基于ieee1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度的方法。本方法包括：主鐘每?jī)擅氚l(fā)送一次IEEE1588同步報(bào)文，從鐘根據(jù)協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行同步。兩秒間隔內(nèi)，主鐘每隔一百毫秒發(fā)送一次精簡(jiǎn)同步報(bào)文，此報(bào)文只包含啟動(dòng)同步標(biāo)識(shí)以減少網(wǎng)絡(luò)開銷。從鐘將視兩次精簡(jiǎn)同步報(bào)文到達(dá)的時(shí)間差為一百毫秒。在從鐘設(shè)備中設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。存儲(chǔ)器中保存一個(gè)值N。其值為理論工作頻率下，計(jì)數(shù)器一百毫秒累加的次數(shù)。從鐘在下一個(gè)精簡(jiǎn)同步報(bào)文到達(dá)時(shí)，比較N與計(jì)數(shù)器的真實(shí)值，根據(jù)它們的差值調(diào)整從鐘時(shí)間，從而解決2S內(nèi)無任何同步措施而產(chǎn)生的主、從時(shí)鐘漂移問題，使時(shí)間同步精度進(jìn)一步提高。
【專利說明】基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通訊【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法，它是基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，利用同步間隙，采用精簡(jiǎn)協(xié)議同步的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)量和工業(yè)控制系統(tǒng)中時(shí)間一直是一個(gè)重要的概念，在一個(gè)封閉的電子線路或者計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過程中，時(shí)間是相對(duì)的。隨著工業(yè)系統(tǒng)中增加入傳感器、中繼器或者分布式計(jì)算機(jī)等，精確的時(shí)間記錄對(duì)于系統(tǒng)魯棒性來說顯得很重要。
[0003]IEEE1588的全稱是“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”，它的出現(xiàn)為在系統(tǒng)中時(shí)間同步問題的解決提供了有效而可行的方法。IEEE1588時(shí)鐘協(xié)議能實(shí)現(xiàn)亞微妙級(jí)的同步精確度，其基本思想是通過硬件、軟件將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(從機(jī))的時(shí)鐘與主控設(shè)備(主機(jī))的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步，從而使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的定時(shí)同步指標(biāo)有顯著的改善。
[0004]IEEE1588在工業(yè)自動(dòng)化中已被廣泛的采用，特別是在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)測(cè)量測(cè)試和控制方面。但是由于IEEE1588推出的時(shí)間尚短，還有待完善和修正。例如，協(xié)議包較復(fù)雜，使得同步時(shí)間在2s左右最佳。然而，2s時(shí)間間隔內(nèi)，從鐘完全使用自己的時(shí)鐘系統(tǒng)，在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法，使得在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，影響從鐘準(zhǔn)確性因素較多的情況下,主鐘也能很好地同步從鐘的系統(tǒng)時(shí)間。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:針對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬有限、IEEE1588協(xié)議包過于復(fù)雜導(dǎo)致同步間隔過長(zhǎng)的問題，引入了精簡(jiǎn)協(xié)議包和從鐘數(shù)據(jù)處理單元。
[0006]根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法，其特征在于該方法包含以下步驟:
a.主鐘每隔兩秒與從鐘通過IEEE1588協(xié)議進(jìn)行同步；
b.兩秒間隔內(nèi)，主鐘不斷地與從鐘通過精簡(jiǎn)協(xié)議進(jìn)行同步；
c.從鐘根據(jù)同步數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理模塊處理數(shù)據(jù)后對(duì)從鐘時(shí)鐘進(jìn)行修正；
