几种IEEE1588对时实现方法的分析与比较

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基于IEEE1588时钟同步协议的分析与研究

ｇｒａｍｓｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅｓａｒｅａｌｓｏｌｉｓｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌＥＥＥ１５８８，ＰＴＰ，ｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ
数字化变电站同常规变电站的显著区别在于使用电子式电
准” ，ＩＥＥＥ１５８８标准的基本功能便是使分布式网络内的时钟与其中最精确的时钟保持同步，其网络对时精度可达亚ｓ级，这
（１）
（２）
假设Ｄｅｌａｙ１＝Ｄｅｌａｙ２，进而可得：
Ｄｅｌａｙ＝（Ｔ２－Ｔ１）＋（Ｔ４－Ｔ３）
一
（３）
（４）
Ｏｆｆｓｅｔ－（Ｔ２－Ｔ１）＋（Ｔ４－Ｔ３）
一
是ＮＴＰ等其他协议无法比拟的。所以，它的出现，正好契合了数字化变电站中所需要的精确时钟同步要求。现在，ＩＥＣ也将它转化为ＩＥＣ６１５８８ — ２００８标准ｆ３］，这个标准已成为当前各种总线普
设主时钟到从时钟线路延时为Ｄｅｌａｙ１，从时钟到主时钟线路延时为Ｄｅｌａｙ２，可以得到如下等式：
Ｔｌ＋Ｄｅｌａｙｌ＋Ｏｆｆｓｅｔ＝Ｔ２
Ｔ３＋Ｄｅｌａｙ２－Ｏｆｆｓｅｔ＝Ｔ４

智能变电站IEEE1588时钟同步方案对比研究

ｃｏｋｓｃｏｉａｉｎｍｅｈｄａｏｈｍｅｔｙｃｏｉａｉｎａｃａｙｒｑｉｅｎｓｏｔｌｇｎｂｔｔｎｌｃｙｈｎｚｔｔｏｓｎｂｔｅｎｈｎｚｔｃｕｃｕｒｍｅｔｆｎｅｌｅｔｕｓａｉ．ｎｒｏｃｓｒｏｒｅｉｉｓｏＫｅｒｓｉｔｌｇｎｕｓｔｎＩＥ１８；ｉｙｃｏｉａｉｎｓｔｈｙｗｏｄ：ｎｅｌｅｔｂｔｉ；ＥＥ５８ｔｉｓａｏｍｅｓｈｎｚｔ；ｗｉｎｒｏｃ
第２卷４
华中电力
２１年第６０１期
智能变电站ＩＥ１８时钟同步方案对比研究ＥＥ５８
谢俊，李昀照，李锋，冯维纲，王正齐，赵银风
（．华中电网有限公司，湖北武汉４０７：２１３０７．武汉中元华电科技股份有限公司，湖北武汉４０２）３２３
关键词：智能变电站；ＩＥ５８源自ＥＥ１８；时钟同步；交换机
中图分类号：Ｔ６Ｍ７文献标志码：Ａ文章编号：１０ —５９２１）６０４５０６６１（０１０．０９０
ＲｅｅｒｈｏＥＥＥ８ｍｅＳｎｈｏｉａｉｎＭｅｈｄｓａｃｎＩ１８Ｔｉｙｃｒｎｚｔｏｔｏ５
ＡｂｔａｔＴｅｄｖｌｐｎｆｎｅｌｅｔｕｓａｉｎａｄｉｔｌｇｎｏｒｇｉｅｎｉｈｒｅｆｒａｃｆｓｒｃ：ｈｅｅｏｍｅｔｏｔｌｇｎｂｔｔｎｅｌｅｔｗｅｒｄｄｍａｄａｈｇｅｒｏｍｎｅｏｉｉｓｏｎｉｐｐｔｙｃｒｎｚｔｎｉｌｃｒｃｐｗｅｙｔｍ，ｎｔｉｐｐｒａｂｓｃｍｅｏｆｅｗｏｋｔｙｃｏｉａｉｎｉｉｓｎｈｏｉａｉｎｅｅｔｉｏｒｓｓｅｉｓａｅ，ａｉｔｄｏｔｒｉｓｈｎｚｔｍｅｏｈｈｎｍｅｎｒｏｓｅｐａｎｄａｄｔｅｍａｎｐｉｃｐｅｏＥ１８ ’ ｒａｉａｉｎａｉｈａｃｒｃｌｃｙｃｏｉａｉｎｉａｙｅ．ｘｌｉｅ，ｎｉｒｎｉｌｆＩｈＥＥ８Ｓｅｌｔｔｇｃｕａｙｃｏｋｓｎｈｎｚｔｓａｌｚｄ５ｚｏｈｒｏｎＴｙｃｏｉａｉｎｍｅｈｄ，ｎｍｅｙｐｉｔｏｐｉｔＩＥ１８ｎｅｏｋＩＥＥ１８ｒｘｅｍｅｔｌｗｏｓｈｎｚｔｔｏｓａｌｏｎ — －ｏｎＥＥ８ａｄｎｔｒＥ８ａｅｅｐｒｎａｌｎｒｏｔ５ｗ５ｉｙｖｒｆｄｂｓｄｏｅｓｕｙｏＥＥ１８ｓｒｃｏｋｓａｅｃｏｋａｄｓｔｈＴｈｅｕｔｈｗａｂｖｏｅｉａｅｎｔｔｄｆＩｉｅｈＥ８ｍａｔｌｃ，ｌｖｌｃｎｗｉ．ｅｒｓｌｓｏｔｔａｏｅｔ５ｅｃｓｈｗ

