面向时隙光交换网络的纳秒级时间同步技术

随着互联网和通信服务的飞速发展,数据中心组网架构的研究重心由电交换转向光交换。由于光交换网络进行时隙交换之前需要同步时钟信号,时间同步的精度和稳定性是提升光网络性能的重要参数。提出基于FPGA实现的时间同步方案,与现有方案相比,该方案在降低了同步复杂性的同时具有更高的精度和稳定性。测试结果表明时间同步后的偏移量不超过2.56 ns,在不同光纤长度、运行时长和环境温度下的时钟抖动为皮秒级。

GNSS+1588v2高精度时间同步技术实现

5G高精度时间同步是作为5G基站建设的重要要求之一,但随着5G室内基站数量呈现几何级数增长,使用GNSS授时同步时钟势必会存在很多限制,比如容易受场地环境的影响无法获取卫星信号、GNSS接收机的成本突增,所以使用GNSS时钟同步技术不适合5G基站的大规模部署。文中提出一种基于OCTEON Fusion平台的GNSS+1588v2时间同步技术实现方案,其特点在于使用层次式同步,通过GNSS给一个时钟系统同步授时,被授时的时钟系统作为主时钟系统通过1588v2地面链路给下一级时钟系统授时,实现一个GNSS给多个基站同步授时。文中对现有的GNSS时钟同步授时进行分析,在此基础上提出一种基于OCTEON Fusion平台的GNSS+1588v2时间同步方案,在对此方案的同步精度和同步稳定性的测试中,时钟同步精度达到10 ns左右,同步稳定性达到10 ns以内。

干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题,提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架,在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点.首先,针对现有干扰观测器与时间同步稳定框架不兼容问题,设计有限时间同步干扰观测器;然后,利用比例保持特性设计有限时间同步编队控制器,并验证了所提控制方法的稳定性;最后,通过3艘无人艇编队进行仿真实验,实验结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.所提控制方法对有限时间同步控制需求的航海、航空航天和工业领域具有现实意义.

IPRAN网络下5G时间同步优化方案研究

针对5G基站采用GPS同步方式时成本高、安全性低等问题,提出一系列的解决方案。首先,用双模模块解决卫星授时的安全性问题。其次,采用有源功率分配和无源功率分配方案解决卫星天线安装受限问题,并降低建设成本。在无法安装卫星天线的情况下,采用1588v2技术在IPRAN接入环内部署主从时钟源。该方案可以满足100 ns的同步精度需求,并且可以大幅度降低5G时间同步的部署成本,对5G时间同步技术的优化和部署有一定的借鉴作用。

随机干扰下拓扑时变Kuramoto网络事件触发固定时间同步

本文针对一类网络拓扑时变且耦合通道存在随机干扰的Kuramoto型振子网络的同步问题,设计了事件触发机制下的固定时间控制算法.针对耦合网络的拓扑在切换中保持连通的假设,给出了一种具有多层结构的事件触发分布式控制策略,并能够抵消随机干扰对同步性能带来的负面影响.利用随机Lyapunov稳定理论和固定时间稳定性理论给出了达到实际固定时间相位同步的控制参数条件和同步调节时间的上界.另外,证明了所使用的事件触发机制在引入双曲正切函数之后不会产生Zeno现象,并给出了触发间隔的下界.同时,在推论中给出了本文提出的控制方法也可以应对振子耦合拓扑图不连通情况的结论.最后,通过两组具有不同噪声强度的仿真实验验证了理论分析结果.

非比例阻尼结构动态响应的时间同步分析

针对在结构动态响应采集过程中出现的时间异步问题,基于相位与时间的映射关系,通过计算动态响应之间的相位偏差估算其相对时滞;利用相位偏差的周期性缩小相对时滞的搜索范围,减少计算时间。同时,利用多阶模态的平均相位偏差解决因相位偏差周期性造成的相对时滞估算结果不唯一的问题;提出了一种非比例阻尼结构异步动态响应的时间同步算法;通过一个非比例阻尼结构模型的实测位移数据验证该算法的有效性,并在不同阻尼比大小的情况下与其他时间同步算法进行比较。结果表明:该算法无须假设比例阻尼,在阻尼比大小不同情况下均适用,且相较于其他算法具有较高的准确性。

基于局部检测信息的电力系统时间同步攻击定位方法

卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方法。首先,结合同步攻击特性构建了电力系统等效图及邻接矩阵。其次,结合线路两端攻击检测信息,利用广度优先搜索获取报警线路分割形成的各内部同步的区域子系统。再次,根据子系统是否两两相连分为简单情形和复杂情形;针对复杂情形,结合相角差偏差估计与同步子系统聚合将其转化为简单情形。最后,基于正常节点数量占优假设定位受攻击节点。IEEE 39节点系统测试表明,该方法在不同攻击下可有效定位攻击,可区分受不同攻击的节点,对微小攻击的定位能力强。

