPTP的同步精度更高。本文首先分析了广义精确时间同步协议的消息同步、传播和转发过程,其次提出了一种对广义精确时间同步协议进行时间同步仿真的方案。通过INET架构和分析gPTP时钟同步协议的基础上,在OMNeT++上对PTP和gPTP协议进行了物理层和MAC层上的信息建模与系统建模,从而仿真了PTP和gPTP的时钟同步过程,实验结果表明gPTP的时钟同步误差范围更小,验证了gPTP相对于PTP在时钟同步方面的优越性。

基于精确时钟协议的多时钟源时钟同步实现

精确时钟协议(precision time protocol,PTP)由网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准(IEEE 1588)定义,借助网络通信和本地计算等技术实现分布式系统中的高精度时钟同步。虽然PTP系统可以通过纯软件的方式在局域网络内实现亚微秒级的时钟同步,却难以满足对时钟同步性能有更高要求的通信传输网络。阐述了PTP协议的时钟同步机制,通过搭建实验平台对Linux PTP软件进行调试,基于GPS(global position system)/北斗多时钟源授时模块实现纳秒级的主从时钟同步,提升了系统的可靠性和安全性。为满足多种环境下针对PTP协议的网络时钟同步研究提供了参考。

精确时钟同步协议的以太网实现方法

基于IEEE1588标准,介绍了精确时钟协议的时钟类型与报文种类。分析了主、从时钟间采用同步报文实现时钟同步的机制,以及同步间隔与网络负荷、同步精度之间的关系,指出了同步紧随报文的作用和使用条件。给出了报文时间标记点在以太网中的准确定义、PTP子域到以太网多播地址之间的映射和PTP报文到以太网报文之间的映射,提供了精确时钟同步协议在以太网中实现的具体方法。

IEEE1588精确时钟同步技术

运载火箭测试发射控制系统采用VXI测试系统和光纤传输方案进行性能测试和信号传输,在一定程度上实现了测试过程的网络化,但是设备之间的同步能力比较差(达到毫秒级)。LXI采用IEEE1588精确时钟同步协议,其同步能力可以达到纳秒级,提高了测试系统中各个设备之间的时钟同步能力;对IEEE1588精确时钟同步协议进行研究,详细阐述体系结构和同步原理,最后对影响该协议同步精度的因素进行分析。

基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法

针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

IEEE1588v2高精度时钟同步协议的总体设计与实现

随着网络技术的发展,音频传输逐渐网络化,为保证音频数据传输的实时性,对异步的以太网提出了高精度的时间同步要求。而IEEE1588标准定义的PTP(Precision Time Protocol)协议正是为实现高精度时钟同步而制定的。本文系统地介绍了IEEE1588v2(第二版本的PTP协议)的原理,并从软件实现的角度给出了IEEE1588v2的总体设计。

嵌入式设备的精确时钟同步技术的研究与实现

为解决工业以太网中嵌入式设备之间时钟同步能力不足的问题,提出了IEEE1588协议在嵌入式设备中的应用方案。基于STM32F207IG处理器和ucos-II操作系统软硬件平台,首先移植并修改LwIP协议使其兼容IEEE1588协议,然后配置系统时间校准模式,将捕获的时间戳以增强型描述符的形式交于应用层进行时钟校正,采用频率漂移校正算法解决从时钟频率漂移的问题,使用秒脉冲信号测试时钟同步。实验测试表明,时钟同步精度约200ns,满足了大部分工业以太网的需求。

基于PTP的无线分布式测试系统时钟同步研究

时钟(PTP)的发布使得分布式测试系统时钟同步精度大大提高,让各个传感器、执行器以及其它终端设备能够共享同一时钟基准,并能够精确保证不同终端的时钟同步质量。该文提出了无线分布式测试系统的网络拓扑结构,阐述了PTP时钟同步的过程,分析了PTP时钟同步调节算法的改进。通过MATLAB仿真给出了无线分布式测试系统典型网络拓扑下的PTP时钟同步的精度性能,引入偏移估计和斜率补偿,进一步提高了时钟同步的精度。

IEEE1588精确时间协议的研究与应用

为了解决TD-SCDMA系统中无线基站NodeB与无线网络控制器RNC之间的时间同步技术问题,改变全球定位系统作为惟一解决方案的现状,研究了IEEE1588V1及IEEE1588V2技术原理,综合比较了已有的网络时间协议NTP、简单网络时间协议SNTP等时间同步技术,结果表明,IEEE1588具有更高时间同步精度,符合TD-SCDMA系统时间同步精度要求。根据目前电信网络体系,设计了基于现有网络并结合IEEE1588技术的组网方案。

面向测量与控制的精确时间同步实现方法

IEEE1588协议的不同实现方法对时间同步精度具有重要影响。该文分析了PTP引擎模块体系结构,实现PTP协议状态机、最佳主时钟算法、时钟变量算法、本地时钟同步算法,优化PTP报文发送与接收的控制过程。测试表明,该精确时间同步实现方法可使同步精度达到10微秒级,能有效满足测量与控制领域对时间同步的高精确度要求。

基于IEEE1588标准的电力调度通信网络时钟同步

针对目前电力调度自动化系统基于GPS传统对时方法的缺陷,提出了基于IEEE1588(IEC61588)标准的新对时方案,并指出在调度自动化系统中的发展方向。研究结果表明,该方案精度高、经济、安全、可靠,为智能电网建设提供了技术支撑。