PTN1588v2时间同步技术分析

PTN1588v2时间同步技术分析1 概述IEEE1588v2有效解决了GPS同步成本⾼、安装困难等问题，是承载TD-SCDMA/LTE⽹络的关键技术之⼀。

1588v2有3种时钟模式：普通时钟（OC）、边界时钟（BC）和透明时钟（TC）。

OC通常是⽹络始端或终端设备，该设备只有⼀个1588端⼝且只能作为Slave（从端⼝）或Master（主端⼝）。

BC是⽹络中间节点时钟设备，该设备有多个1588端⼝，其中⼀个端⼝可作为Slave，设备系统时钟的频率和时间同步于上⼀级设备，其他端⼝作为Master，可以实现逐级的时间传递。

TC是⽹络中间节点时钟设备，可分为E2E（EndtoEnd）和P2P （PeertoPeer）两种。

1588v2最重要的技术是BMC算法（BestMasterClockAlgorithm，最佳主时钟算法），其作⽤为：建⽴主从同步链，保证时钟路由不成环；⽀持多个时间源的⾃由选择和⾃动切换；主⽤时钟链路出现故障后，能⾃动快速倒换到备⽤时钟链路。

本地时钟通过BMC算法来决策哪个时钟是最好的，并据此来决定端⼝的下⼀个状态值是Master、Slave还是Passive。

在PTN中，1588v2实现时间同步主要有BC和TC两种模式。

2 BC模式BC模式⼜可分为带外和带内两种。

图1所⽰为BC带外模式，主时钟是RNC/BTS，与主时钟直接相连的PTN节点A通过外时间同步接⼝1PPS（PulsePerSecond，秒脉冲）＋TOD （TimeofDate）接⼝同步到RNC/BTS，其后主从同步链上各个节点采⽤BC模式同步其上⼀个节点，实现逐级同步。