基于时间敏感网络的列车通信时间同步研究

[目的]列车通信网络中NTP(网络时间协议)的毫秒级精度,已日渐无法满足大流量和确定性传输的要求,同时现有研究局限于将PTP(精确时钟同步协议)应用于列车通信场景,而缺乏列车通信网络中的时间敏感网络时间同步研究,因此有必要进行相关分析。[方法]首先,结合列车通信网络中时间同步的研究现状,根据时间敏感网络同步协议分析了列车通信网络中的偏差和时延;其次,提出了时钟服务源故障和跳变情况下的冗余机制;最后,通过模拟时间同步过程,验证了冗余机制的效果。[结果及结论]时间敏感网络能较好地适用于列车通信网络中时钟服务源的时间同步,且其冗余机制能较好地避免时钟服务源的故障和跳变带来的同步误差。

列车全自动运行信号系统时间同步方案

[目的]时间同步是保证信号系统中各子系统协同联动的基础,其直接关系到列车的运营准点率和运行安全性,也是实现列车全自动驾驶的基础。因此,需对列车全自动运行信号系统的同步方案进行研究。[方法]介绍了时间同步设备在信号系统中的作用;提出一种信号系统时间同步方案,并对所提信号系统时间同步方案进行了说明。[结果及结论]所提时间同步方案为:信号系统的通信前置机通过网络从时钟系统获取统一时间源,且仅由通信前置机的主机提供时间服务;应用服务器作为客户端同步通信前置机的主机,且仅应用服务器主机作为服务端,为下一层设备提供时间服务;网关服务器和各终端设备同步应用服务器主机的时间,网关服务器主机作为时钟源为下一层设备提供时间服务;ATC(列车自动控制)车载设备和DCS(数据通信子系统)设备作为客户端,同步网关服务器主机的时间。所提方案对信号系统内部与外部采用不同的同步方式,避免外部时钟跳变导致内部信号系统跳变,确保了设备的时间同步精度,其时间同步精度可达毫秒级,保障了列车全自动运行的需求。

基于脉冲控制的四元数网络有限时间同步及应用

研究四元数网络有限时间同步问题.所考虑的网络节点状态、动力学以及耦合矩阵均为四元数结构.通过设计脉冲控制协议,保证耦合网络节点能够在有限时间实现同步,并给出相应的同步驻留时间.最后,给出数值仿真验证控制协议的有效性,并将所得同步结果应用于彩色图像的信息隐藏之中.

基于RT-thread的精确时间同步系统设计

分布式智能采集终端需要一致的时间基准,用于多种数据和事件的时间标记。为满足智能采集终端对高精度时间同步的需求,选择IEEE 1588精确时间同步协议实现时间同步;设计基于纯国产32 bit双核微控制器HPM6750和以太网收发器RTL8211FS(I)-VS的精确时间同步系统,选用国产开源嵌入式实时操作系统RT-thread操作系统,实现在物理层获取时间戳来运行IEEE 1588协议;构建测试平台对该时间同步系统进行主从时钟同步精度测试。测试结果表明,设计在物理层获取时间戳时达到的时间同步精度在±250 ns以内,与在数据链路层获取时间戳时达到±10μs的时间同步精度相比较,有效提高了时间同步精度,可广泛应用于对时间同步精度有较高要求的智能采集终端。

分布式高精度时间同步装置专利技术现状

目前,分布式高精度时间同步装置的产业化应用已经较为成熟,其主要应用于无线通信相关技术领域,近几年逐步扩展到其它领域,如物联网、车联网等。本文从专利视角分析分布式高精度时间同步技术,包括全球申请趋势、技术分布、重点申请分支布局方式等方面分析近年来全球分布式高精度时间同步专利技术整体概况,以期为行业发展提供技术情报支撑及研发方向调整布局。

5G-TSN系统下的高精度时间同步

第五代移动通信系统(the fifth generation communication system,5G)与时间敏感网络(time sensitive networking,TSN)集成的5G-TSN系统需要实现高精度的时间同步。为此,提出一种多波束联合的定时同步算法提高同步信号检测成功率,实现高精度5G-TSN时间同步。首先,根据多个波束间的时域关系计算波束间同步信号块的互相关的组合,求出期望作为门限值;然后,利用超过门限值的若干波束进行互相关叠加峰值计算最大峰值对应的时域索引,并完成主同步信号定时同步;最后,利用时频域结合地方式对传播时延进行估计以减少同步误差。仿真结果表明,采用基于多波束联合的定时同步算法,相比传统算法,相关峰值更加显著,能有效地提高定时同步成功率。