嵌入式Linux下时钟同步系统的分析与实现

在对IEEE 1588网络精确时钟同步协议(PTP)详细分析的基础上,分析了相应的时钟同步模型和最佳主时钟选择算法。针对嵌入式L inux操作系统环境,具体设计了包括PTP协议引擎模块、PTP接收控制模块、PTP发送控制模块等主要模块的时钟同步模型,给出了相应的实现方案。实验结果较好地满足了时间同步的要求。

一类网络化控制系统的时延分析及时钟同步方法

针对如何保证精确的分布式时钟同步以实现预期的实时调度和控制问题,通过对一类基于全双工交换式以太网并采用总线型拓扑的网络化控制系统时延特征的分析,结合网络精确时钟同步协议,在分析了其可行性的基础上,给出了网络化控制系统时钟同步的设计及实现方法。

多总线平台一体化测试系统时钟同步和触发设计

随着现代被测对象复杂性的增加以及单一接口形式测试总线产品种类的限制,大多情况下必须要构建多总线平台一体化测试系统;然而不同接口形式的测试设备时钟同步和触发机制不同,多总线平台一体化过程中时钟同步和触发的统一是必须要考虑的问题;在提出了基于硬线的方式、基于PTP的方式以及混合方式三种时钟同步和触发设计的同时,以在研项目硬件设备为平台,对其性能进行了测试;结果显示,方案不同同步精度不同,基于硬线和PTP的方式最大同步偏差分别为50ns和523ns,可适用于不同的测试场景。

下一代高速铁路LTE-R时间同步网协议脆弱性分析

铁路无线通信系统时间同步网络,是保障行车安全和提高铁路运营效率的重要基础。针对下一代高速铁路LTE-R自身全IP化架构在使用精确时钟PTP时间同步协议过程中易受到ARP攻击的问题,提出基于随机Petri网(SPN)的LTE-R时间同步网协议脆弱性分析方法。建立了ARP攻击状态下LTE-R时间同步网协议脆弱性分析SPN模型;通过马尔科夫链同构的方法,得到ARP攻击下LTE-R三级时钟节点实施速率与PTP协议同步正常、异常之间的关系曲线;定量得到了影响LTE-R时间同步网协议脆弱性的关键因素。研究结果为GSM-R时间同步网络向LTE-R安全演进提供了一定的理论参考依据。

嵌入式SNMP代理的时钟同步功能实现

为提高应用于嵌入式SNMP代理中的同步时钟的性能,设计一种适用于代理的同步时钟。通过研究精确时钟同步协议,结合LPC1766开发板及DP83640以太网收发芯片,基于μC/OS-II操作系统,使用软硬件相结合的方法,使嵌入式SNMP代理具备了精确时钟同步功能。测试结果表明,该时钟较以往代理中的同步时钟在稳定性和精确度方面有明显提升。

基于PTPd2的精密时钟同步软件实现方法

针对软件实现方式在协议栈网络驱动层获取时间戳,易受协议栈延时和抖动影响导致同步精度较低的问题,提出一种精密时钟同步软件实现方法。基于开源代码PTPd2采用纯软件方式实现IEEE 1588协议,通过Linux系统的内核函数在网络驱动层获取报文时间戳,相比网络时间协议在应用层获取时间戳可有效避免协议栈的干扰,同时利用Wireshark抓包软件捕获报文经过介质访问控制(MAC)层的时间,在PTPd2中补偿报文从网络驱动层传输到MAC层产生的延时和抖动,提高了时钟同步精度。实验结果表明,当主-从时钟设备直接相连时,合理设置P、I值和同步周期并补偿出边界时间,时钟同步精度可达19μs,可满足大部分分布式控制系统的要求。

基于ARIMA-TCN混合模型的高速铁路时间同步方法

列控系统作为高速铁路的核心系统,保持其系统的时间同步对于行车安全至关重要。针对现有时间同步方法易受时变上下行传输时延、随机时钟跳变等影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于差分自回归移动平均-时域卷积神经网络(ARIMA-TCN)混合模型的高速铁路时间同步方法。首先,根据上下行链路传输速率的不对称比,建立高速铁路时钟的数学理论和实际观测模型。然后,使用拉依达准则识别处理跳变异常值,完成实际时间序列的预处理。再次,使用ARIMA模型平滑时间序列中不确定时延带来的噪声抖动,获得平稳的时间序列。最后,通过提出的注意力增强TCN模型进行预测补偿,完成时钟偏移的补偿校正。通过实验仿真,得到基站区间内位置、基站间距以及车速对高速铁路时间同步的影响性分析。实验结果表明:与对比方法相比,所提方法补偿后的均方根误差较最小二乘法减少了75%、较最大似然估计方法误差减少了44.4%,较BP神经网络方法误差减少了16.7%,验证所提方法具有更低的同步误差和更高的同步精度。

基于实时时钟方差算法的网络时钟同步

作为网络系统同步的重要参数,时钟方差表征了某时钟的稳定性特征。针对传统时钟方差计算方法在实时性和计算复杂度方面的不足,利用指数平滑的滞后特性,设计了自适应指数平滑算法,应用于时钟方差的计算,设计了时钟方差的实时计算算法。基于PTP协议V2版本,采用STM32F407微控制器作为核心,构建了以太网同步系统,实现了同步网络对环境变化的实时响应。通过软件仿真验证了算法的可行性,通过组网测试验证了实时时钟方差算法应用于PTP同步协议的优良性能。

局域网高精确时间同步方法及其在实时测控系统中的应用

PTP精确时间同步协议广泛应用于分布式网络系统中,本文针对实时测控网络系统中各种影响因素的特点,结合PTP协议时钟同步机制,提出了一种适用于网络环境下的高精准时钟同步方法,通过采用响应同步机制以及对测控数据进行处理,实现亚毫秒精度的时钟同步。