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。

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。

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。

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。

基于卡尔曼滤波的Link-22数据链网络时间同步算法

为了维持网络正常运行,Link-22数据链所采用的时分多址接入协议必须要求高精度的网络时间同步,传统的RTT算法降低了系统的实时性,PTP算法增大了系统的网络负担,且2种算法都忽略了延迟抖动以及获取时间戳带来的误差,导致时间同步精度低。基于此,文中提出了一种基于卡尔曼滤波的RTT-PTP算法,该算法在不影响系统的实时性以及不增加网络开销的情况下,利用卡尔曼滤波有效地降低延迟抖动以及不同时间戳精度带来的误差。最后通过仿真验证新算法能够有效地提高系统的时钟精度。

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统,保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声,而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法:建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程;构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程;利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值;使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿;通过实验仿真,得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响,并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明:本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差,与其他补偿方法相比,具有更好的稳定性和鲁棒性。

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。

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。

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30 ns以内,同步偏差最低可达1.38 ns,验证了所提算法的优越性。

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。

以太网时间同步技术的研究进展及其应用

精确的时间同步是网络化测试和控制的一项关键技术。分析比较了几种主要的以太网时间同步协议,并重点介绍了IEEE 1588协议(精确同步时钟协议)如何实现以太网的时间同步,分析了该协议在武器装备领域的应用前景。

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。

电力全网时间同步系统组网思路探讨

随着智能电网的迅速发展,"广域保护"、"广域同步相量测量"等新兴业务的出现发展对电力全网时间同步提出了新的要求。传统的全球定位系统(global positioning system,GPS)时间同步系统已无法满足业务的需求,成为智能电网发展的瓶颈。为此,分析电力业务对时间同步的需求,给出电力时间同步系统存在的主要问题,并在此基础上提出全网时间同步的建设思路与组网结构,并对系统进一步的发展与研究的关键问题进行分析。

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。

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。

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。

1588时间同步技术在PON系统中的实现

介绍了IEEE1588时间同步技术实现的核心机制,分析了1588时间同步技术在PON系统中实现和应用中面临的问题,如频率同步、时间戳技术、最佳主时钟算法等相关问题。提出了在一种PON系统中实现1588时间同步技术的具体解决方案,得到的实验数据验证了该解决方案的可行性。

时间同步装置在不同网络环境下的性能研究

基于IEEE1588协议的时间同步装置(如时钟、工业以太网交换机、继电保护、测控、合并单元和智能终端等)越来越多地应用到智能变电站系统中,对其安全性和可靠性提出了更高的要求。有别于传统时间同步系统的专线方式,基于IEEE1588协议的时间同步装置处于局域网中,因此网络环境不可避免地会对装置的同步性能产生影响,装置也可能会受到来自网络的各种攻击。文章对基于IEEE1588协议的时间同步装置在不同网络环境下的性能进行了研究,为PTP时间同步装置的设计和应用提供了参考依据。

基于北斗GPS共视技术的机场站点高精度时间同步方法

基于北斗/GPS共视技术的机场站点高精度时间同步方法,其特征在于,采用北斗/GPS共视技术保证主站与从站间1PPS同步精度。所述方法包括:包括共视技术、高精度PTP(精确时间协议)、锁相环技术。设计了全功能、高精度核心时钟模块PTM(精密时间模块),可同时接收北斗/GPS卫星同步信号、PTP和1PPS(秒脉冲)等多参考时钟源,驯服高稳定时钟源,产生高稳定度低相位噪声的10MHz(或100Mz)正弦信号、高精度1PPS脉冲信号。实现机场分布式多点定位监视系统的中心接收站(主站)与辅助接收站(从站)之间高精度时间同步。