IEEE1588协议延时不对等问题的修正
IEEE1588同步时钟网络时延误差的分析及修正
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１２．０１５ＩＥＥＥ １５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正黎锐烽１，２，曾祥君１，李泽文１，王 阳１，３（１．智能电网运行与控制湖南省重点实验室，长沙理工大学，湖南省长沙市４１０００４；２．广东电网公司珠海供电局，广东省珠海市５１９０００；３．新乡供电公司，河南省新乡市４５３０００）摘要：ＩＥＥＥ １５８８同步时钟基于ＴＣＰ／ＩＰ技术，采用变电站通信网络对时，受通信网络传输阻塞的影响，存在同步报文传输路径延时误差。
文中分析了ＩＥＥＥ １５８８时钟同步精度误差；提出了基于区分服务调度模型的同步报文路径延时误差修正方法，通过设置网络节点业务报文队列的优先级，建立了带宽调节因子和紧迫度机制，确定了同步报文的时延，并提出时钟发生器振荡频率的修正方法；实现ＩＥＥＥ １５８８同步时钟误差的修正。
搭建了高精度网络时钟硬件平台，并完成了测试。
实验结果表明，该时钟实现了纳秒级网络对时，能够满足智能变电站ＩＥＣ ６１８５０标准对时间精度的要求。
关键词：ＩＥＥＥ １５８８协议；智能变电站；通信网络；路径延时误差；区分服务调度模型收稿日期：２０１１－０８－２４；修回日期：２０１１－１２－２３。
国家自然科学基金资助项目（５０９７７００３）；湖南省科技计划重点资助项目（２０１０ＣＫ２００２）；湖南省高校创新平台开放基金资助项目（０９Ｋ０６７）；湖南省高校科技成果产业化培育资助项目（０９ＣＹ０１１）。
０ 引言变电站的设备智能化是实现智能电网的重要基础环节，随着ＩＥＣ ６１８５０标准的完善，智能变电站对同步时钟精度和稳定性要求越来越高［１－３］。
ＩＥＥＥ１５８８同步时钟对时精度达亚微秒级，但该时钟基于网络对时，以变电站通信网络为传输基础［４－５］。
变电站通信网络是基于ＩＰ承载技术的综合数据业务网，承载着站内全部通信业务，因此，存在同步报文传输不可靠、路径时延不确定等问题，而且时钟发生器自身也存在振荡频率偏移误差，这些因素都将影响ＩＥＥＥ １５８８同步时钟的授时稳定性。
IEEE_1588协议
IEEE_1588协议IEEE1588协议，也称为精密时钟同步协议，是一个用于实时系统中精确同步时钟的网络协议。
它的目标是提供亚微秒级的时钟同步精度，以满足高精度和高同步性能的实时应用需求。
IEEE1588协议主要用于工业自动化、电力系统、通信系统等领域，能够实现在分布式系统中所有时钟设备之间的同步。
IEEE 1588协议的原理是基于主从模式，其中一个设备是主时钟（Master Clock），该设备通过发送同步消息来广播时间信息，其他设备则是从时钟（Slave Clock），它们通过接收同步消息来校正自身的时钟。
主从模式可以实现网络中所有设备的时间同步，但是主时钟设备需要提供高精准的参考时钟。
IEEE1588协议的消息格式如下：1. Sync消息（同步消息）：主时钟设备通过此消息广播时间信息，从时钟设备通过解析此消息来校正自身的时钟。
2. Delay_Req消息（延迟请求消息）：从时钟设备通过向主时钟设备发送此消息来计算时钟矫正的延迟。
3. Follow_Up消息（跟随消息）：主时钟设备通过此消息回复Delay_Req消息，包含时钟矫正延迟的信息。
4. Delay_Resp消息（延迟响应消息）：主时钟设备通过此消息回复Delay_Req消息，包含时钟矫正延迟的信息。
5. PDelay_Req消息（精确延迟请求消息）：用于测量主从时钟之间的延迟。
6. PDelay_Resp消息（精确延迟响应消息）：用于回复PDelay_Req消息，包含主从时钟之间的延迟信息。
7. Announce消息（通告消息）：用于通知网络中的设备主时钟的更改。
IEEE 1588协议的核心算法是时钟同步算法，该算法通过计算往返时延（Round-Trip Delay）来实现时钟同步。
往返时延包括主时钟设备发送Sync消息到从时钟设备接收到Follow_Up消息的时间，以及从时钟设备收到Delay_Resp消息到主时钟设备接收到的时间。
基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进
基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进刘建成【摘要】本文详细分析了IEEE1588时钟同步的基本原理,并在此基础上给出一种改进的时间同步方法.该改进的时钟同步算法针对网络传输路径的不对称性引入加权因子,用一定时间窗内的主从时钟偏差样本的算术平均值而不是直接利用主从时钟偏差来调整从时钟,并根据算法的状态改变时间窗N的大小,同时利用方差阈值滤波的方法过滤跳变过大时钟偏差测量值,保证同步算法的稳定性.最后给出Alcatel-Lucent TSS5R系统在实验室的时间性能实验结果.实验结果表明TSS5R时钟同步具有稳定的性能,同步精度达到亚微秒级,可满足PTN产品高精度时钟同步的要求.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】3页(P105-107)【关键词】时间同步;精确时间协议;IEEE1588;时间戳【作者】刘建成【作者单位】朗讯科技光网络有限公司上海研发中心,上海201206【正文语种】中文【中图分类】TN801随着计算机和互联网的迅速发展,基于网络的分布式应用越来越普及。
