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IEEE1588時鐘-SYN2401介紹

淮南市彩票中心在哪里:IEEE1588時鐘在某航天集團投入使用

 二維碼 1003
發表時間:2017-09-15 16:47作者:小安來源:西安同步原創

三亚体育彩票中心 www.squzyp.com.cn 由我公司自主研發生產的IEEE1588時鐘在某航天集團投入使用。本文主要通過IEEE1588時鐘在本次航天集團中的實現應用,由此對IEEE1588時鐘的原理,組網模式,實現,高精度測試驗證等進行了詳細的說明。

本次IEEE1588時鐘投入設備為SYN2401PTP精密主時鐘,支持IEEE1588-2008協議,PTP V2的主時鐘(Grandmaster Clock),使用衛星作為時鐘參考源,擁有納秒級的時間傳輸精度,支持數千臺PTP從時鐘來實現精確的時間傳輸。

1、IEEE1588時鐘同步實現方案

本次IEEE1588時鐘的應用我們主要是根據航天集團在方案設計中,已集成了PTP系統的搭建工作。因此,在此次項目應用中,直接投入產生PTP的衛星同步時鐘,即可滿足本次的應用需求。

鑒于此項,我們考慮到整個系統上的配置,直接引用IEEE1588主時鐘設備投入到設備前端,即SYN2401PTP精密主時鐘作為前端設備,系統內其他殼接收IEEE1588時鐘協議的設備作為從時鐘,接收主時鐘發送的時間信息,系統應用拓撲圖如下所示:

IEEE1588時鐘應用拓撲圖

目前,常見的IEEE1588 時鐘同步節點的實現方案主要為,使用集成IEEE1588 時戳的功能。在分布式系統中,實現方式均可實現較優的同步精度,時間戳產生于以太網通信中的介質訪問控制層(mediaaccess controllayer,MAC),其時間戳產生精度受物理層(Physicallayer,PHY)路徑延遲不確定性的影響。

2、IEEE1588時鐘協議

IEEE1588時鐘基于IEEE1588協議,又稱精確時間同步協議(Precision TimeProtocol,PTP),即網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準IEEE1588 時鐘同步協議的基本構思是通過硬件和軟件的緊密耦合實現網絡設備(客戶機)內時鐘與主控機主時鐘的同步,從而實現亞微秒級的時間同步精度。在協議起草過程中主要參考以太網來編制,主要應用于以太網內的設備時鐘同步,但并不局限于以太網在其他網絡內同樣可以實現時鐘同步的功能。

3、IEEE1588時鐘時間同步原理

IEEE1588時鐘是主從時鐘之間周期性交換帶有時間戳(信息包發出或進入設備的本地時鐘時間)的報文,從時鐘由時間戳信息計算出主從時鐘鐘差與路徑延遲,從而校正從設備時鐘時間。一次主從時間同步的過程如下圖所示:

IEEE1588時鐘同步協議基本原理

PTP對時報文分為4 種,具體同步步驟如下(根據上圖標示解析):

同步指令(Sync),由主時鐘周期性向網內廣播同步報文發起同步過程并記錄下報文數據包發送的精確時間T1;

跟隨報文(Follow_up),主時鐘在發出同步指令后發出跟隨報文,將記錄下的時間戳T1 由跟隨指令廣播發出;

從設備接收到(Sync)時產生本地時間戳T2;

從設備返回延遲申請指令(Delay_Req),記下該指令發出時間戳T3;

主鐘收到延遲申請指令時,記下收到時間戳T4;

主時鐘在延遲回執(Delay_Resp)中返回從時鐘時間戳T4。

一個對時循環結束后,從時鐘便獲取了T1、T2、T3、T4 4 個時間信息,假設通信信道為對等信道,即T_MS(主端口到從端口信道時延)T_SM(從端口到主端口信道延遲)相等由以上兩式即可求的主從時鐘鐘差,主從時鐘路徑延遲,從時鐘按修正完成一次同步循環。

4、IEEE1588時鐘模型

IEEE1588 時鐘同步協議中由于結構與功能的差異,將設備時鐘分為3 種不同的設備模型:

  邊界時鐘(Boundary Clock:一般具有2 個以上端口,各端口充當不同的主從結構,但只允許至多一個端口充當從時鐘,可在多個端口充當主時鐘同時對多個從時鐘進行同步對時;

 普通時鐘(Ordinary Clock:僅具有一個端口,一般充當系統中頂層主時鐘或用戶機種直接供用戶使用的底層鐘;

 透明時鐘(Transparent Clock:不具備時鐘功能,僅交換報文,對事件報文附加入與出透明時鐘的時間,作為延遲橋記錄報文停留時間,作為交換機,通過其特殊功能消除報文在交換機內中轉、排隊時間對同步精度的影響。

5、IEEE1588時鐘組網方式

IEEE1588 時鐘協議標準符合TCP/ IP協議,不具備PTP協議處理功能的交換設備并不阻止PTP協議的運行,中轉設備的時延不確定性會對同步精度造成不同程度的影響。在PTP時鐘同步過程中會先運行最佳主鐘算法(Best Master Clock,BMC),確定時鐘狀態,從而確定子網絡中的主鐘。整個系統中的最優時鐘為最高級時鐘(Grandmaster Clock,GMC),有著最好的穩定性、精確性、確定性等,保證子網內時鐘精確同步。

PTP時鐘同步系統依托于現有以太分組網絡,無需重新布置網絡,節約成本??閃榛畈賈檬敝油澆詰?,當節點對于時間同步精度需求降低時,可更換為普通節點。在網絡數據流量大、同步精度要求高的節點到主鐘之間的路徑,可應用透明時鐘交換機,以保證同步精度,不影響其他網絡功能的實現,在其他路徑仍可使用普通交換機,大大降低成本、與地域性限制,同時滿足網絡中不同節點的同步精度需求。

6、IEEE1588時鐘同步節點硬件結構

IEEE1588時鐘同步節點硬件設計,如圖所示:

IEEE1588時鐘同步單元設計方案

微處理器(MCU)進行數據處理,協議運行,外設控制等功能;物理層芯片通過MII接口與MCU 進行通信,轉換數據格式使之符合以太網通信協議要求;網絡變壓器處理物理層芯片輸出的信號,調整信電平到標準電平。節點依靠外部串口數據與1PPS信號同步到上層授時設備。

IEEE1588時鐘同步節點軟件結構,如圖所示:

IEEE15888時鐘硬件圖

7、IEEE15888時鐘同步方案驗證

IEEE1588時鐘同步單元背靠背同步精度驗證方案,如圖所示:

IEEE1588時鐘同步精度背靠背驗證方案

測試系統由一根5 m 以太網線直接連接兩個同源IEEE1588 時鐘同步節點,使用通用時間間隔計數器,在室溫條件下記錄2000 次主從時鐘1PPS時間間隔,觸發電平為1.26V,實驗結果表明子時鐘與網絡服務器間背靠背同步精度優于50 ns。

IEEE1588 時鐘同步精度單跳實驗驗證IEEE1588 同步單元單跳同步精度驗證方案如下圖所示:

兩個IEEE1588 時鐘同步節點均由5 m 以太網線連接至交換機,使用通用時間間隔計數器,在室溫條件下記錄1600次主從時鐘1PPS時間間隔,觸發電平為1.26 V,結果表明子時鐘與網絡服務器間單跳同步精度優于1 us。

8、結束語

IEEE1588 時鐘同步技術同步精度高、組網便捷、可依附于現有以太網絡,在網絡通信的同時實現分組網中任意節點時間同步,使之非常適合應用于同步精度要求高、應用范圍廣的航天,通信、自動化控制系統內。

隨著現代通信技術的發展,時間同步需求的增加,IEEE1588 時鐘同步技術將獲得更廣泛的應用。由于此項目有部分保密性,具體名稱不便透漏。

我公司對IEEE1588時鐘已掌握成熟的技術,生產的設備也已經大量投入于市場中,如有此方面的需求,歡迎致電我公司業務咨詢洽談。

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