高精度时间同步方法技术

本发明专利技术提出一种高精度时间同步方法，该方法对传统IEEE 1588网络时间同步协议进行改进，在时间同步网络中任意两节点间引入周期性传输时间扰动，该扰动可以通过改变传输路径或收发端使用不同频率的时钟引入时钟相位扰动来实现。该方法可以消除多次同步结果误差的相关性，并进而通过统计平均的方法补偿引入的扰动量，降低由同步节点时钟分辨率不足导致的同步误差。本发明专利技术较现有IEEE 1588等传统时间同步方法有明显优势，能够实现纳秒级的时间同步精度。

【技术实现步骤摘要】
高精度时间同步方法
本专利技术涉及网络通信
，特别涉及一种高精度时间同步方法。
技术介绍
目前，实现纳秒级时间同步精度基本采用精确鉴相或类似技术，其硬件实现复杂，成本高昂，同步距离短，网络化难度大，短时间内难以实用于大规模网络时间同步系统。现有网络时间同步技术由于基于数字逻辑，其同步精度无法突破时钟分辨率，导致整体网络时间同步精度在亚微秒级或更低。此外，现有网络时间同步基于IEEE1588同步协议，其主从式的同步结构鲁棒性较低，同步路径中的上游节点或链路发生故障将影响下游节点的同步精度。一旦时钟源节点出现故障或被攻击，时间同步网将陷于瘫痪，网络抗毁性低。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种高精度时间同步方法，可以消除多次同步结果误差的相关性，并进而通过统计平均的方法补偿引入的扰动量，降低由同步节点时钟分辨率不足导致的同步误差，能够实现纳秒级的时间同步精度。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种高精度时间同步方法，包括以下步骤：S1：在时间同步网络中任意两节点间引入周期性传输时间扰动，定义节点i到节点j间引入的所述周期性传输时间扰动大小为时间t的函数fi,j(t)，且扰动的最大值大于或等于接收节点j的时钟周期Tj，其中，扰动周期为Pi,j，扰动在所述扰动周期内的均值为S2：所述节点i,j在进行时间同步时，两节点互相发送带有时间戳的消息，将节点i的消息发送时间、节点j的消息接收时间、节点j的消息发送时间和节点i的消息接收时间分别记录为t1,t2,t3,t4，并在一个所述扰动周期内，计算出记录的时间t1,t2,t3,t4的均值则节点j相对于节点i的时间修正量为另外，根据本专利技术上述实施例的高精度时间同步方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述周期性传输时间扰动大小为等差数列，扰动差值为d，表示为：fi,j(t)＝d·t,t∈[0,Pi,j)。在一些示例中，所述周期性传输时间扰动大小为随机数列，表示为：fi,j(t)＝random(t),t∈[0,Pi,j)。在一些示例中，所述时间同步节点发送脉冲与其它节点进行同步，发送脉冲与接收脉冲使用不同的时钟频率，其周期分别记为Ts和Tr，等效于在节点间引入所述周期性传输时间扰动，所述扰动的变化周期为Ts和Tr的最小公倍数，计算出扰动的均值后按照所述步骤S1至步骤S2的方法进行时间修正量计算。在一些示例中，还包括：定义ns,nr为Ts和Tr的最简整数比，即ns:nr＝Ts:Tr；定义i节点发出的第k个脉冲到达j节点的时刻与j节点接收时钟下一个上升沿间的时间间隔为则计算得到的时间修正量为：在一些示例中，进一步包括：通过选取Ts和Tr使得ns>>1,nr>>1时，所述时间修正量计算可以简化为在一些示例中，还包括：定义时间同步误差上限要求为Errormax，则需要通过频率选取满足如下不等式Tr/2nr<Errormax。在一些示例中，还包括：定义节点i的相邻节点集合{Ni}，{Ni}中共包含n个节点；计算节点i相对于每一个{Ni}中的节点j的时间修正量为Offseti,j,j∈{Ni}，则节点i最终的时间修正量为在一些示例中，还包括：定义故障等待时间阈值Fth，当节点i与其相邻节点j间通讯失效时间大于Fth时，认定节点i与节点j不再相邻，将节点j从所述相邻节点集合{Ni}中移除。根据本专利技术实施例的高精度时间同步方法，可以消除多次同步结果误差的相关性，并进而通过统计平均的方法补偿引入的扰动量，降低由同步节点时钟分辨率不足导致的同步误差，该方法较现有IEEE1588等传统时间同步方法有明显优势，能够实现纳秒级的时间同步精度。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的高精度时间同步方法的流程示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的高精度时间同步网故障处理状态机示意图；图3是根据本专利技术一个具体实施例的时间同步精度实验结果图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。以下结合附图描述根据本专利技术实施例的高精度时间同步方法。根据本专利技术实施例的高精度时间同步方法，包括以下步骤：步骤S1：在时间同步网络中任意两节点间引入周期性传输时间扰动，定义节点i到节点j间引入的周期性传输时间扰动大小为时间t的函数fi,j(t)，且扰动的最大值大于或等于接收节点j的时钟周期Tj，其中，扰动周期为Pi,j，扰动在扰动周期内的均值为步骤S2：节点i,j在进行时间同步时，两节点互相发送带有时间戳的消息，将节点i的消息发送时间、节点j的消息接收时间、节点j的消息发送时间和节点i的消息接收时间分别记录为t1,t2,t3,t4，并在一个扰动周期内，计算出记录的时间t1,t2,t3,t4的均值则节点j相对于节点i的时间修正量为在本专利技术的一个实施例中，上述的周期性传输时间扰动大小例如可以为等差数列，扰动差值为d，表示为：fi,j(t)＝d·t,t∈[0,Pi,j)。例如，当d＝1ns/s,Pi,j＝10s,每秒进行1次同步时，则fi,j(t)为0ns到9ns的等差数列，扰动均值Ei,j＝4.5ns，代入时间修正量公式后即可得到精准的同步结果。在本专利技术的另一个实施例中，上述的周期性传输时间扰动大小例如也可以为随机数列，表示为：fi,j(t)＝random(t),t∈[0,Pi,j)。例如，当Pi,j＝4s,每秒进行1次同步时，则随机生成的fi,j(t)可以为fi,j(0)＝0,fi,j(1)＝6,fi,j(2)＝4,fi,j(3)＝2，扰动均值Ei,j＝3ns，代入时间修正量公式后即可得到精准的同步结果。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：时间同步节点发送脉冲与其它节点进行同步，发送脉冲与接收脉冲使用不同的时钟频率，其周期分别记为Ts和Tr，等效于在节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在时间同步网络中任意两节点间引入周期性传输时间扰动，定义节点i到节点j间引入的所述周期性传输时间扰动大小为时间t的函数fi,j(t)，且扰动的最大值大于或等于接收节点j的时钟周期Tj，其中，扰动周期为Pi,j，扰动在所述扰动周期内的均值为

