一種基于ieee1588時(shí)鐘模型的同步校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種時(shí)鐘同步校正方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用IEEE1588v2以及一個(gè)特別設(shè)計(jì)的時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)制可以提供達(dá)微秒甚至亞微秒 級(jí)別的時(shí)鐘同步精度。而這都是基于一個(gè)很重要的假設(shè)，從主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的數(shù)據(jù)包的傳 輸時(shí)延以及從時(shí)鐘到主時(shí)鐘的傳輸時(shí)延相等。然而在現(xiàn)實(shí)中，通信路徑是不完全對(duì)稱，這主 要是由于不同的正向和反向鏈路的延遲和排隊(duì)延遲。數(shù)據(jù)包延遲的不同主要是因?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng) 中的元素（如交換機(jī)和路由器）的數(shù)據(jù)包的不同排隊(duì)工程引起的。這尤其適用在定時(shí)傳送 采用端對(duì)端方式，且從網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有任何形式的定時(shí)輔助來(lái)緩解排隊(duì)延遲的影響的情況下。
[0003] 傳播延遲的不對(duì)稱性已成為解決時(shí)鐘同步問(wèn)題的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)計(jì)時(shí)機(jī)制中 邊界時(shí)鐘（BC)和透明時(shí)鐘（TC)在以下兩種情況下可消除延遲的不對(duì)稱性。第一個(gè)場(chǎng)景， 可變排隊(duì)延遲的正向和反向路徑；第二個(gè)場(chǎng)景，通過(guò)定時(shí)數(shù)據(jù)包在每個(gè)方向以不同的路徑 造成的不對(duì)稱性。值得注意的是，時(shí)間支持機(jī)制（BC和TC)由于網(wǎng)絡(luò)元素之間不同的物理 鏈路，并不能糾正延遲的不對(duì)稱性。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中為解決延遲的不對(duì)稱性問(wèn)題，大量工作的展開(kāi)是著眼與解決物理鏈路 的部隊(duì)稱性問(wèn)題，鮮有對(duì)QIA在端對(duì)端方式傳輸中的問(wèn)題的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于IEEE1588時(shí)鐘模 型的具有二次校準(zhǔn)流程的同步校正方法，以解決主從時(shí)鐘間時(shí)間不對(duì)稱的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是：一種基于IEEE1588時(shí)鐘模型的 同步校正方法，執(zhí)行如下步驟：
[0007] 1)獲取所述IEEE1588時(shí)鐘模型的時(shí)刻點(diǎn)；
[0008] 主時(shí)鐘在T1 [n]時(shí)刻點(diǎn)發(fā)送帶有T1 [n]時(shí)間戳的Sync報(bào)文到從時(shí)鐘，從時(shí)鐘接收 到所述Sync報(bào)文的時(shí)刻點(diǎn)為T(mén)2 [n]，并為所述Sync報(bào)文打上時(shí)間戳T2 [n];
[0009] 從時(shí)鐘在T3[n]時(shí)刻點(diǎn)發(fā)送帶有T3[n]時(shí)間戳的DelayReq報(bào)文到主時(shí)鐘，主時(shí)鐘 接收到所述DelayReq報(bào)文的時(shí)刻點(diǎn)為T(mén)4[n]，并為所述DelayReq報(bào)文打上時(shí)間戳T4[n]; [0010] 主時(shí)鐘將時(shí)間戳T4[n]嵌入到第n個(gè)DelayResp報(bào)文中并傳播到從時(shí)鐘，完成第 n個(gè)交換過(guò)程；
[0011] 當(dāng)所有n個(gè)交換過(guò)程均結(jié)束時(shí)，整個(gè)PTP報(bào)文交換結(jié)束；
[0012] 其中，n為正整數(shù)；
[0013] 2)由所述IEEE1588時(shí)鐘模型得到服務(wù)器的時(shí)間S(t)與客戶端的時(shí)間C(t)之間 的關(guān)系，S(t) = (l+a)C(t)+0 (I)
[0014] 結(jié)合PTP協(xié)議和式⑴得所述Sync報(bào)文發(fā)送與接收過(guò)程中各時(shí)間戳關(guān)系式，
[0015] T1 [n]+df+qf [n] = (1+a [n]) T2 [n] + 9 [n] (2)
[0016] 所述DelayReq報(bào)文發(fā)送與接收過(guò)程中各時(shí)間戳關(guān)系式，
[0017] T4[n]-dr-qr[n] = (1+a [n])T3[n]+0 [n] (3)
[0018] 式⑵和式⑶中的從時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的時(shí)間偏移為0 [n]，
