基于IEEE 802.1AS的多跳时钟同步算法与系统实现

针对现有IEEE 802.1AS协议中单一主时钟无法保障多跳网络下高精度同步的问题,提出一种基于多属性决策的冗余时钟同步方法.首先,基于链路拥塞程度、节点拓扑属性和时钟源质量系数对时钟属性值进行建模;其次,采用多属性决策算法选取最佳主时钟并生成冗余时钟序列表;最后,利用FPGA(Field Programmable Gate Array)平台设计并实现冗余时钟同步系统,同时搭建真实网络环境对所提方法进行测试.结果表明,相较于现有方法,时钟同步精度提升了68%,主时钟失效后重新同步所需收敛时间减小了60%.

一种高精度时频综合及守时方法

在现代信息化平台建设中,时频系统为平台提供统一的时频基准,其守时性能是平台各组成部分能否高效联动、稳定工作的关键因素.通过对频率基准源优选、多钟联合时频综合处理技术的分析和研究,提出了一种高精度时频综合及守时方法,设计了一种高精度时频综合及守时系统.通过优选铷原子钟作为频率基准源、基于多个铷原子钟的原子时综合和驾驭、同类源实时互比选择出最优主钟和备钟,提升系统守时性能并开展了与传统方法的比对试验,验证了该方法的可行性和有效性.

无主钟的自适应时频实时综合系统研究

海上卫星导航系统对于保障海上安全、提高航行效率、促进海洋经济发展以及提升国家海洋战略地位具有重要意义。海上卫星导航对高精度时间频率信号的需求非常高。基于氢钟和铯钟,研制了1套用于独立守时的时频综合系统。通过搭建实验系统,对原子时算法进行了检验。系统由本地综合装置与相位微跃计组成,改变了传统硬件结构,使用微跃计内高稳晶振作为参考源,可靠性得到了提高;系统实时观测并动态赋权重,无需人为干预信号频率,实现了自动化独立守时。采用自适应加权平均算法,使综合原子时兼顾钟组信号的频率稳定度和频率准确度,从而获得稳定可靠的高精度时间基准。实验结果表明:系统输出信号的秒稳定度达到4.41×10^(-13),天稳定度为4.33×10^(-16),自适应时频综合系统的可行性和可靠性得到了有效验证。

基于灰色预测容错时钟同步算法

针对分布式实时系统中无主式时钟同步存在时钟拜占庭故障和节点通信链路丢失故障的问题,文中提出一种基于灰色预测容错时钟同步算法。该算法基于广播式通信网络LL模型,使用GM(1,1)的灰色预测方法对前轮次的校正偏差值进行分析,从而预测出该节点在故障伦次中的校正偏差值,再通过计算得到修正值。实验结果表明,文中提出的灰色预测算法能够容忍拜占庭故障,同时可克服节点通信链路丢失故障带来的问题,提升了FTA算法的普适性。通过数据对比分析结果表明,该算法的时钟同步精密度相比于原始算法提高了24.3%;相较于其他算法,文中算法在复杂度上也有一定的优势。

基于节点自补偿的IEEE 1588时钟同步算法

为了解决无线传感器网络应用中节点时钟因各自频率与偏移不同步的问题,提高时钟同步的精度和收集到数据的时效性,提出了基于节点自补偿的IEEE 1588时钟同步算法。该算法在IEEE 1588协议中时钟同步的基础上引入主从节点补偿的理念,以主节点为全局中心,周边所有的从节点依据与主节点时钟间的Kalman最优估计差值进行自补偿,从而达到更高精度的同步。实验表明:经过补偿算法优化后的时钟偏移同步性能综合提升较大,同时同步后时钟系统更稳定,能量损耗低。

TSN中时间同步技术研究及实现

时间敏感网络(TSN)对在以太网上传输的时间敏感流进行确定性控制,保证了网络传输实时数据的能力。时间同步是TSN技术中的基石,保障了网络数据传输的实时性和确定性。首先对建立时钟同步生成树和选择最佳主时钟的过程进行介绍;然后对路径延迟时间计算的原理进行描述;进而重点论述了各节点中进行时间同步时的计算推导过程。最后探索了一种流量整型技术,通过一个实验展示了时间同步在TSN流量整型中的重要作用。

