專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備及使用該設(shè)備的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體地說涉及一種高精度網(wǎng)絡(luò)授時的檢測設(shè)備，并涉
及采用該設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授時精度測量的方法。
背景技術(shù)：
高精度網(wǎng)絡(luò)授時系統(tǒng)是未來網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)平臺之一，是實時通信和寬 帶通信的技術(shù)前提之一?，F(xiàn)在存在多種網(wǎng)絡(luò)授時技術(shù)，其中最主要的是目前廣泛應(yīng)用的網(wǎng) 絡(luò)時間協(xié)議NTP授時技術(shù)和基于IEEE1588協(xié)議的高精度時間協(xié)議PTP授時技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)授 時設(shè)備廣泛應(yīng)用在電力，通信和軍隊等關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域，因此對網(wǎng)絡(luò)授時設(shè)備的檢測尤為重 要，需要加強對網(wǎng)絡(luò)授時檢測領(lǐng)域的研究，尤其是IEEE1588網(wǎng)絡(luò)授時設(shè)備的檢測方法和裝 置的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，并提供一種利用該
檢測設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測方法。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 本發(fā)明中的網(wǎng)絡(luò)授時精度檢測設(shè)備包括 時間同步模塊，周期性地與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信，計算與被測設(shè)備時鐘的時 間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，把時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延提供給時間維護(hù)模塊，并從時間 維護(hù)模塊讀取當(dāng)前本地時間信息； 時間維護(hù)模塊，與時間同步模塊相連接，利用時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延對本地 時間進(jìn)行維護(hù)，并向時間同步模塊提供當(dāng)前本地時間信息； 時鐘調(diào)整模塊，與時間維護(hù)模塊相連接，根據(jù)時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延實現(xiàn)對 本地時鐘的控制； 同步精度測量模塊，與時間維護(hù)模塊連接，根據(jù)基準(zhǔn)源測量被測設(shè)備主時鐘的同 步精度； 用戶接口模塊，它包括網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口和脈沖輸入輸出接口，其分別與時間維 護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊和同步精度測量模塊相連接； 用戶管理模塊，其與時間同步模塊和用戶接口模塊相連接，用于提供用戶遠(yuǎn)程管 理平臺。 上述時間同步模塊采用IEEE1588協(xié)議與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信。 上述的時間同步模塊提取時間維護(hù)模塊中的本地時間信息，經(jīng)同步后向時間維護(hù)
模塊提供時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。 上述的時間維護(hù)模塊在本地時鐘與被測時鐘的同步時間基礎(chǔ)上進(jìn)行計數(shù)得到秒 級時間I，建立本地時間系統(tǒng)，并對時間同步模塊的時差信息進(jìn)行判斷，時差信息包括時間 偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；當(dāng)新接收的時差信息發(fā)生錯誤時，采用本地時間系統(tǒng)的時間信息
4作為秒級時間I ;只有當(dāng)新接收的時差信息長時間連續(xù)可用時，才對本地秒級時間I進(jìn)行更 新。 上述的時間維護(hù)模塊還可以利用外部輸入的基準(zhǔn)信號得到秒級時間I，建立本地 時間系統(tǒng)，并對外部基準(zhǔn)時間信息中的秒級時間II進(jìn)行判斷；當(dāng)秒級時間II發(fā)生錯誤時， 采用本地時間系統(tǒng)的秒級時間I提供給時間同步模塊；當(dāng)外部基準(zhǔn)時間信息中提供的秒級 時間II長時間連續(xù)可用時，以新接收的時間作為本地秒級時間I。 上述的時鐘調(diào)整模塊從時間同步模塊中獲取檢測設(shè)備與被測設(shè)備主時鐘的時間 偏差，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到本地時鐘與被測設(shè)備主時鐘的鐘差數(shù)據(jù)，利用鐘差數(shù)據(jù)調(diào)整本地時 鐘，使本地時鐘與被測設(shè)備主時鐘同步；利用同步后的本地時鐘計數(shù)得到秒內(nèi)時間并輸出 至?xí)r間維護(hù)模塊。 上述時鐘調(diào)整模塊中本地時鐘為帶調(diào)整功能的高精度晶振和銣鐘。
