一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法制造技术

本发明专利技术属于数据通信技术领域，公开了一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，包括：主节点发送Sync1报文，并记录Sync1报文的发送时间戳从节点接收Sync1报文，并记录Sync1报文的接收时间戳定义时钟漂移因子δ、主节点记录发送时间戳时从节点的对应时间以及主从节点传输链路延迟D

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法


[0001]本专利技术属于数据通信
，具体涉及一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法。

技术介绍

[0002]利用分布式声纳设备对水上和水下威胁目标进行探测是海洋防御的重要任务之一，而面对错综复杂的海洋环境，各分布节点的水下信号采集传输的要求越来越高。对于现有的各种分布式设备，主要依靠以太网进行节点设备之间的通信。以太网协议主要采用载波监听多路访问及冲突检测技术，数据传输存在一定的延时性，“延时”意味着各节点设备之间没有准确、统一的时间，针对这一问题，现有研究提出将PTP时钟内置于以太网物理层，以实现各节点设备之间的同步。
[0003]对于传统的PTP时钟同步，一般默认主从节点之间的数据传输延迟是对称的，然而实际传输过程中却存在着不对称延迟，由此则会引起时钟偏差误差，从而影响时钟同步精度；另外，在利用硬件获取时钟同步所需的时间戳时，由各节点中晶振频率漂移所引起的时钟偏斜同样会对时钟同步精度造成影响；由此，尽可能减小时钟偏差误差与时钟偏斜是实现高精度同步的关键。

技术实现思路

[0004]鉴于此，为解决上述
技术介绍
中所提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，包括：
[0007]主节点发送Sync1报文，并记录Sync1报文的发送时间戳
[0008]从节点接收Sync1报文，并记录Sync1报文的接收时间戳
[0009]定义时钟漂移因子δ、主节点记录发送时间戳时从节点的对应时间以及主从节点传输链路延迟D
ms
，按照时钟偏差计算公式计算出主节点与从节点的相对偏差量，并利用相对偏差量对从节点的本地时钟模块进行相对校正；
[0010]所述时钟偏差计算公式为：
[0011]优选的，所述时钟漂移因子δ＝1
‑
a，且式中a为主从时钟相对偏斜。
[0012]优选的，本专利技术改进型PTP时钟同步算法还包括：
[0013]主节点在发送Sync1报文的同时补充发送Sync2报文，并记录Sync2报文的发送时间戳
[0014]从节点接收Sync2报文，并记录Sync2报文的接收时间戳
[0015]从节点利用时间戳并按照偏斜计算公式计算主从时钟相对偏斜
a。其中，所述偏斜计算公式为
[0016]优选的，在所述主节点与从节点的多个同步周期中选择性的计算主从时钟相对偏斜a。
[0017]进一步的，以N个采用相同主从时钟相对偏斜a的同步周期为一组，每组同步周期均包括1个前序周期和N
‑
1个从序周期，且主从时钟相对偏斜a在所述前序周期中计算得到。
[0018]优选的，本专利技术改进型PTP时钟同步算法还包括：
[0019]从节点发送Delay_Req报文，并记录发送时间戳
[0020]主节点接收Delay_Req报文，并记录接收时间戳然后主节点将时间戳打包到Delay_Req报文中发送给从节点，从节点获取时间戳
[0021]从节点利用时间戳并按照延迟计算公式计算主从节点传输链路延迟D
ms
。其中，所述延迟计算公式为
[0022]优选的，主节点与从节点均从物理层芯片模块中获取报文传输的时间戳。
[0023]优选的，主节点与从节点均采用尾部标签的方式记录报文传输的时间戳。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025](1)在本专利技术的改进型PTP时钟同步算法中，基于时钟偏斜来定义时钟漂移因子，并在时钟漂移因子的基础上计算出用来校正本地时钟的时钟偏差，由此充分考虑时钟偏差及时钟偏斜对同步精度造成的影响，从而保证了本地时刻与标准时刻的相位同步和频率同步，并有效实现纳秒级时钟同步。
[0026](2)关于时钟偏斜，以主节点时钟作为相对参照，以此在计算主从节点时钟偏斜时，仅需计算从节点时钟相对于主节点时钟的相对偏斜，从而通过单侧计算来减少整体同步过程中的计算量。
[0027](3)在多个同步周期中选择性的计算相对偏斜，从而能进一步的简化整体同步计算过程。
[0028](4)从物理层芯片模块中获取时间戳，时钟抖动小，时间戳更加准确。
附图说明
[0029]图1为现有PTP时钟同步算法的原理图；
[0030]图2为本专利技术改进型PTP时钟同步算法的原理图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]如图1所示，为现有PTP时钟同步算法的原理图，从图中可知，现有PTP时钟同步算法具体包括：
[0033]1)主节点发送Sync报文，并记录Sync报文的发送时间戳T1；
[0034]2)从节点接收Sync报文，并记录Sync报文的接收时间戳T2；
[0035]3)使用“two
‑
step”模式，主节点发送完Sync报文后，用最短时间将时间戳T1打包到Follow_Up报文中，并发送给从节点时钟，从节点时钟获取时间戳T1；
[0036]4)定义主从节点传输链路延迟delay
ms
，由此得到T2＝T1+delay
ms
+offset，式中offset为主从节点时钟偏差；
[0037]5)从节点收到Follow_Up报文后，经过一段延迟，从节点发送Delay_Req报文，并记录发送时间戳T3；
[0038]6)主节点接收Delay_Req报文，并记录接收时间戳T4，然后主节点将时间戳T4打包到Delay_Req报文中发送给从节点，从节点获取时间戳T4；
[0039]7)定义主从节点传输链路延迟delay
sm
，由此得到T4＝T3+delay
sm
‑
offset；
[0040]对于传统的PTP时钟同步算法，默认忽略主节点与从节点本地时钟的时钟偏斜(由节点中晶振频率漂移引起)，同时还默认主从节点的传输是对称的，即delay
sm
＝delay
ms
，由此得到：
[0041][0042][0043]上述，利用主从节点时钟偏差offset即可对主从节点的本地时钟进行校正，进而实现主从节点的同步。然而实际的，主节点与从节点本地时钟均存在一定时钟偏斜(如图中主节点与从节点分别对应的两条虚线a/b)，由此则会造成上述时钟偏差offset计算的误差。另外，主从节点的传输也并非完全对称。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，其特征在于，包括如下步骤：主节点发送Sync1报文，并记录Sync1报文的发送时间戳从节点接收Sync1报文，并记录Sync1报文的接收时间戳定义时钟漂移因子δ、主节点记录发送时间戳时从节点的对应时间以及主从节点传输链路延迟D
ms
，按照时钟偏差计算公式计算出主节点与从节点的相对偏差量，并利用相对偏差量对从节点的本地时钟模块进行相对校正；所述时钟偏差计算公式为：2.根据权利要求1所述的用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，其特征在于：所述时钟漂移因子δ＝1
‑
a，且式中a为主从时钟相对偏斜。3.根据权利要求2所述的用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，其特征在于，还包括如下步骤：主节点在发送Sync1报文的同时补充发送Sync2报文，并记录Sync2报文的发送时间戳从节点接收Sync2报文，并记录Sync2报文的接收时间戳从节点利用时间戳并按照偏斜计算公式计算主从时钟相对偏斜a。4.根据权利要求3所述的用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，其特征在于：所述偏斜计算公式为5.根据权利要求4所述的用于水下信号采集传输的改进型PTP时钟同步算法，其特征在于：在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骄，马慧童，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：