基于FPGA的高性能硬件EtherCAT主站研究

随着技术的不断进步,高端应用场合对EtherCAT主站的性能提出了越来越高的要求。传统的软件EtherCAT主站使用Windows或Linux操作系统实现,主站的性能和稳定性完全依赖操作系统的实时性,且主站的抖动一般为微秒级别,不能满足高端应用的需求;同时,传统的时钟同步算法以第一从站的时钟作为系统时钟,具有一定的局限性。对此,文章首先对目前EtherCAT主站研究的现状进行阐述;然后提出了一种基于FPGA的硬件EtherCAT主站方案以及一种基于FPGA主站时钟的DC同步算法,并对硬件EtherCAT主站实现的方法进行了描述;最后采用6台通用伺服驱动器作为从站设备,对主站系统进行了实验验证。实验结果表明,所设计的主站通信数据帧抖动仅为5 ns,且搭配本文所述的时钟同步算法,各从站间同步信号SYNC0中断实时同步,能满足各高端应用场景的需求;同时由于FPGA代码的可移植性,该主站可灵活应用于不同的硬件平台,具有很强的工程指导意义。

基于OCP的轻量级多主从跨时钟域片上总线设计

开放芯核协议(Open Core Protocol,OCP)总线可被应用于将IP核功能与接口解耦,实现IP核的即插即用。针对OCP连接到异步时钟域时的同步问题,改进设计了轻量化的同步接口,在同步化控制信息的同时降低了跨时钟域缓存数据导致的硬件消耗。为解决点到点的OCP总线的扩展性不足的缺陷,将设计的跨时钟域OCP总线部署于共享总线互联的高级高性能总线(AMBA High-performance Bus,AHB),实现了多主从多时钟域传输。仿真和验证表明,设计的改进跨时钟域OCP-AHB总线可以正确传输数据,可用于其他工作的快速部署。

供电远动系统时钟对时问题的影响及优化方案

随着高速铁路的不断发展,铁路供电系统稳定运行和快速应急处置的需求越来越强烈,同时也对供电远动系统运行分析水平的要求越来越高。各类告警、报文的准确性是进行快速故障判断和故障分析的基础。本文介绍了日常运行过程中供电系统时钟同步的作用及工作方式,分析了被控站时钟发生异常对调度主站产生的影响,并提出了相应优化方案。

精确时钟同步协议最佳主时钟算法

精确时钟同步协议(IEEE1588)是关于网络测量和控制系统的时间协议,可达到较高的网络对时精度,实现高精度的时间同步。最佳主时钟算法(BMC)是IEEE1588的最主要的核心技术之一,按IEEE1588协议进行时钟同步的系统通过运行最佳主时钟算法来选择系统中的主时钟,其他时钟全以主时钟作为参考进行时钟同步。分析了精确时钟同步协议最佳主时钟算法的组成、相关概念及原理,根据算法的原理和实际要求设计了最佳主时钟算法功能模块,在Linux下用C语言编写程序,实现了最佳主时钟算法,给出了模块的设计流程图,为测试模块的功能,设计了测试验证图。通过验证,所设计的程序能实现最佳主时钟算法。

基于IEEE1588的时钟同步技术研究

分布式测量控制系统的快速发展对时钟同步精度提出了更高的要求,IEEE1588协议是关于网络测量和控制系统的协议,可实现高精度的时间同步;深入分析了IEEE1588协议的最佳主时钟(BMC)算法原理和本地时钟同步主时钟的过程;提出了一种在物理层加盖时间戳的IEEE1588实现方案,提供了硬件设计方法,阐述了主从时钟的软件设计流程。在此基础上对主从时钟的同步进行了验证。实验证明:该方法是切实可行的,时钟同步精度可达亚微秒级;通过不同网络电缆长度的测试,证明该设计基本消除了固定网络延迟造成的影响。