—種采用上述檢測設(shè)備的自主測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的方法，它包括以下步驟 ①檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息和跟隨信息，記錄接收同步信
息的時刻，并從跟隨信息中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的真實時間，由此得到檢測設(shè)備和
被測設(shè)備的時間偏移量；對本地時鐘進(jìn)行調(diào)整，消除與被測設(shè)備的時間偏移量； ②對本地時鐘進(jìn)行調(diào)整后，檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息，并
在檢測設(shè)備中記錄發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息的時間，并向檢
測設(shè)備發(fā)送時延響應(yīng)信息，所述的時延響應(yīng)信息中包含被測設(shè)備接收時延請求信息的時
間； ③檢測設(shè)備根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間， 得到檢測設(shè)備與被測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延；檢測設(shè)備糾正本地時鐘，使檢測設(shè)備與被測設(shè) 備的時間同步； ④檢測設(shè)備利用同步后的本地時鐘合成本地秒脈沖信號；所述的本地秒脈沖信號 與外部的基準(zhǔn)秒脈沖信號進(jìn)行同步精度測量，得到本地秒脈沖的同步精度，該同步精度即 為被測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。 —種采用上述檢測設(shè)備的外部基準(zhǔn)測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的方法，它包括以下步驟
a、檢測設(shè)備接收外部的基準(zhǔn)時間信息，根據(jù)該基準(zhǔn)時間信息調(diào)整本地時鐘，建立 獨立的本地時間系統(tǒng)； b、檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息和跟隨信息，記錄接收同步信 息的時刻，并從跟隨信息中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的真實時間，由此得到檢測設(shè)備和 被測設(shè)備的時間偏移量；同時，檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息，并在檢測 設(shè)備中記錄發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息的時間，并向檢測設(shè)備 發(fā)送時延響應(yīng)信息，所述的時延響應(yīng)信息中包含被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，檢測 設(shè)備根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，得到檢測設(shè)備與 被測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延； c、檢測設(shè)備根據(jù)在步驟b中得到的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)時延，經(jīng)過計算得到得到同 步精度，該同步精度即為被測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。 采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，檢測設(shè)備可以以點對點方式對一臺主時鐘設(shè)備進(jìn)行 檢測，也可以一臺檢測設(shè)備同時檢測多臺主時鐘設(shè)備，檢測平臺搭建簡單，組網(wǎng)方式靈活，測試效率高。檢測結(jié)果數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)端口和串口等方式輸出，輸出端口多樣，數(shù)據(jù)分析方 便。采用高速數(shù)字處理技術(shù)和時間維護(hù)，同時采用高精度本地時鐘和快速電路設(shè)計，設(shè)備檢 測精度高。能同時檢測IEEEE1588協(xié)議和NTP協(xié)議設(shè)備，使用范圍廣。另外，本發(fā)明還提供 了兩種不同的檢測方法，為檢測設(shè)備更好地實施提供了方便。


圖1為本發(fā)明中檢測設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中自主測量檢測方法的原理圖；
圖3為本發(fā)明中外部基準(zhǔn)測量檢測方法的原理圖；
圖4為本發(fā)明中時間偏移量的檢測流程圖；
圖5為本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的檢測流程圖。
具體實施方式

