一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法技术

一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法，它涉及一种提高网络时间同步精度的方法。本发明专利技术为了解决现有IEEE1588网络时间同步协议频繁发生修正值过大情况的问题。本发明专利技术的步骤为：步骤一、对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波；步骤二、通过对往返时间取平均值得到平均链路延时；步骤三、根据平均链路延时计算出主从时钟偏移；步骤四、将步骤三中计算出的主从时钟偏移量输入一阶滞后滤波器中，得到稳定的修正值；步骤五、稳定的修正值经过PID控制器平滑处理后获得最终修正的具体数值。本发明专利技术属于以太网精密时间同步技术领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高网络时间同步精度的方法，属于以太网精密时间同步


技术介绍

[0002]时钟同步，是构建复杂电子系统，尤其是分布式系统的关键技术。随着现代电子系统规模的增加，为完成某一项任务，常常要涉及多台独立的设备，设备在功能、物理、系统上的独立也就意味着时间坐标的独立。因此，为完成各设备有序、精密的协作，并方便信息的处理分析，必须维护一个全局一致的物理或逻辑时钟，这种系统级的“对表”操作，就是时钟同步。
[0003]随着基于TCP/IP的以太网技术成熟，人们开始尝试借助以太网，通过网络报文交换，以软件的方式实现系统时间同步。基于这种思路，自上世纪90年代以来，先后推出了NTP、SNTP等网络时钟同步协议，目前整个互联网很大程度上都依赖于NTP。但是，网络时钟同步协议具有一个致命的缺陷，由于网络的不确定性，其同步的精度不高，只能保证至毫秒级的精度，无法满足工业控制和精密测量的需求

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有IEEE1588网络时间同步协议频繁发生修正值过大情况的问题，进而提出一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法。
[0005]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术所述方法的具体步骤如下：
[0006]步骤一、对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波；
[0007]步骤二、通过对往返时间取平均值得到平均链路延时；
[0008]步骤三、根据平均链路延时计算出主从时钟偏移；
[0009]步骤四、将步骤三中计算出的主从时钟偏移量输入一阶滞后滤波器中，得到稳定的修正值；
[0010]步骤五、稳定的修正值经过PID控制器平滑处理后获得最终修正的具体数值。
[0011]进一步的，步骤一中对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波是滤除高频时钟噪声。
[0012]进一步的，步骤三中计算主从时钟偏移的公式为：
[0013]Offset＝t2‑
t1‑
MeanPathDelay
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(1)，
[0014][0015][0016]公式(1)、(2)、(3)中表示主从时钟时间偏差，MeanPathDelay表示中间平均链路延时，t1表示主时钟设备发送Sync报文的时间戳，t2表示从时钟设备接收到Sync报文的时间
戳，t3表示从时钟设备发送Delay_Req报文的时间戳，t4表示主时钟设备接收Delay_Req报文的时间戳。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术在有线传输的情况下，PID控制算法和一阶滞后滤波算法可以对每一次修正的偏差值进行有效的调节，保证修正的稳定性，同时IIR滤波算法能够滤除较大的偏差值，能够抑制同步精度发生大幅度的漂移；同时对于同步的精度也有很大的改善，约提升了75％的同步性能，且时间偏移的数据分布也更为规律；本专利技术在有线传输的情况下，在同步软件中分别对中间平均链路延迟和主从时钟偏差进行滤波，首先对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波，滤除其中可能存在的高频时钟噪声，从而降低后续平均处理再输入PID控制器中的时间偏差计算中的噪声。PTP协议默认主从时钟间往返传输延时对称，因此对主从双向传输的延时作平均延迟处理消除主时钟和从时钟之间链路抖动造成的时间误差，通过对往返时间取均值得到平均链路延时，可以计算出主从时钟偏移。将该偏移量输入一阶滞后滤波器得到较为稳定的修正值，最后经过PID控制器平滑处理得最终修正的具体数值。PID控制算法可以对每一次修正的偏差值进行有效的调节，一阶滞后滤波算法将每一次的修正值与上一次的有效修正值进行加权提高了系统的可靠性，保证修正的稳定性和有效性，同时IIR滤波算法能够滤除较大的中间链路延时值，经过二阶滤波能够抑制同步精度发生大幅度的漂移，达到有效抑制高频时钟噪声对时间同步造成的干扰的效果；同时对于同步的精度也有很大的改善，约提升了75％的同步性能，且时间偏移的数据分布也更为规律，呈正态分布。
附图说明
[0018]图1是本专利技术流程框图；
[0019]图2是IEEE 1588协议对时原理图；
[0020]图3是IEEE 1588协议同步误差来源示意图；
[0021]图4是IEEE 1588协议实时时钟结构框图；
[0022]图5是IEEE 1588协议初始同步软件时间采样点分布图；
[0023]图6是IEEE 1588协议初始同步软件时间主从偏差分布图；
[0024]图7是IEEE 1588协议优化同步软件时间采样点分布图；
[0025]图8是IEEE 1588协议优化同步软件时间偏差分布图。
具体实施方式
[0026]具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法是通过如下步骤实现的：
[0027]步骤一、对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波；
[0028]步骤二、通过对往返时间取平均值得到平均链路延时；
[0029]步骤三、根据平均链路延时计算出主从时钟偏移；
[0030]步骤四、将步骤三中计算出的主从时钟偏移量输入一阶滞后滤波器中，得到稳定的修正值；
[0031]步骤五、稳定的修正值经过PID控制器平滑处理后获得最终修正的具体数值。
[0032]具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种提高IEEE1588网
络时间同步精度的方法的步骤一中对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波是滤除高频时钟噪声。
[0033]具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法的步骤三中计算主从时钟偏移的公式为：
[0034]Offset＝t2‑
t1‑
MeanPathDelay(1)，
[0035][0036][0037]公式(1)、(2)、(3)中Offset表示主从时钟时间偏差，MeanPathDelay表示中间平均链路延时，t1表示主时钟设备发送Sync报文的时间戳，t2表示从时钟设备接收到Sync报文的时间戳，t3表示从时钟设备发送Delay_Req报文的时间戳，t4表示主时钟设备接收Delay_Req报文的时间戳。
[0038]工作原理
[0039]IEEE 1588，全称是网络化测量与控制系统精密时钟同步协议。它主要通过采用主从式结构，以周期性的UDP报文广播和握手的方式，实现主时钟和从时钟的相对同步。
[0040]IEEE 1588协议同步过程如下：
[0041]步骤一、当一个设备被定义为主时钟之后首先向外发送Announce报文，其是用来描述时间源能力的报文；供从时钟进行时钟源的鉴别，当从时钟接收到特定设备发送的Announce报文后，即进入监听状态准备进行时间同步；
[0042]步骤二、主时钟根据用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法，其特征在于：所述一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法是通过如下步骤实现的：步骤一、对主时钟设备到从时钟设备间的单向延时进行滤波；步骤二、通过对往返时间取平均值得到平均链路延时；步骤三、根据平均链路延时计算出主从时钟偏移；步骤四、将步骤三中计算出的主从时钟偏移量输入一阶滞后滤波器中，得到稳定的修正值；步骤五、稳定的修正值经过PID控制器平滑处理后获得最终修正的具体数值。2.根据权利要求1所述的一种提高IEEE1588网络时间同步精度的方法，其特征在于：步骤一中对主时钟设备到从时钟设备间的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆庆，刘明，吉陈力，彭国金，黄正宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：