汽车CAN系统精确时钟同步机制研究

高可靠、高精度的时钟同步机制对于汽车CAN网络安全运行有着重要影响。针对分布式汽车网络同步问题,引入4种特殊的报文帧,定量研究了同步帧传输的网络时延,给出了即时偏差与网络延时的测算方法;在此基础上,结合基于最小"相对即时偏差和"的主时钟协商选择方法,建立了支持主时钟选择的精确时钟同步机制。实验结果表明,该机制不仅具有较高的同步精度和可靠性,而且有效降低了同步网络开销,能够满足当今汽车的高实时性要求。

IEEE1588精密时钟同步关键技术研究

随着网络控制技术的发展,分布式控制系统对时钟同步精度提出了更高要求;以IEEE1588精密时钟同步标准为背景,阐述了高精度时钟同步机制和时钟校正原理,分析了IEEE1588协议的核心算法——最佳主时钟(BMC)算法和本地时钟同步(LCS)算法,同时从技术开发的角度对系统中同步精度的影响因素如时间戳的生成方式,网络的对称性等作了分析,并提出了一些减少干扰,提高系统时钟同步精度的改进方法。

基于精密时间协议的时钟同步技术

IEEE 1588协议的精密时间协议提供了一种网络控制系统中主从时钟交换报文达到时钟精准同步的有效方法。基于精密时间协议,在网络驱动中对时戳进行采集和处理,采用最佳主时钟算法选取网络主时钟对从时钟进行同步,使用Java语言和C语言混合编程实现软件网络时钟同步,并采用A llan方差公式对时钟性能进行描述。

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。

基于冗余时钟源的工业无线网络时钟同步方法

所有设备的时钟同步是大规模工业无线网络系统的重要问题.为了提高同步精度,提出了通过基于TPSN算法的冗余主时钟同步偏差线性反馈算法,实现在多次同步过程的累积误差反馈补偿.理论分析与实验结果均表明,该算法对工业无线网络时钟同步精度的提高有明显作用.

精确时钟协议的最优主时钟算法

IEEE1588标准是测量和控制领域的精确时钟同步协议,通过控制网络同步全系统设备的时钟。在不需要太多资源的情况下,能达到高精度的时钟同步;该协议规定了系统内只有一个主时钟,其他的设备的时钟都要和该主时钟同步,因此主时钟的选择好坏对于时钟的同步精度至关重要;文中研究了最优主时钟的算法思想、原理和组成,设计了实现最优主时钟算法的功能模块和方法,并使用测试系统对模块的功能进行了相应的仿真测试;实验结果表明,设计的功能模块能够轻松的选择到系统的最优主时钟,验证了最优主时钟算法的可行性和有效性,为精确时钟同步协议的进一步应用奠定了基础。

EPA网络控制系统时钟同步主时钟控制算法研究

为满足EPA网络控制系统时间同步的高精度要求,由EPA子网通讯确定性调度机制构建虚拟链路,建立基于时钟精度差的多层次主时钟选择算法。引入IEEE1588时钟变量σPTP,动态调整时钟精度偏差(CPD:Clock Precision Difference)与时间值偏差(TVD:Time Value Difference)为权重的时钟优先级(CP),建立一种二维模糊控制器确定设备时钟性能优劣层次,而系统采用公平竞争的方法从众多现场设备中快速、准确地决策一个时钟性能最好的设备作为EPA系统的最佳主时钟,保证了系统运行的稳定性,降低了本地时钟的波动,使时钟同步精度提高到50微秒。

IEEE1588精密时钟同步协议的分析与实现

LXI(LAN-based Extensions for Instrumentation)技术的提出进一步推动了测试测量领域的发展,基于IEEE1588精确时钟同步协议的时间同步触发是LXI B类仪器的一个主要特点。本文介绍了IEEE1588精密时钟协议,详细分析了其同步原理,并介绍了一种实现IEEE1588协议的方案,从时钟通过与主时钟交换报文获取时间戳,根据时间戳计算出与主时钟的时间偏差并对自己的时钟进行修正。最后对所设计的系统进行了测试,测试结果显示系统能实现时钟同步。

IEEE1588精确时间同步技术

IEEE1588定义的是网络化测量与控制系统精密时钟同步协议。本文详细介绍了1588协议,实现了基于DP83640的硬件方法同步,精度达到了±50ns,解决了大型装备远程控制、分布式测量的时钟同步问题。