为了确保分布式网络化的终端能够实现精确的数据采集、运行控制等实时性任务，需要整个系统具有统一的参考时间，并且应该使所有分布式终端的本地时钟与该系统时间保持同步。
越来越多的工业测量和控制系统对时钟同步的精度要求也越来越高，尤其是在大多数以工业以太网为基础的控制系统中，已经对时钟同步提出了微妙级的同步要求。
特别是在分布式控制系统中，考虑到实时性的调度和控制，对时间统一的要求就更为严格。
传统的时间同步技术网络时间协议（Network timeprotocol,NTP）已经无法满足这种精度要求，比如对时钟同步精度要求非常苛刻的TDSCDMA网络就采用GPS卫星信号进行授时，虽然精度可以保证，但是GPS系统造价昂贵、安装复杂、兼容性差的缺点使得运营商不得不考虑其替代方案。
为了彻底解决分布式网络化测控系统的实时性问题，很多研究机构和测控公司纷纷投入人力、物力进行这方面的研究与实验。
基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进
基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进李学桥;陈园;梁爽【期刊名称】《计算机工程与科学》【年(卷),期】2011(33)2【摘要】在工业控制领域,时钟同步精度是影响工业以太网实时性的一个重要因素.为了满足工业以太网对时钟同步的高精度要求,本文对IEEE1588精确时间同步协议进行了研究,阐述了该算法实现高精度同步的原理,并针对以太网通讯路径不对称的情况,提出了一种同步改进算法,通过对同步延迟计算进行加权修正,提高了时钟同步精度.最后,在自行设计的测试系统中进行了测试,测试结果表明,改进算法有效提高了路径不对称条件下的时钟同步精度.%In the field of industrial control, clock synchronization precision is an important factor that affects the real-time performance of the industrial Ethernet. In order to satisfy the request for precise clock synchronization in the industrial Ethernet, this paper conducts the research to the IEEE1588 highprecision time synchronization protocol, carries on the elaboration to the principle of high-precision synchronization, proposes the corresponding improvement algorithm for asymmetric communication paths.Finally, the algorithm is tested in a self-designed system. The results of test show that the improved algorithm can effectively increase the clock synchronization accuracy under asymmetric communication paths.【总页数】4页(P42-45)【作者】李学桥;陈园;梁爽【作者单位】郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,河南,郑州,450002;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,河南,郑州,450002;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,河南,郑州,450002【正文语种】中文【中图分类】TP273【相关文献】1.IEEE1588精确时钟同步协议实施方案的比较 [J], 章立宗;张道农;刘永新;杜奇伟;汪彦;胡永春2.IEEE1588精确时钟同步协议从时钟设计 [J], 黄健;刘鹏;杨瑞民3.基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进 [J], 刘建成4.基于IEEE1588协议的局域网精确时钟同步研究 [J], 刘高;金施群5.基于IEEE1588协议的局域网精确时钟同步研究 [J], 刘高;金施群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
智能变电站中网络对时的优化设计
智能变电站中网络对时的优化设计摘要：随着通信和自动化技术的不断发展，智能变电站取代常规变电站已逐渐成为一种技术趋势。
广域信息同步实时采集技术是实现智能变电站各项应用功能的基础，它要求电子式互感器对电网电流和电压的数据一经采样便可被多个智能变电站中各个智能电子设备共享。
然而，无论控制和保护，还是监测和计量的计算处理都要求采样数据应在同一个时间点上采集，以免相位和幅值产生误差。
智能变电站中IEEE1588(IEC61588)网络对时信息与采样值共网传输时，由于IEEE1588对时信息网络传输的往返延时不一致，从而造成同步精度降低。
本文通过构建多次对时信息交换的时钟模型，并对本地时钟相偏进行最优推导，显著减小了网络传输延时不对称对智能电子设备的对时影响。