實施例1 如圖1所示，本實施例中檢測設(shè)備包括時間同步模塊、時間維護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模 塊、同步精度測量模塊、用戶接口模塊和用戶管理模塊，并且利用該檢測設(shè)備進(jìn)行自主測量 的檢測方法。 其中，時間同步模塊，依據(jù)IEEE1588協(xié)議周期性地與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信， 計算與被測設(shè)備時鐘的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，把時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延提供給 時間維護(hù)模塊，并從時間維護(hù)模塊讀取當(dāng)前本地時間信息。 時間維護(hù)模塊，與時間同步模塊相連接獲取時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，對本地 時間進(jìn)行維護(hù)，保證其正確性；另外，它讀取時鐘調(diào)整模塊的秒內(nèi)信息，并向時間同步模塊 提供包括秒級時間和秒內(nèi)時間在內(nèi)的本地時間信息。 時鐘調(diào)整模塊，與時間維護(hù)模塊相連接，根據(jù)時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延實現(xiàn)對 本地時鐘的控制。 同步精度測量模塊，與時鐘維護(hù)模塊連接，根據(jù)基準(zhǔn)源測量被測設(shè)備主時鐘的同 步精度；在本實施例中，該精準(zhǔn)源采用外部的基準(zhǔn)秒脈沖1PPS信號。 用戶接口模塊，它包括網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口和脈沖輸入輸出接口，其分別與時間維 護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊和同步精度測量模塊相連接，它保證了信息傳遞的正確性和及時性。
用戶管理模塊，其與時間同步模塊和用戶接口模塊相連接，用于提供用戶遠(yuǎn)程管 理平臺，接受用戶設(shè)置參數(shù)和顯示檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備管理。
那么，本實施例中檢測設(shè)備的工作原理是 時間同步模塊主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)時間同步，按照IEEE1588協(xié)議周期性地與被測設(shè)備 主時鐘進(jìn)行通信，計算與主時鐘的時間偏移量Offset和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay,本地準(zhǔn)確時 間從時間維護(hù)模塊提取。時間同步模塊在嵌入式芯片中實現(xiàn)，為保證提取時間精度，接收到 同步信息Sync和發(fā)送時延請求信息Delay Request后，即刻同時向時間維護(hù)模塊的秒內(nèi)時 間處理單元和秒級時間處理單元發(fā)送讀取標(biāo)志，等待時間數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后再提取時間。時 間同步模塊經(jīng)過時間同步以后，將得到時間偏移量Offset和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay信息，以 中斷方式向時間維護(hù)模塊發(fā)送。
6
時間維護(hù)模塊對時間采取檢測等手段保證時間正確。時間信息包括秒級時間和秒 內(nèi)時間，秒內(nèi)時間和秒級時間組成完整的時間信息。本實施例中，由于采用自主檢測法，故 根據(jù)時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延得到本地時間，利用本地秒脈沖信號進(jìn)行計數(shù)得到秒級時 間I。時間維護(hù)是指根據(jù)接收到的秒級時間信息，建立本地時間系統(tǒng)，并對時差信息，即時間 偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延進(jìn)行判斷，當(dāng)接收的時差信息發(fā)生錯誤時，不予采用，而采用本地時 間系統(tǒng)的時間信息作為秒級時間I，保證秒級時間的正確性。當(dāng)接收到的時差信息一定時間 段內(nèi)時間連續(xù)可用的情況下，根據(jù)時差信息對本地秒級時間I更新本地時間。秒級時間處 理在嵌入式系統(tǒng)芯片中實現(xiàn)。 當(dāng)時間同步模塊讀取本地時間時，時間維護(hù)模塊接到時間同步模塊的讀取時間標(biāo) 志后，進(jìn)入中斷模式，提取當(dāng)前時間維護(hù)模塊中的秒級時間信息，并進(jìn)行存儲。同時向時鐘 調(diào)整模塊發(fā)送讀標(biāo)志信息，然后讀取秒內(nèi)時間。秒級時間和秒內(nèi)時間準(zhǔn)備完畢后，向時間同 步單元發(fā)送Ready標(biāo)志，時間同步模塊完成時間提取。 當(dāng)時間同步模塊和被測主時鐘經(jīng)過同步后，時差信息，即包括時間偏移量Offset 和傳輸時延Delay,發(fā)送到時間維護(hù)模塊，另外時差信息也發(fā)送到時鐘調(diào)整模塊，進(jìn)行本地 時鐘調(diào)整。 時鐘調(diào)整模塊進(jìn)行本地時鐘的調(diào)整，從時間同步模塊獲取檢測設(shè)備與主時鐘的時
間偏差，進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到本地時鐘與主時鐘的鐘差數(shù)據(jù)，利用鐘差數(shù)據(jù)調(diào)整本地時鐘，使本地
時鐘與主時鐘同步。利用同步后的本地時鐘，計算秒內(nèi)的時間，提供給時間維護(hù)模塊使用。
本地時鐘采用帶調(diào)整功能的高精度晶振和銣鐘來完成。另外，時鐘調(diào)整模塊利用本地時鐘
計數(shù)，產(chǎn)生本地秒脈沖信號，本地脈沖信號接入時間維護(hù)模塊，進(jìn)行秒級時間維護(hù)。采用自
主檢測法時，本地秒脈沖信號送至同步精度監(jiān)測模塊進(jìn)行同步精度測量。 從上面的描述可以看出，自主檢測法中秒級時間在時間維護(hù)模塊中產(chǎn)生，秒內(nèi)時