[0020] 其中，
[0021] a為歪斜程度系數(shù)，傳輸介質(zhì)的種類k以及傳播路徑的長(zhǎng)度1成正比；
[0022] a [n]為第n個(gè)交換過(guò)程的歪斜程度系數(shù)；
[0023] 0為從時(shí)鐘的時(shí)間偏移；
[0024] 0 q[n]為可變排隊(duì)時(shí)延偏差，；
[0025] 士為主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的物理鏈路延遲；
[0026] qf為主時(shí)鐘的可變排隊(duì)時(shí)延，qf[n]為主時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的可變排隊(duì)時(shí)延；
[0027] 4為從時(shí)鐘到主時(shí)鐘的物理鏈路延遲；
[0028] 從時(shí)鐘的可變排隊(duì)時(shí)延，q Jn]為從時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的額可變排隊(duì)時(shí) 延；
[0029] 3)基于步驟1)中的時(shí)間戳1'1[11]、1' 2[11]、1'3[11]、1'4[11]進(jìn)行差分運(yùn)算得，
[0030] e [n] = qf [n]-qf [n-1] = (1+a [n]) dT2 [n]-(IT1 [n]
[0031] T[n]=qr[n]-qr[n-l]= dT4[n]-(l+a[n])dT3[n]
[0032] e [n]是主時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的可變排隊(duì)時(shí)延qf[n]的一階差分，
[0033] Y [n]是從時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的可變排隊(duì)時(shí)延qjn]的一階差分；
[0034] 4)由步驟3)所給出的一階差分值，得第n個(gè)交換過(guò)程的不對(duì)稱偏移 AM = (&[W -~M)/2,再通過(guò)指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均濾波器來(lái)得到4[n]的平均量^qav'^qav為平均可變排隊(duì)時(shí)延偏移4仰，
[0035] Oqavin] = (I ~ P)9qav[^~ 1] +
[0036] 其中，0是濾波因數(shù)，〇〈0〈1，通過(guò)調(diào)整0，使得0值趨近于零，完成所述服務(wù)器 與所述客戶端的同步校正。
[0037] 上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：步驟3)之后對(duì)qf[n]和q,[n]進(jìn)行歸一化處理，并以步 驟3)中所提到的主時(shí)鐘的可變排隊(duì)時(shí)延的最小量cIA nin以及從時(shí)鐘的可變排隊(duì)時(shí)延的最 小量Clrmin作為歸一化處理的參考值，并得qjJfP q ^對(duì)應(yīng)的歸一化量^和
[0040] 其中，
[0041] e s[n] = e s[n_l]+e [n]
[0042] = e s[n_l]+qf[n]_qf[n_l]
[0043] = e s[0]+qf [n]-qf [0]
[0044] rs[n] = r s[0]+qr[n]-qr[0]
[0045] e s[0] = y s[0] = 0。
[0046] 上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：第n個(gè)交換過(guò)程瞬時(shí)不對(duì)稱偏移& [n]由對(duì)應(yīng)的第n個(gè) 交換過(guò)程歸一化量％>]和qrnr[n]來(lái)確定~[n]，~[n] = dr[n]-隊(duì)>])/2。
[0047] 上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：根據(jù)主時(shí)鐘和從時(shí)鐘的可變排隊(duì)時(shí)延的序列分別確定所 述PTP報(bào)文的正向和逆向，并以正向可變排隊(duì)時(shí)延和逆向可變排隊(duì)時(shí)延來(lái)確定瞬時(shí)不對(duì)稱 偏移4。
[0048] 上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：所述PTP報(bào)文的正向和逆向的數(shù)據(jù)流相互獨(dú)立。
[0049] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明基于IEEE1588時(shí)鐘模型的基礎(chǔ)， 在此基礎(chǔ)上跳出常規(guī)的方法，考慮通過(guò)補(bǔ)償方法來(lái)消除由主從時(shí)鐘之間的時(shí)間誤差造成的 服務(wù)器與客戶端之間的時(shí)間不同步的情況；本方法主要考慮由主從時(shí)鐘帶來(lái)的時(shí)間偏移， 通過(guò)獲取報(bào)文傳輸過(guò)程中各點(diǎn)上的時(shí)間戳進(jìn)行計(jì)算，確定系統(tǒng)的補(bǔ)償量，以對(duì)時(shí)間偏移進(jìn) 行修正（或校正），使得服務(wù)器與客戶端同步。并通過(guò)歸一化來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算使得運(yùn)算時(shí)間縮 短，便于更快進(jìn)行多次運(yùn)算及樣本容量的選擇以便于補(bǔ)償算法的實(shí)施，使得能夠更快的實(shí) 現(xiàn)端與端的同步。