关键词：智能变电站;网络对时;信息延时;相偏估计;极大似然估计引言电力系统发展过程中，无论是建设智能变电站，还是投入应用，都赢得了许多技术人员的支持。
在智能化变电站技术应用中，工程调试技术和自动化系统结构，都是重要的组成部分，作为电力系统的工作人员必须要深入地认识和理解，才能够使自动化系统的结构和革新工程调试技术优化和发展，从而使智能变电站不断地创新和发展。
1智能变电站自动化系统的结构结构技术。
智能变电站自动化系统结构，将传统变电站综合自动化系统的结构技术继承并发展了，相对于传统变电站的结构技术，智能变电站自动化系统的结构技术不但数字连贯性更好和更加成熟，而且连接的速度也加快了，工程应用方式也能够满足高程度标准化的要求。
智能变电站自动化系统性结构技术完善，能够使智能变电站，既可以系统地维护和扩展工作，又能够更新工作，使变电站智能化进程进一步促进。
结构功能。
在智能变电站自动化系统的结构中，具有许多功能，运用变电站的一次设备作为对象的功能为最主要功能。
从功能性质上，智能变电站结构功能包括两个方面：基础功能和系统功能。
（1）基础功能，就是工程人员保护和排查以及监视自动化系统的基本工作；（2）系统性功能，就是运用自动化系统，工程人员将监控管理、控制站域、远程操作以及综合决策等相关变电站运行的活动实施。
IEEE1588V2路径延迟自动测量和非对称性补偿
Ｐａｔｈ ｄｅｌａｙ ａｕｔｏ ｍ ｅａｓｕｒｅ ｆｏｒ ａｓｙｍｍｅｔｒｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｉｎ ＩＥＥＥ１ ５８８Ｖ２
ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｙｎ ｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｌｏｃｋｓ （ＯＣ）ｍａｓｔｅｒ ａｎｄ ｏｒｄｉｎａｒ ｙ ｃｌｏｃｋｓ ｓｌａｖｅ ｉｎ ＰＴＰ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２ ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｔｈｅ ｗａｙ ｉｓ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｔｈ ｄｅｌａｙ ａｕｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ａｕｔｏ ｃｏｍｐｅｎ— ｓａｔｅｆｏｒ ａｓｙｍｍｅｔｒｙｉｎｔ ｈ ｅＩＥＥＥ １５８８Ｖ２ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙｈａｒｄｗａｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２，ＰＴＰ，ＯＣ，ａｓｙｍｍ ｅｔｒｙ，ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
时刻 ．基 于普 通 主时钟 的本 地 时 间 。ｔ ｍｓ：普 通 主 时钟
到普 通从 时钟 的路径延 迟 。ｔ ｓｍ：普 通从 时 钟到 普通 主
时 钟 的路 径 延 迟 当一 个 完 整 的 消 息 交 换 周 期 完 成
Ｏ 引言 精 确 时钟 同步 系统 的实现 是基 于 ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２协
议标 准 的Ｉ１１．但在 ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２协 议 标准 中有一 个 时钟 同步 算 法 的前 提 假设 ．即在 计 算 从 时钟 与 主 时钟 的时 间 偏 差 时 假 定 主 时 钟 到 从 时 钟 的路 径 延 迟 等 于 从 时 钟 到主 时 钟 的路 径 延迟 。而 实 际上 ，这 种 在 网络 时 钟 上 的 主 到 从 以及 从 到 主 的双 向路 径 延 迟 是 不 可 能 恰 好相 等 的 幸 运 的是 ．在某 一种 特定 的实 际 应用 中 ，这 样 的双 向路 径 延 迟 差 总 是 固定 的并 且 是 可 以被 补 偿 的 。但 是 ．对 这 种 固定 的 双 向延 迟 差补 偿 的前 提是 我 们要 提 前 知 道这 个 差值 ．并 且 这 种 固定 双 向延迟 差 会 随着 应 用 环境 的变 化 而具 有 一定 的离散 性 所 以 ．应 用 环 境 发 生 变 化 后 ．我 们 需 要 重 新 获 取 双 向延 迟 差 值 ，并重新补偿 。本文描述的方法是通过硬件实时相 位 检测 的办 法 ．在 主 时钟 到从 时钟 的路 径 以及从 时钟 到 主 时钟 的路径 上 ．自动 准确 地 测 量设 备 内部 打 时戳
IEEE 1588论文：应用IEEE1588协议的电力系统对时技术
IEEE 1588论文：应用IEEE1588协议的电力系统对时技术【中文摘要】随着控制技术的发展、电力系统规模的扩大以及数字化变电站的应用,电力系统中IED(Intelligent Electronic Device)开始采用网络通信方式传输信息,不适合采用传统的对时方法和目前广泛使用的GPS硬接线对时,为此IEC 61850标准引入了简单网络时间协议(SNTP).但SNTP同步精度较低,要实现IEC 61850标准对智能电子设备规定的T3等级精度(25μs)很困难。
2002年出现的IEEE 1588精确时间协议(Precision Time Protocol, PTP),具有亚微秒级的同步精度,并且所占用的网络和硬件资源较少,为人们实现特定场所的网络时间同步提供了切实可行的途径。