間在時鐘調(diào)整模塊產(chǎn)生，都依據(jù)時間同步模塊的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延進(jìn)行修正。 同步精度測量模塊利用外部基準(zhǔn)源測量本地秒脈沖信號精度，檢測結(jié)果輸?shù)接脩?br> 接口模塊，該檢測結(jié)果即為被測主時鐘的網(wǎng)絡(luò)授時精度。 用戶接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)通信接口和脈沖輸入輸出接口。脈沖信號接口電路要具備 快速和精度高的特點，保證時間同步精度，除輸入外部基準(zhǔn)信號外，也可以輸出本地的秒脈 沖信號。 用戶管理模塊提供基于網(wǎng)絡(luò)的用戶遠(yuǎn)程管理平臺，用戶可以設(shè)置時間同步間隔周 期、主時鐘選擇和檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息等工作參數(shù)，也可以通過管理平臺，查看設(shè)備工作狀態(tài) 信息。 本發(fā)明基于IEEE 1588協(xié)議，如圖4和圖5所示，IEEE 1588協(xié)議的時間同步方式是 由主時鐘周期性地發(fā)出同步信息Sync，同步信息Sync中包含了一個時間戳，該時間戳精確 地描述了數(shù)據(jù)包發(fā)出的預(yù)計時間Origin Time stamp。由于同步信息Sync包含的是預(yù)計 的發(fā)出時間而不是真實的發(fā)出時間，所以同步信息Sync的真實發(fā)出時間Precise Origin Time Stamp被測量后在跟隨信息FollowUp中發(fā)出。同步信息Sync的接收方，即從時鐘 記錄下真實的接收時間syncreceipt time。使用跟隨信息Follow Up中的真實發(fā)出時間 Precise Origin TimeStamp和接收的真實接收時間sync receipt time，可以計算出從時 鐘與主時鐘之間的時差，并據(jù)此更正從時鐘的時間。
但是按照以上方法計算出的時差包含了網(wǎng)絡(luò)傳輸造成的延時，所以IEEE1588協(xié) 議使用了時延請求信息Delay Request來定義網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay。時延請求信息Delay Request由從時鐘在收到同步信息Sync后發(fā)出。與同步信息Sync —樣，發(fā)送方記錄準(zhǔn)確的 發(fā)送時間delay request sending time,接收方記錄準(zhǔn)確的接收時間delay Receipt Time stamp。準(zhǔn)確的接收時間包含在時延響應(yīng)信息Delay Response中，從時鐘依據(jù)發(fā)送時間和
主時鐘接收時間計算出網(wǎng)絡(luò)延時和時鐘誤差。這樣，主時鐘通過周期性地發(fā)出時間同步消 息，從時鐘通過不斷地根據(jù)時間偏差修改本地系統(tǒng)時間，便實現(xiàn)了基于PTP協(xié)議時間同步機制。 依據(jù)此原理，從圖4、圖5中可以看出 在第一個周期中，時間偏移量0ffsetl可表示為 Offsetl = TSl-TMl-Delay = 1002-1051-0 =-49，其中Delay為網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，且 在第一個周期中，網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay尚不可知。所以，在從時鐘即接收方的調(diào)整量Adjust Timel = TS-Offsetl = TS_(_49)。而在第一個周期中，包含了網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。
在第二個周期中，時間偏移量0ffset2可表示為 0ffset2 = TS2-TM2-Delay = 1053-1053-0 = 0，所以在從時鐘即接收方的調(diào)整量 Adjust Time 2 = TS-0ffset2 = TS_0。 在第三個周期中，即可計算出網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay,即 Delay = [(TS2-TM2)+(TM3-TS3)]/2 =
/2 = 1 所以在第四個周期中，時間偏移量0ffset4可表示為 0ffset4 = TS4-TM4-Delay = 1083_1083_1 = _1，所以在從時鐘即接收方的調(diào)整
量Adjust Time 4 = TS-0ffset4 = TS-(-l)。 在第五個周期中，時間偏移量0ffset5可表示為 0ffset5 = TS5-TM5-Delay = 1086-1085-1 = 0。即同步 所以經(jīng)過上述五個周期，主時鐘和從時鐘即可達(dá)到同步。 根據(jù)上述IEEE1588協(xié)議的原理，本實施例采用的自主測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測 方法，在本方法中，將被測設(shè)備作為主時鐘，檢測設(shè)備作為從時鐘，被測設(shè)備的主時鐘對檢 測設(shè)備進(jìn)行同步。檢測設(shè)備經(jīng)過時間同步后，利用本地時鐘可以恢復(fù)出秒脈沖信號，再與外 部輸入的基準(zhǔn)信號進(jìn)行比對，得到檢測設(shè)備的時間同步精度，作為被測設(shè)備主時鐘網(wǎng)絡(luò)授 時的精度，從而實現(xiàn)對被測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)同步精度的測量。因此，它包括以下步驟如圖2所示，
①檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息Sync和跟隨信息FollowUp， 記錄接收同步信息Sync的時刻，并從跟隨信息Follow Up中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的 真實時間，由此得到檢測設(shè)備和被測設(shè)備的時間偏移量Offset ;再對檢測設(shè)備的本地時鐘 進(jìn)行調(diào)整，消除與被測設(shè)備主時鐘的時間偏移量； ②對檢測設(shè)備的本地時鐘進(jìn)行調(diào)整后，檢測設(shè)備與被測設(shè)備還存在網(wǎng)絡(luò)傳輸時 延。檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息Delay Request,并在檢測設(shè)備中記錄 發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息DelayRequest的時間，并向檢測設(shè) 備發(fā)送時延響應(yīng)信息Delay Response,上述的時延響應(yīng)信息Delay Response中包含被測設(shè) 備接收時延請求信息的時間； ③檢測設(shè)備根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，得到檢測設(shè)備與被測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延Delay ;檢測設(shè)備同步本地時間和糾正本地時鐘，使檢測設(shè)備與被測設(shè)備的時間同步； ④檢測設(shè)備利用同步后的本地時鐘合成本地秒脈沖1PPS信號，檢測設(shè)備接入外部的基準(zhǔn)秒脈沖信號，上述的本地秒脈沖信號與外部的基準(zhǔn)秒脈沖信號進(jìn)行同步精度測量，得到本地秒脈沖的同步精度，該同步精度即為被測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。
實施例2 本實施例與實施例1不同的是，在本實施例中，時鐘調(diào)整模塊的本地時鐘采用在可編程邏輯芯片如FPGA中采用數(shù)字直接頻率合成DDS技術(shù)來實現(xiàn)。為提高時間精度，秒內(nèi)時間計數(shù)在FGPA等可編程邏輯芯片中完成，接收到時間維護(hù)模塊的讀取時間標(biāo)志后，即可將當(dāng)前時間存儲，以備提取。上述的數(shù)字直接頻率合成DDS技術(shù)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。 其他技術(shù)特征與實施例1相同。
實施例3 如圖1所示，本實施例中檢測設(shè)備包括時間同步模塊、時間維護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊、同步精度測量模塊、用戶接口模塊和用戶管理模塊，并且利用該檢測設(shè)備進(jìn)行外部基準(zhǔn)測量的檢測方法。 其中，時間同步模塊，依據(jù)IEEE1588協(xié)議周期性地與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信，計算與被測設(shè)備時鐘的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，并向時間維護(hù)模塊提供時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。 時間維護(hù)模塊與時間同步模塊相連接，對本地時間進(jìn)行維護(hù)，保證其正確性，并向時間同步模塊提供本地時間信息。 時鐘調(diào)整模塊，與時間維護(hù)模塊相連接，根據(jù)時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延實現(xiàn)對本地時鐘的控制。 同步精度測量模塊，與時間維護(hù)模塊連接，根據(jù)基準(zhǔn)源測量被測設(shè)備主時鐘的同步精度；在本實施例中，該精準(zhǔn)源采用外部的基準(zhǔn)秒脈沖1PPS信號。 用戶接口模塊，它包括網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口和脈沖輸入輸出接口，其分別與時間維護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊和同步精度測量模塊相連接，它保證了信息傳遞的正確性和及時性。
用戶管理模塊，其與時間同步模塊和用戶接口模塊相連接，用于提供用戶遠(yuǎn)程管理平臺，接受用戶設(shè)置參數(shù)和顯示檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備管理。
那么，本實施例中檢測設(shè)備的工作原理是 時間同步模塊主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)時間同步，按照IEEE1588協(xié)議周期性地與主時鐘進(jìn)行通信，計算與主時鐘的時間偏差，時間偏差包括時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。本地準(zhǔn)確時間從時間維護(hù)模塊提取。時間同步模塊在嵌入式芯片中實現(xiàn)，為保證提取時間精度，接收到同步信息Sync和發(fā)送時延請求信息Delay Request后，即刻同時向時間維護(hù)模塊的秒內(nèi)時間處理單元和秒級時間處理單元發(fā)送讀取標(biāo)志，等待時間數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后再提取時間。時間同步模塊經(jīng)過時間同步以后得到的時間信息，以中斷方式向時間維護(hù)模塊發(fā)送秒級時間數(shù)據(jù)和秒內(nèi)時間數(shù)據(jù)。 時間維護(hù)模塊對時間采取檢測等手段保證時間正確。時間信息包括秒級時間和秒內(nèi)時間，秒內(nèi)時間和整秒時間組成完整的時 信息。
