基于IEEE1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法及系统，方法具体步骤如下：步骤一，从节点1到从节点n

【技术实现步骤摘要】
基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法及系统


[0001]本专利技术属于高速工业以太网总线
，具体涉及一种基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法及系统。

技术介绍

[0002]随着分布式网络应用范围及应用规模的不断增大，分布式系统内各分散节点时钟的一致性变得越来越重要，精确的时间同步技术在分布式系统中占据着越来越重要的地位，尤其是在线性拓扑结构的分布式系统中，其拓扑结构可参见图2所示。时钟同步问题产生的原因主要由于延时以及频率问题。延时问题主要包括链路延时以及内部处理延时，链路延时是由于数据从主节点传输到从节点，以及从节点传输到从节点需要一定时间；内部处理延时主要是由于数据在主从节点处理需要一定时间，并且不同从节点的内部处理延时不相等，同一从节点，不同时刻的处理延时也会有波动。频率问题是由于主节点和各个从节点都依靠自己的本地晶振来产生脉冲，计数器依靠这些脉冲来触发计数，虽然这些本地晶振理论上具有相同的频率，但在实际中，这些独立的晶振是在理论值的微小范围内进行波动，这会导致随着系统运行时间的变长，各个节点之间的时间偏差会逐渐发散。这两种问题产生的后果可能使数据延迟，从而造成实时控制和实时测量的功能造成更大误差。
[0003]传统的时钟同步方法主要有IRIG
‑
B码、网络时间协议(NTP)、全球定位系统(GPS)等。IRIG
‑
B码分为秒冲对时和串口对时，脉冲对时精度高但无法直接提供时间信息，串口对时同步精度不如脉冲对时。而对于NTP，同步精度只有毫秒级，只能应用于对同步精度不高的场合。GPS的同步精度能够达到微秒级，但需要GPS接收机这样的特殊设备，不仅成本高，而且实现难度较高。因此需要一种低成本，高精度的时钟同步方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决线性拓扑结构的分布式系统时钟同步问题，进而提出一种基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法及系统。
[0005]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：
[0006]基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，具体步骤如下：
[0007]步骤一，从节点1到从节点n
‑
1接受来自主节点的PTP报文，转发PTP报文至下一级。
[0008]步骤二，从节点1到从节点n
‑
1接受来自从节点n的PTP报文，转发PTP报文至上一级。
[0009]步骤三，从节点1到从节点n对往返时间取平均值得到平均链路延时。
[0010]步骤四，根据平均传输延时计算出主从时钟偏移。
[0011]步骤五，进行动态频率补偿计算。
[0012]进一步，步骤一和步骤二中，从节点1到从节点n
‑
1的数据转发模块，具有相同的内部处理延时。
[0013]进一步，步骤三中，计算主从平均链路延时公式为：
[0014][0015][0016][0017]公式(1)中，Mean_delay 1表示第一个从节点与主节点的平均链路延时，公式(2)中，Mean_delay 2表示第二个从节点与主节点的平均链路延时，公式(3)中，Mean_delay n表示第n个从节点与主节点的平均链路延时。T1表示主节点设备发送Sync报文的时间戳，T
n
2为第n个从节点接收到Sync报文的时间戳，T
n
3为第n个从节点发送Delay_req报文的时间戳，T4为主节点设备接收到Delay_req报文的时间戳。
[0018]进一步，步骤四中，计算时钟偏移的公式为：
[0019]Offset＝T
n2‑
T1
‑
Mean_delay n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]公式(4)中，T
n
2为第n个从节点接收到Sync报文的时间戳，T1表示主节点设备发送Sync报文的时间戳，Mean_delay n表示第n个从节点的平均链路传输延时。
[0021]进一步，步骤五，根据步骤三得到的时间戳进行动态频率补偿计算。
[0022]进一步，步骤五中，动态频率补偿计算公式为：
[0023]MCC＝T2
M1
‑
T1
M1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]SCC＝T2
S1
‑
T1
S1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0025]MSC＝|MCC
‑
SCC|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0026]γ＝SCC/MSC
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0027]公式(5)中，MCC表示主时钟发送间隔，T2
M1
表示主时钟第n+1次发送Sync报文的时间戳，T1
M1
表示主时钟第n次发送Sync报文的时间戳。公式(6)中，SCC表示从时钟接收到的时间间隔，T2
S1
表示从时钟第n+1次接受Sync报文的时间戳，T1
S1
表示从时钟第n次接受Sync报文的时间戳。公式(7)中，MSC表示主从时钟发送间隔的时钟偏差，公式(8)中，γ表示主从时钟的时间比率。
[0028]进一步，判断MSC的值，若最高位为1，说明主时钟频率高于从时钟频率，则从时钟的ns计数器每增加γ值时减1，反之，ns计数器就加1。
[0029]本专利技术还公开了一种基于上述线性拓扑从节点同步方法的系统，其包括如下模块：
[0030]数据解析模块：用于解析PTP报文；
[0031]数据转发模块：解析PTP报文；
[0032]平均链路延时计算模块：对从节点1到从节点n往返时间取平均值得到平均链路延时；
[0033]时钟偏移计算模块：根据平均传输延时计算主从时钟偏移；
[0034]频率补偿计算模块：进行动态频率补偿计算。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]针对线性拓扑结构的分布式系统由于其传输延时的不确定性以及时钟偏移，本专利技术提供了一种基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，本专利技术能够提高
分布式系统各节点的时钟同步精度，减少各节点同步输出时的同步误差。
附图说明
[0037]图1是基于IEEE 1588精密时钟协议的从时钟同步方法流程图；
[0038]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，其特征是具体步骤如下：步骤一，从节点1到从节点n
‑
1接受来自主节点的PTP报文，转发PTP报文至下一级；步骤二，从节点1到从节点n
‑
1接受来自从节点n的PTP报文，转发PTP报文至上一级；步骤三，从节点1到从节点n对往返时间取平均值得到平均链路延时；步骤四，根据平均传输延时计算主从时钟偏移；步骤五，进行动态频率补偿计算。2.根据权利要求1所述的基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，其特征在于：步骤一和步骤二中，从节点1到从节点n的数据转发，具有相同的内部处理延时。3.根据权利要求1或2所述的基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，其特征在于：步骤三中，计算主从平均链路延时公式为：法，其特征在于：步骤三中，计算主从平均链路延时公式为：法，其特征在于：步骤三中，计算主从平均链路延时公式为：公式(1)中，Mean_delay 1表示第一个从节点与主节点的平均链路延时，公式(2)中，Mean_delay 2表示第二个从节点与主节点的平均链路延时，公式(3)中，Mean_delay n表示第n个从节点与主节点的平均链路延时；T1表示主节点设备发送Sync报文的时间戳，T
n
2为第n个从节点接收到Sync报文的时间戳，T
n
3为第n个从节点发送Delay_req报文的时间戳，T4为主节点设备接收到Delay_req报文的时间戳。4.根据权利要求3所述的基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，其特征在于：步骤四中，计算时钟偏移的公式为：Offset＝T
n2‑
T1
‑
Mean_delay n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)公式(4)中，T
n
2为第n个从节点接收到Sync报文的时间戳，T1表示主节点设备发送Sync报文的时间戳，Mean_delay n表示第n个从节点的平均传输延时。5.根据权利要求4所述的基于IEEE 1588精密时钟协议的线性拓扑从节点同步方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成群，徐卓汀，韩彦超，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：