所述步驟a具體的實(shí)現(xiàn)步驟:
(a-Ι)、對(duì)于主鐘，它首先發(fā)出一個(gè)時(shí)間戳,其包括發(fā)送Sync同步報(bào)文、FollowUp報(bào)文和DelayResp響應(yīng)報(bào)文，具體為:
(a-1-1)、Sync同步報(bào)文以廣播形式發(fā)送，用來啟動(dòng)同步。其周期為兩秒，由主鐘內(nèi)的計(jì)時(shí)器定時(shí)；
(a-1-2)、緊跟著Sync同步報(bào)文，立即以廣播形式發(fā)送FollowUp報(bào)文，其內(nèi)容包含Sync同步報(bào)文發(fā)送時(shí)的主鐘本地時(shí)間；
(a-1-3)、主鐘等待從鐘發(fā)送過來的DelayReq請(qǐng)求報(bào)文，并記錄下接受到的時(shí)間和此從鐘的IP地址，然后向從鐘以單播形式發(fā)送DelayResp響應(yīng)報(bào)文，其內(nèi)容包含主鐘接收到DelayReq請(qǐng)求報(bào)文的主鐘時(shí)間；
(a-2)、對(duì)于從鐘，可以發(fā)送DelayReq請(qǐng)求報(bào)文,具體地:
(a-2-l)、從鐘在接收到Sync同步報(bào)文后，記錄到達(dá)時(shí)間，延時(shí)一定時(shí)間，以單播的方式發(fā)送DelayReq報(bào)文，其內(nèi)容包含發(fā)送DelayReq報(bào)文的從鐘時(shí)間；
(a-2-2)、從鐘在接收到DelayResp響應(yīng)報(bào)文后，計(jì)算得到時(shí)鐘偏移量offset和延時(shí)量delay ；
(a-2-3)、從鐘根據(jù)offset和delay對(duì)自身系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行修正；
所述步驟b具體的實(shí)現(xiàn)步驟:
(b-Ι)、對(duì)于主鐘，完成步驟a后，每隔一百毫秒以單播的形式向步驟(a-1-3)中IP對(duì)應(yīng)的從鐘發(fā)送精簡(jiǎn)同步報(bào)文，其內(nèi)容包含觸發(fā)信息；
(b-2)、對(duì)于從鐘，在完成步驟(a-2-3)后，以精簡(jiǎn)報(bào)文的到達(dá)為觸發(fā)信號(hào)，每一百毫秒修正一次自身時(shí)鐘；具體為:
(b-2-l)、從鐘配置一個(gè)寄存器和一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器初始值為零，寄存器中保存的值為一百毫秒計(jì)數(shù)器理論計(jì)數(shù)值；
(b-2-2)、完成步驟(a-2-3)后，從鐘開啟計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，接收到主鐘發(fā)送的精簡(jiǎn)報(bào)文時(shí)停止計(jì)數(shù)，計(jì)此時(shí)計(jì)數(shù)器值為N，并清空計(jì)數(shù)器；
所述步驟c具體的實(shí)現(xiàn)步驟:
(c-Ι)、從鐘中配置一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊，它將完場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和從鐘時(shí)鐘修正等任務(wù)。具體是:
(c-1-l)、從鐘數(shù)據(jù)處理模塊將步驟(b-2-2)中的計(jì)數(shù)器值N與其理論值做差，由其差值估計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差值；
(c-1-2)、根據(jù)誤差值對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行修正；
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:本方法在不增加硬件成本的前提下，盡可能的利用從鐘資源，與以往的同步技術(shù)相比，本發(fā)明引入了精簡(jiǎn)協(xié)議，保障了在網(wǎng)絡(luò)帶寬一定的情況下同步的高效性；本發(fā)明具有計(jì)算量小、同步精度聞等特點(diǎn)，是一種有效的提聞同步精度的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為網(wǎng)絡(luò)中的各設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明方法中IEEE1588協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)發(fā)法；
圖3為本發(fā)明方法中精簡(jiǎn)協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)方法；
圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見圖1圖4,本基于IEEE1588協(xié)議的可罪提聞時(shí)間同步精度的方法為:主鐘每?jī)擅氚l(fā)送一次IEEE1588同步報(bào)文，從鐘根據(jù)協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行同步。兩秒間隔內(nèi)，主鐘每隔一百毫秒發(fā)送一次精簡(jiǎn)同步報(bào)文，此報(bào)文只包含啟動(dòng)同步標(biāo)識(shí)以減少網(wǎng)絡(luò)開銷。從鐘將視兩次精簡(jiǎn)同步報(bào)文到達(dá)的時(shí)間差為一百毫秒。在從鐘設(shè)備中設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。存儲(chǔ)器中保存一個(gè)值N。其值為理論工作頻率下，計(jì)數(shù)器一百毫秒累加的次數(shù)。從鐘在下一個(gè)精簡(jiǎn)同步報(bào)文到達(dá)時(shí)，比較N與計(jì)數(shù)器的真實(shí)值，根據(jù)它們的差值調(diào)整從鐘時(shí)間，從而解決2S內(nèi)無任何同步措施而廣生的主、從時(shí)鐘漂移問題，使時(shí)間同步精度進(jìn)一步提聞。
[0009]實(shí)施例二:
本基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度的方法，逐一結(jié)合附圖詳述如下:
如圖1，一個(gè)基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，存在N (N>1)臺(tái)設(shè)備，其中一臺(tái)作為主設(shè)備，它的系統(tǒng)時(shí)間作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主鐘，剩下的N-1臺(tái)設(shè)備作為從設(shè)備，它們的系統(tǒng)時(shí)間作為從鐘，我們的目的就是針對(duì)此子網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，使其通過一定的方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)域中所有從設(shè)備的時(shí)間都同步于最精準(zhǔn)的主設(shè)備的時(shí)間。
[0010]如圖2，本發(fā)明方法針對(duì)IEEE1588同步協(xié)議的【具體實(shí)施方式】包括以下步驟:
201.主鐘以組播方式每隔兩秒周期性地向從鐘發(fā)送Sync同步報(bào)文和FollowUp報(bào)文。
其中，F(xiàn)ollowUp報(bào)文包含Sync同步報(bào)文發(fā)送時(shí)主鐘的系統(tǒng)時(shí)間，記為T1。
[0011]202.從鐘接收到Sync同步報(bào)文后，記錄其接收時(shí)間，記為T2，并延遲一定時(shí)間后向主鐘發(fā)送DelayReq請(qǐng)求報(bào)文,記錄發(fā)送的本地時(shí)間，記為T3。當(dāng)接收FloolwUp報(bào)文時(shí)，要從中提取出Sync同步報(bào)文的發(fā)送時(shí)間。收到DelayResp報(bào)文時(shí)，則要提取出主鐘接收到Delay報(bào)文時(shí)的主鐘時(shí)間。
[0012]203.主鐘接收到DelayReq請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，記錄本地時(shí)間，記為T4并將此事件反饋給從鐘。根據(jù)以上報(bào)文信息，從鐘計(jì)算得到網(wǎng)絡(luò)延遲Delay和時(shí)鐘偏移量Offset，方法如下:Delay=T2+T4-Tl-T3，0ffset=Tl_T2+Delay。由此從鐘可由時(shí)鐘偏移量和網(wǎng)絡(luò)延遲調(diào)整自己的系統(tǒng)時(shí)間。
[0013]如圖3，本發(fā)明方法針對(duì)精簡(jiǎn)協(xié)議同步方法的詳細(xì)描述為:
圖301.在完成圖203對(duì)應(yīng)的步驟后，王鐘在2秒的間隔內(nèi)，每隔100暈秒發(fā)送個(gè)精簡(jiǎn)協(xié)議包，該包只含標(biāo)識(shí)信息，讓從鐘能夠識(shí)別該包為精簡(jiǎn)協(xié)議包。
[0014]圖302.從機(jī)在完成圖203對(duì)應(yīng)的步驟后，開啟計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。當(dāng)接收到主鐘發(fā)送的精簡(jiǎn)協(xié)議包時(shí)，保存現(xiàn)在計(jì)數(shù)器的值，記為N，并零計(jì)數(shù)器。同時(shí)，從機(jī)中還保存著根據(jù)其理論主頻計(jì)算出的計(jì)數(shù)器一百毫秒理論值，記為L(zhǎng)。
[0015]如圖4，本發(fā)明針對(duì)同步數(shù)據(jù)處理并修正系統(tǒng)時(shí)間的詳細(xì)描述為:
從鐘中配置一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，其根據(jù)計(jì)數(shù)器值N，和最近一次同步得到的Delay計(jì)算得出一百毫秒，計(jì)數(shù)器實(shí)際計(jì)數(shù)值K=N*100/(100+Delay)。將K與其理論值做比較，計(jì)其差值D=K-L。最后由差值計(jì)算出從鐘的時(shí)間偏差T=D*100/K。
[0016]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于IEEE1588協(xié)議的可靠提高時(shí)間同步精度方法，其特征在于:主鐘、從鐘模塊，都遵循IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，有多個(gè)從鐘模塊分別和主鐘模塊進(jìn)行通訊同步，操作步驟如下:a.主鐘每隔兩秒與從鐘通過IEEE1588協(xié)議進(jìn)行同步；b.兩秒間隔內(nèi)，主鐘不斷地與從鐘通過精簡(jiǎn)協(xié)議進(jìn)行同步；c.從鐘根據(jù)同步數(shù)據(jù)，由處理模塊處理數(shù)據(jù)后對(duì)從鐘時(shí)鐘進(jìn)行修正；所述步驟a具體的實(shí)現(xiàn)步驟:(a-Ι)、對(duì)于主鐘，它首先發(fā)出一個(gè)時(shí)間戳，其包括發(fā)送Sync同步報(bào)文、FollowUp報(bào)文和DelayResp響應(yīng)報(bào)文，具體地:(a-1-1)、Sync同步報(bào)文以廣播形式發(fā)送，用來啟動(dòng)同步；其周期為兩秒，由主鐘內(nèi)的計(jì)時(shí)器定時(shí)；(a-1-2)、緊跟著為Sync同步報(bào)文，立即以廣播形式發(fā)送FollowUp報(bào)文，其內(nèi)容包含Sync同步報(bào)文發(fā)送時(shí)的主鐘本地時(shí)間；(a-1-3)、主鐘等待從鐘發(fā)送過來的DelayReq請(qǐng)求報(bào)文，并記錄下接受到的時(shí)間和此從鐘的IP地址，然后向從鐘以單播形式發(fā)送DelayResp響應(yīng)報(bào)文，其內(nèi)容包含主鐘接收到DelayReq請(qǐng)求報(bào)文的主鐘時(shí)間；(a-2)、對(duì)于從鐘，可以發(fā)送DelayReq請(qǐng)求報(bào)文，具體為:(a-2-l)、從鐘在接收到Sync同步報(bào)文后，記錄到達(dá)時(shí)間，延時(shí)一定時(shí)間，以單播的方式發(fā)送DelayReq報(bào)文，其內(nèi)容包含發(fā)送DelayReq報(bào)文的從鐘時(shí)間；(a-2-2)、從鐘在接收到DelayResp響應(yīng)報(bào)文后，計(jì)算得到時(shí)鐘偏移量offset和延時(shí)量delay.(a-2-3)、從鐘根據(jù)offset和delay對(duì)自身系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行修正；所述步驟b具體的實(shí)現(xiàn)步驟:(b-Ι)、對(duì)于主鐘，完成步驟a后，每隔一百毫秒以單播的形式向步驟(a-1-3)中IP對(duì)應(yīng)的從鐘發(fā)送精簡(jiǎn)同步報(bào)文，其內(nèi)容包含觸發(fā)信息；(b-2)、對(duì)于從鐘，在完成步驟(a-2-3)后，以精簡(jiǎn)報(bào)文的到達(dá)為觸發(fā)信號(hào)，每一百毫秒修正一次自身時(shí)鐘；具體地:(b-2-l)、從鐘配置一個(gè)寄存器和一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器初始值為零，寄存器中保存的值為一百毫秒計(jì)數(shù)器理論計(jì)數(shù)值；(b-2-2)、完成步驟(a-2-3)后，從鐘開啟計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，接收到主鐘發(fā)送的精簡(jiǎn)報(bào)文時(shí)停止計(jì)數(shù)，計(jì)此時(shí)計(jì)數(shù)器值為N，并清空計(jì)數(shù)器；所述步驟c具體的實(shí)現(xiàn)步驟:(c-Ι)、從鐘中配置一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊，它將完場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和從鐘時(shí)鐘修正等任務(wù)；具體的:(c-1-l)、從鐘數(shù)據(jù)處理模塊將步驟(b-2-2)中的計(jì)數(shù)器值N與其理論值做差，由其差值估計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差值。(c-1-2)、根據(jù)誤差值對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK103647614SQ201310641676
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】馮玉田, 丁潤(rùn)杰, 嚴(yán)佩敏, 李繼飛, 王康晏 申請(qǐng)人:上海大學(xué)