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。

电力二次设备时间同步测试系统的研制及应用

针对目前广泛应用的电力系统二次设备时间同步监测功能测试不便的问题,提出了一种自动调试的方法,设计了一种测试装置,模拟产生对时源信号的各种正常及异常变化场景,并依托该装置搭建了自动测试系统验证二次设备时间同步监测功能.测试系统由测试管理单元、时间同步测试单元和被测试单元组成,测试管理单元包含时间同步测试单元控制模块、IEC103/IEC104/IEC61850模块、NTP模块,时间同步测试单元控制模块主要提供人机接口,用于控制时间同步测试单元,时间同步测试单元输出IRIG-B正常及异常编码脉冲信号,模拟对时源信号的各种应用场景,测试管理模块通过NTP模块获取被测试单元的时钟信息,通过IEC103/IEC104/IEC61850获取被测试单元的SOE事件及设备的状态自检信息,对被测试单元的结果自动校核,生成测试报告,完成整个测试过程.该系统通过采用灵活的软件功能和高性能硬件接口保证对时的精度和测试便利性,解决了以往电力系统二次设备时间同步监测功能测试需要搭建复杂测试环境,且需要人工配合才能完成的弊端,全自动测试,应用方便,涵盖功能场景丰富,具备很高的实用性.

铁路时间同步网溯源及同步性能研究

铁路时间同步网是为铁路各通信子系统提供精确时间的重要支撑系统,其运行性能非常重要。针对铁路时间同步网及其3层固定结构以及移动列车时间同步节点,分析铁路时间同步网4种不同的溯源参考,并基于经过校准的全球导航卫星系统(GNSS)时间频率传递装置,设计了铁路时间同步网溯源监测方法,评估了铁路时间同步网中不同溯源源头可能造成的时间同步性能差异。针对铁路时间同步网现状,测量分析其现有性能能否对未来5G-R提供有效支撑具有重要意义。

基于频率纠缠源的高精度时间同步技术进展

为了进一步提高测绘导航领域的时间同步精度,研究论述可以突破标准量子极限的量子时间同步技术:概述频率纠缠源制备技术以及单光子探测技术的研究现状;并重点介绍基于不同量子时间同步协议的时间同步方案研究进展;最后对基于频率纠缠源的时间同步技术的发展趋势及其在测绘导航领域的潜在应用进行分析与展望。

基于光纤与可见光结合的短距分布式时间同步方案

针对局域分布式时间同步的需求,提出了一种基于光纤和可见光结合的短距分布式时间同步方案。融合了光纤时间同步高精度与可见光时间同步高灵活性的优势,设计了相应的时间同步端机,并进行了分布式实验。实验结果表明:当光纤链路长度为3 km时,光纤时间同步从端与光纤时间同步主端的3σ钟差优于448 ps,时间同步秒稳优于150 ps,万秒稳优于4 ps;当光纤链路长度为1 km、可见光链路长度为5 m时,可见光时间同步从端与光纤时间同步主端的3σ钟差优于1.8 ns,时间同步秒稳优于400 ps,万秒稳优于15 ps。

高光谱观测卫星高精时间同步方案设计与应用

为了满足星上高光谱相机、全谱段光谱成像仪、星敏感器等时间精度敏感仪器的高精度时间同步需求,高光谱观测卫星上设计了可适应多种精度需求的时间同步方案。对于系统时间,综合通过星地时差集中校时、均匀校时、GPS总线校时、GPS硬件秒脉冲校时等校时方法进行时间修正;对于终端用户,分别给出直接采用广播的进行本地时间修正的时间同步方法、采用广播及内部秒脉冲的时间同步方法、采用广播授时和不同秒脉冲校时方案的地面时间重建算法。利用在轨数据,对卫星星敏感器、全谱段光谱成像仪及可见短波红外高光谱相机的曝光时刻时间重建方法进行了应用说明,并对不同方法的时统误差进行了分析。

光纤网时间同步性能计量校准装置研制

为解决光纤时间传递系统中存在的远距离传递准确度低的问题,分析了环回法、双纤双向时间同步、双向波分复用、双向时分复用四种主流的高精度光纤时间传递方法的基本原理和技术特点,在此基础上研制了单信道时频传递装置。该装置采用电学相位补偿法实现频率传递同步,采用环回法与时分复用相结合的方法实现时间传递同步;使用1秒脉冲(Pulse Per Second,PPS)和100 MHz共同标记时刻信号,其中1 PPS作为时刻粗标记,100 MHz作为时刻细标记,实现高精度时间同步。经实验证明,单信道时频传递装置的不确定度约为13 ps,能够满足现有光纤时频同步网计量校准的要求。该装置在多级时间传递同步、光纤时频同步网计量校准等领域中具有广阔的应用前景,为建设高稳定性、高可靠性和高精度的授时体系提供了重要技术支撑。