针对电力系统中现有对时方式的缺陷,本文提出了应用IEEE 1588精确时间协议的对时方案,设计出高性能的PTP时钟同步装置。
文章系统的分析了IEEE 1588协议的网络结构、设备模型、报文类型以及PTP时钟同步原理,总结出IEEE 1588协议实现高精度同步的主要因素：硬件打印时间戳、PTP 报文传输速率的提高以及边界时钟和透明时钟的应用,为实现方案的设计奠定了基础。
完成了网络时钟节点软硬件方案的设计与实现,突出了硬件与软件之间功能分离的特点。
其中,硬件设计主要包括：微处理器和PHY芯片的选择以及底板的制作,并简单介绍了微处理器MC9S12NE64对以太网的支持以及PHY芯片DP83640对IEEE 1588协议的硬件支持。
软件设计主要包括：首先针对MC9S12NE64处理器,引入了免费的轻量级TCP/IP协议栈OpenTCP,提出了OpenTCP的裁减和裁减方案,完成了网络协议栈的“瘦身”；其次介绍了基于DP83640驱动程序的设计,包括基本通信功能的实现和IEEE 1588时钟的设置与调整；最后详细叙述了PTP时钟报文的结构,给出了报文收发程序的流程,完成了主从时钟各自功能的设计。
IEEE Std 1588基本技术
IEEE Std 1588在数字化 变电站内的应用
GPS/北斗
继电保护 后台工作站 工程师站
保信子站
IEEE1588 交换机
1588主钟 VQC五防
远动主机
1 保护IED
数字录波
1
1 测控IED
IEEE1588 交换机
误差和延时的计算(E2E)
Master
time
t1
Sync
Follow up
Delay_Req
t8
TC time
Slave time
t2
Sync
t3
Sync
Follow up
t4
Follow up
Delay_Req t6 t7
Delay_Req
t5
Delay_Resp
Delay_Resp
Delay_Resp
IEEE Std 1588基本技术
2012.05
电力系统中常用的对时方式
➢IRIG-B码
光IRIG-B码 电IRIG-B码（AC、DC）
➢脉冲对时（PPS、PPM） ➢串行口报文对时 ➢NTP、SNTP对时 ➢IEEE Std 1588网络对时（PTP对时）
PTP对时与其它对时方案 的对比
IEEE Std 1588协议
TC time
Slave time
t2
Sync
t3
Sync
Follow up
t4
Follow up
Pdelay_Req
t6
t5
t7 Pdelay_Resp t8
Pdlay_Resp_F ollow_Up
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２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
电子测量与仪器学报
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中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ３ 文献标 识码 ： Ａ 国 家标 准学科 分类代 码 ： ５ ２ ０ ． ３ ０ ４ ０
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析 了交换 设备 固有延 时时间不对 等和 线路 传输 延 时不 对 等 问题对 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ５ ８ ８同步协 议 的影 响 ， 并 针对 性地 提 出 了修正 方 法 。采用 能够记 录报 文时间戳 的交换设 备 ， 修 正 了交换 设 备 固有 延 时不 对 等引 起 的同 步误 差 ； 测 量线 路传 输 延 时时 间差
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ；ｕ ｎ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｔ ｉ ｍｅ ；￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；Ｉ Ｅ ＥＥ１ ５ ８ ８
１ 引 言
Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ５ ８ ８协 议 延 时不 对 等 问题 的修 正
李
摘
超
徐 启峰
福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ）
（ 福 州大 学 电气 工程与 自动化学 院
要： Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ５ ８ ８同步协议 在 网络 化测控 系统 中得到 了广泛应用 ， 其 时钟 同步 精度 直接 影响 测量 仪器 的准 确度 。详 细分
后， 通过软件方法修正了线路传输延时不对等引起的同步误差； 最后对从时钟频率进行了修正 ， 提高了从 时钟同步的稳定
性 。实 验结果 表 明 ， 所 提出 的修 正方法 行之有效 ， 可将 同步 精度提 高至 ５ ０ Ｂ Ｓ 。 关键 词 ： 精密时 间协议 ； 延 时不对 等 ； 频 率修正 ； 时 间 同步 ； Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ５ ８ ８