【技术特征摘要】
1.一种高精度时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在时间同步网络中任意两节点间引入周期性传输时间扰动，定义节点i到节点j间引入的所述周期性传输时间扰动大小为时间t的函数fi,j(t)，且扰动的最大值大于或等于接收节点j的时钟周期Tj，其中，扰动周期为Pi,j，扰动在所述扰动周期内的均值为S2：所述节点i,j在进行时间同步时，两节点互相发送带有时间戳的消息，将节点i的消息发送时间、节点j的消息接收时间、节点j的消息发送时间和节点i的消息接收时间分别记录为t1,t2,t3,t4，并在一个所述扰动周期内，计算出记录的时间t1,t2,t3,t4的均值则节点j相对于节点i的时间修正量为2.根据权利要求1所述的高精度时间同步方法，其特征在于，其中，所述周期性传输时间扰动大小为等差数列，扰动差值为d，表示为：fi,j(t)＝d·t,t∈[0,Pi,j)。3.根据权利要求1所述的高精度时间同步方法，其特征在于，其中，所述周期性传输时间扰动大小为随机数列，表示为：fi,j(t)＝random(t),t∈[0,Pi,j)。4.根据权利要求1所述的高精度时间同步方法，其特征在于，其中，所述时间同步节点发送脉冲与其它节点进行同步，发送脉冲与接收脉冲使用不同的时钟频率，其周期分别记为Ts和Tr，等效于在节点间引入所述周期性传输时间扰动，所述扰动的变化周期为Ts和...

【专利技术属性】
技术研发人员：华楠，罗瑞杰，郑小平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11