由于本實施例中采用外部基準(zhǔn)法，故利用外部輸入的基準(zhǔn)信號得到秒級時間I，建立本地時間系統(tǒng)，并對新接收到的外部基準(zhǔn)時間信息的秒級時間II進(jìn)行判斷，當(dāng)接收的秒級時間II發(fā)生錯誤時，不予采用，而采用本地時間系統(tǒng)的秒級時間I提供給時間同步模塊，保證整秒時間的正確性。當(dāng)接收到的秒級時間II長時間連續(xù)可用的情況下，以接收的時間更新本地秒級時間I。秒級時間處理在嵌入式系統(tǒng)芯片中實現(xiàn)。當(dāng)時間同步模塊讀取本地時間時，接到時間同步模塊的讀取時間標(biāo)志后，進(jìn)入中斷模式，提取當(dāng)前時間維護(hù)模塊中的秒級時間信息，并進(jìn)行存儲。同時向時鐘調(diào)整模塊發(fā)送讀標(biāo)志信息，然后讀取秒內(nèi)時間。秒級時間和秒內(nèi)時間準(zhǔn)備完畢后，向時間同步單元發(fā)送Ready標(biāo)志，時間同步模塊完成時間提取。 當(dāng)時間同步模塊和被測主時鐘經(jīng)過同步后，時差信息包括時間偏移量Offset和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay發(fā)送到時間維護(hù)模塊，同時將時差信息發(fā)送到時鐘調(diào)整模塊，進(jìn)行本地時鐘調(diào)整。 時鐘調(diào)整模塊進(jìn)行本地時鐘的調(diào)整，根據(jù)與外部基準(zhǔn)信號的時間偏差，進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到本地時鐘與外部基準(zhǔn)的鐘差數(shù)據(jù)，利用鐘差數(shù)據(jù)調(diào)整本地時鐘，使本地時鐘與外部基準(zhǔn)信號同步。利用同步后的本地時鐘，計算秒內(nèi)的時間，提供給時間維護(hù)模塊使用。
從上面的描述可以看出，外部基準(zhǔn)法中秒級時間在時間維護(hù)模塊中產(chǎn)生，秒內(nèi)時間在時鐘調(diào)整模塊產(chǎn)生，都依據(jù)外部基準(zhǔn)時間信息提供的時間信息和秒脈沖進(jìn)行修正。
時鐘調(diào)整模塊的本地時鐘采用在FPGA等可編程邏輯芯片中采用數(shù)字直接頻率合成DDS技術(shù)來實現(xiàn)。為提高時間精度，秒內(nèi)時間計數(shù)在FGPA等可編程邏輯芯片中完成，接收到時間維護(hù)模塊的讀取時間標(biāo)志后，即可將當(dāng)前時間存儲，以備提取。上述的數(shù)字直接頻率合成DDS技術(shù)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。另外，時鐘調(diào)整模塊還要從時間維護(hù)模塊接收秒內(nèi)時間，利用本地時鐘計數(shù)，產(chǎn)生本地秒脈沖信號，本地脈沖信號接入時間維護(hù)模塊，進(jìn)行秒級時間維護(hù)。 同步精度測量模塊在自主測量法中利用外部基準(zhǔn)源測量本地秒脈沖信號精度，在外部基準(zhǔn)法中根據(jù)時間偏移量Offset和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延Delay計算主時鐘與外部基準(zhǔn)時間同步精度，并輸出到用戶接口。 用戶接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)通信接口和脈沖輸入輸出接口。脈沖信號接口電路要具備快速和精度高的特點，保證時間同步精度，除輸入外部基準(zhǔn)信號外，也可以輸出本地的秒脈沖信號。 用戶管理模塊提供基于網(wǎng)絡(luò)的用戶遠(yuǎn)程管理平臺，用戶可以設(shè)置時間同步間隔周期、主時鐘選擇和檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息等工作參數(shù)，也可以通過管理平臺，查看設(shè)備工作狀態(tài)信息。 根據(jù)IEEE1588協(xié)議的原理，本實施例采用的外部基準(zhǔn)測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測方法。在本方法中，將被測設(shè)備作為主時鐘，檢測設(shè)備作為從時鐘，檢測設(shè)備接入外部基準(zhǔn)秒脈沖信號和時間信息。檢測設(shè)備根據(jù)輸入的基準(zhǔn)信號，維護(hù)獨立的本地時間系統(tǒng)。檢測設(shè)備與被測設(shè)備主時鐘設(shè)備按照IEEE 1588協(xié)議進(jìn)行時間同步，得到兩者之間的時間差，以被測設(shè)備為同步基準(zhǔn)源，該時間差即為被測主時鐘網(wǎng)絡(luò)授時精度，因此，它包括以下步驟如圖3所示， a、檢測設(shè)備接收外部的基準(zhǔn)時間信息，該基準(zhǔn)信息包括秒脈沖1PPS信號和時間信息；檢測設(shè)備根據(jù)該基準(zhǔn)時間信息進(jìn)行時間維護(hù)，調(diào)整本地時鐘，建立獨立的本地時間系統(tǒng)； b、檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息Sync和跟隨信息FollowUp，記錄接收同步信息的時刻，并從跟隨信息Follow Up中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的真實時間，由此得到檢測設(shè)備和被測設(shè)備的時間偏移量Offset ;同時，檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息Delay Request,并在檢測設(shè)備中記錄發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息的時間，并向檢測設(shè)備發(fā)送時延響應(yīng)信息Delay Response,上述的時延響應(yīng)信息DelayResponse中包含被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，檢測設(shè)備根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，得到檢測設(shè)備與被測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延Delay ; c、檢測設(shè)備根據(jù)在步驟b中得到的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)時延，與本地時間系統(tǒng)相比較，得到時間差；由于檢測設(shè)備接入外部基準(zhǔn)時間信息，可以看作是時間基準(zhǔn)源，故得到的時間差即為被測主時鐘設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。 其中該方法所依據(jù)IEEE1588協(xié)議的原理與實施例1中描述的相同。
實施例4 本實施例與實施例3不同的是，在本實施例中，外部基準(zhǔn)采用內(nèi)置衛(wèi)星接收模塊的方式引入基準(zhǔn)時間信息，使整個檢測設(shè)備與外部基準(zhǔn)同步。
其他技術(shù)特征與實施例3相同。
實施例5 如圖1所示，本實施例中檢測設(shè)備包括時間同步模塊、時間維護(hù)模塊、用戶接口模塊和用戶管理模塊，并且利用該檢測設(shè)備對NTP網(wǎng)絡(luò)授時進(jìn)行精度檢測，其檢測方法與申請?zhí)枮?00810140700. 5、專利申請名稱為"網(wǎng)絡(luò)授時精度測試方法及其設(shè)備"中的測試方法相同。
1權(quán)利要求
一種網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于，它包括時間同步模塊，周期性地與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信，計算與被測設(shè)備時鐘的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，把時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延提供給時間維護(hù)模塊，并從時間維護(hù)模塊讀取當(dāng)前本地時間信息；時間維護(hù)模塊，與時間同步模塊相連接，利用時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延對本地時間進(jìn)行維護(hù)，并向時間同步模塊提供當(dāng)前本地時間信息；時鐘調(diào)整模塊，與時間維護(hù)模塊相連接，根據(jù)時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延實現(xiàn)對本地時鐘的控制；同步精度測量模塊，與時間維護(hù)模塊連接，根據(jù)基準(zhǔn)源測量被測設(shè)備主時鐘的同步精度；用戶接口模塊，它包括網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口和脈沖輸入輸出接口，其分別與時間維護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊和同步精度測量模塊相連接；用戶管理模塊，其與時間同步模塊和用戶接口模塊相連接，用于提供用戶遠(yuǎn)程管理平臺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述時間同步模塊采用IEEE1588協(xié)議與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述的時間同步模 塊提取時間維護(hù)模塊中的本地時間信息，經(jīng)同步后向時間維護(hù)模塊提供時間偏移量和網(wǎng)絡(luò) 傳輸時延。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述的時間維護(hù)模 塊在本地時鐘與被測時鐘的同步時間基礎(chǔ)上進(jìn)行計數(shù)得到秒級時間I，建立本地時間系統(tǒng)， 并對時間同步模塊的時差信息進(jìn)行判斷，所述的時差信息包括時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時 延；當(dāng)新接收的時差信息發(fā)生錯誤時，采用本地時間系統(tǒng)的時間信息作為秒級時間I ;只有 當(dāng)新接收的時差信息長時間連續(xù)可用時，才對本地秒級時間I進(jìn)行更新。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述的時間維護(hù)模 塊利用外部輸入的基準(zhǔn)信號得到秒級時間I，建立本地時間系統(tǒng)，并對外部基準(zhǔn)時間信息中 的秒級時間II進(jìn)行判斷；當(dāng)秒級時間II發(fā)生錯誤時，采用本地時間系統(tǒng)的秒級時間I提供 給時間同步模塊；當(dāng)外部基準(zhǔn)時間信息中提供的秒級時間II長時間連續(xù)可用時，以新接收 的時間作為本地秒級時間I。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述的時鐘調(diào)整模 塊從時間同步模塊中獲取檢測設(shè)備與被測設(shè)備主時鐘的時間偏差，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到本地時 鐘與被測設(shè)備主時鐘的鐘差數(shù)據(jù)，利用鐘差數(shù)據(jù)調(diào)整本地時鐘，使本地時鐘與被測設(shè)備主 時鐘同步；利用同步后的本地時鐘計數(shù)得到秒內(nèi)時間并輸出至?xí)r間維護(hù)模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，其特征在于所述時鐘調(diào)整模塊 中本地時鐘為帶調(diào)整功能的高精度晶振和銣鐘。