【附圖說(shuō)明】
[0050] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0051] 圖1是本發(fā)明一種基于IEEE1588時(shí)鐘模型的同步校正方法實(shí)施例的主從時(shí)鐘傳 輸流程示意圖。
[0052] 圖2是本發(fā)明一種基于IEEE1588時(shí)鐘模型的同步校正方法實(shí)施例的補(bǔ)償算法流 程。
[0053] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中基于OPNET建立的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分支圖。
[0054] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的結(jié)果對(duì)比圖A。
[0055] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的結(jié)果對(duì)比圖B。
[0056] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例在不同0值下的報(bào)文傳輸端到端時(shí)間偏移。
[0057] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例在不同0值下的報(bào)文傳輸端到端時(shí)延。
【具體實(shí)施方式】 [0058] 實(shí)施例
[0059] 本實(shí)施例中為方便描述將本發(fā)明中提到的補(bǔ)償方法稱為QIA補(bǔ)償算法。
[0060] 本實(shí)施例是一種基于IEEE1588時(shí)鐘模型的同校正方法，其中IEEE1588時(shí)鐘模型 的原理如圖1所示，通過(guò)下述步驟，可對(duì)基于該模型原理的服務(wù)器與客戶端之間進(jìn)行實(shí)現(xiàn) 主從時(shí)鐘同步的校正工作，
[0061] 1)獲取IEEE1588時(shí)鐘模型的時(shí)刻點(diǎn)；
[0062] 主時(shí)鐘在T1 [n]時(shí)刻點(diǎn)發(fā)送帶有T1 [n]時(shí)間戳的Sync報(bào)文到從時(shí)鐘，從時(shí)鐘接收 到Sync報(bào)文的時(shí)刻點(diǎn)為T(mén)2 [n]，并為Sync報(bào)文打上時(shí)間戳T2 [n];
[0063] 從時(shí)鐘在T3[n]時(shí)刻點(diǎn)發(fā)送帶有T3[n]時(shí)間戳的DelayReq報(bào)文到主時(shí)鐘，主時(shí)鐘 接收到DelayReq報(bào)文的時(shí)刻點(diǎn)為T(mén)4[n]，并為DelayReq報(bào)文打上時(shí)間戳T4[n];
[0064] 主時(shí)鐘將時(shí)間戳T4[n]嵌入到第n個(gè)DelayResp報(bào)文中并傳播到從時(shí)鐘，完成第 n個(gè)交換過(guò)程；
[0065] 當(dāng)所有n個(gè)交換過(guò)程均結(jié)束時(shí)，整個(gè)PTP報(bào)文交換結(jié)束；
[0066] 其中，n為正整數(shù)。
[0067] 在獲得各點(diǎn)時(shí)間戳之后對(duì)主從時(shí)鐘間差值進(jìn)行補(bǔ)償嗎，應(yīng)用到如圖2所示的QIA 補(bǔ)償算法；
[0068] 2)由IEEE1588時(shí)鐘模型得到服務(wù)器的時(shí)間S(t)與客戶端的時(shí)間C(t)之間的關(guān) 系，S(t)=(l+a)C(t)+0 (I)
[0069] 結(jié)合PTP協(xié)議（PTP協(xié)議是IEEE1588協(xié)議的簡(jiǎn)稱，IEEE1588協(xié)議的全稱是"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)"）和式（1)得Sync報(bào)文發(fā)送與接收過(guò)程中各時(shí) 間戳關(guān)系式，
[0070] T1 [n]+df+qf [n] = (1+a [n]) T2 [n] + 9 [n] (2)
[0071] DelayReq報(bào)文發(fā)送與接收過(guò)程中各時(shí)間戳關(guān)系式，
[0072] T4[n]-dr_qr[n] = (1+a [n])T3[n]+9 [n]⑶
[0073] 式⑵和式⑶中的從時(shí)鐘的第n個(gè)交換過(guò)程的時(shí)間偏移為0 [n]，
[0075]其中，
[0076]a為歪斜程度系數(shù)，傳輸介質(zhì)的種類k以及傳播路徑的長(zhǎng)度1成正比；
[0077] a [n]為第n個(gè)交換過(guò)程的歪斜程度系數(shù)；
[0078] 0為從時(shí)鐘的時(shí)間偏移；
[0079]0 q[n]為可變排隊(duì)時(shí)延偏差，；
[0080] 士為主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的物理鏈路