8. —種采用權(quán)利要求l所述檢測設(shè)備的自主測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的方法，其特征在于， 它包括以下步驟①檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息和跟隨信息，記錄接收同步信息的 時刻，并從跟隨信息中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的真實時間，由此得到檢測設(shè)備和被測設(shè)備的時間偏移量；對本地時鐘進(jìn)行調(diào)整，消除與被測設(shè)備的時間偏移量；② 對本地時鐘進(jìn)行調(diào)整后，檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息，并在檢 測設(shè)備中記錄發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息的時間，并向檢測設(shè) 備發(fā)送時延響應(yīng)信息，所述的時延響應(yīng)信息中包含被測設(shè)備接收時延請求信息的時間；③ 檢測設(shè)備根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，得到 檢測設(shè)備與被測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延；檢測設(shè)備糾正本地時鐘，使檢測設(shè)備與被測設(shè)備的 時間同步；④ 檢測設(shè)備利用同步后的本地時鐘合成本地秒脈沖信號；所述的本地秒脈沖信號與外 部的基準(zhǔn)秒脈沖信號進(jìn)行同步精度測量，得到本地秒脈沖的同步精度，該同步精度即為被 測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。
9. 一種采用權(quán)利要求1所述檢測設(shè)備的外部基準(zhǔn)測量網(wǎng)絡(luò)授時精度的方法，其特征在 于，它包括以下步驟a、 檢測設(shè)備接收外部的基準(zhǔn)時間信息，根據(jù)該基準(zhǔn)時間信息調(diào)整本地時鐘，建立獨立 的本地時間系統(tǒng)；b、 檢測設(shè)備接收被測設(shè)備周期性發(fā)送來的同步信息和跟隨信息，記錄接收同步信息的 時刻，并從跟隨信息中提取被測設(shè)備發(fā)送同步信息的真實時間，由此得到檢測設(shè)備和被測 設(shè)備的時間偏移量；同時，檢測設(shè)備周期性地向被測設(shè)備發(fā)送時延請求信息，并在檢測設(shè)備 中記錄發(fā)送該信息的時間；被測設(shè)備記錄接收到時延請求信息的時間，并向檢測設(shè)備發(fā)送 時延響應(yīng)信息，所述的時延響應(yīng)信息中包含被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，檢測設(shè)備 根據(jù)發(fā)送時延請求信息的時間和被測設(shè)備接收時延請求信息的時間，得到檢測設(shè)備與被測 設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)時延；c、 檢測設(shè)備根據(jù)在步驟b中得到的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)時延，經(jīng)過計算得到得到同步精 度，該同步精度即為被測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)授時精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡(luò)授時精度的檢測設(shè)備，它包括時間同步模塊周期性地與被測設(shè)備主時鐘進(jìn)行通信，計算與被測設(shè)備時鐘的時間偏移量和網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；時間維護(hù)模塊與時間同步模塊相連接；時鐘調(diào)整模塊與時間維護(hù)模塊相連接；同步精度測量模塊與時間維護(hù)模塊連接；用戶接口模塊，它包括網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口和脈沖輸入輸出接口，其分別與時間維護(hù)模塊、時鐘調(diào)整模塊和同步精度測量模塊相連接；用戶管理模塊，其與時間同步模塊和用戶接口模塊相連接，用于提供用戶遠(yuǎn)程管理平臺。本發(fā)明中的檢測設(shè)備可以以點對點方式對一臺主時鐘設(shè)備進(jìn)行檢測，也可以一臺檢測設(shè)備同時檢測多臺主時鐘設(shè)備，檢測平臺搭建簡單，組網(wǎng)方式靈活，測試效率高。
文檔編號H04J3/06GK101771487SQ200810231588
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者吳淑琴, 李軍華, 李波, 賈小波 申請人:鄭州威科姆科技股份有限公司