在图1中假设已建⽴三条主从同步链，即A－D－E、A－D－C－F 和A－D－C －F－G，主从同步链的建⽴可通过BMC 算法⾃动⽣成或通过⼈⼯配置完成。

RNC:⽆线⽹络控制器BTS：基站收发器Node B:3G移动基站以主从同步链A－D－C－F－G为例分析，可看出BC带外模式特点为：⑴主从同步链的⾸尾节点（A、G）运⾏OC模式，其中节点A运⾏主PTP模式，节点G运⾏从PTP模式，其余中间节点运⾏BC 模式，RNC、基站可不⽤⽀持1588v2协议处理；⑵它是⼀个逐级同步的过程，节点D同步到A，然后节点C再同步到D，依此类推，最终实现NodeB和RNC的时间同步；⑶PTN中主从端⼝数量⼀样，即有⼀个主端⼝就有⼀个从端⼝；⑷每条链路上的PTP包流量与⽹络节点数⽆关；⑸同步链的建⽴需要⼈为指定或运⾏PTP中的BMC算法；⑹若出现节点失效的情况，1588v2可采⽤BMC算法⾃动重新建⽴备⽤主从同步链，实现时间同步路径的⾃动倒换。

IEEE1588学习笔记

IEEE1588学习笔记
⼀、端对端透明时钟（E2E ）和点对点透明时钟（P2P ）
1.1 透明时钟概述
IEEE1588V2.0版本（2008）相对于V1.0版本（2002）⼀个较⼤区别是，2.0版本增加了透明时钟类型。

⼀般组⽹中，交换机作为透明时钟使⽤。

当主从机交换消息路径包含⼀个或多个交换机时，延时包括两部分，路径延时（Path Delay）和驻留时间（residence time）。

⼀般来说，路径延时是报⽂在物理媒介上的延时，双向对称且延时稳定。

驻留时间取决于数据流量和交换机的处理能⼒，可能动态变化。

透明时钟分E2E （end to end）和P2P （peer to peer）两种类型。

两种类型都需要交换机⽀持将报⽂的出⼝时间（egress ）和⼊⼝时间（igress ）差值添加到报⽂中去。

此差值即为交换机的驻留时间。

P2P 时钟还能够主动发送延时请求报⽂给与它相接的端⼝，测量路径延时。

1.2 两种对时模式原理
E2E 模式对时原理：
图1.1 E2E透明时钟对时原理
如图1.1所⽰，主从时钟经过⼀个E2E 交换机对时，所有报⽂经过交换机时，交换机会将驻留时间累加到报⽂的校正域（CF ）中, 但是路径延时并没有事先知道，要发送同步报⽂和延时请求报⽂计算路径延时。

E2E 模式主机需要响应所有从机的Delay_Req报⽂，⽹络规模受到限制。

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ieee1588 ptp授时原理及应用

ieee1588ptp授时原理及应用ieee1588因授时精度高，广泛应用在实验室、工业自动化、电力系统、导弹发射的遥控遥测系统和舰船雷达系统等通信行业。

本文将就ptp授时原理和特点进行简单说明。

ptp必须有硬件电路支持才可以使用，也就是说必须有主从搭配才能正常授时。

其工作原理是主时钟和从时钟之间周期性的交换时间同步信息。

同时精确的捕获信息包的发出和接受的时间，加盖时间戳信息。

从时钟通过接收主时钟发的同步信息、解析出时戳信息，通过某种算法计算出与主时钟的时间误差以及和网络中的传输延时，以此为依据将本地时钟信息进行校正。

PTP授时方式分为广播和单播，一般ieee1588主时钟多播可以带约200个客户端，单播最多100台，越多精度下降的越厉害。

如果使用高级ptp模块，性能指标各方面比较好的例如SYN2411型IEEE1588主时钟单播模式下最多带256台从时钟，一般建议200台即可，广播模式下，一路ptp可带约1千台从时钟。

同步精度小于等于30ns主时钟相对于外部参考，背靠背测试环境提的精度指标。

ptp授时精度从理论上来说主要受两方面的影响，一方面是打时间戳的位置另外是软件同步的算法。

打时间戳目前可以在物理层、数据链路层和应用层上进行，同时精度会依次降低。

一般来讲硬件单元包括UDP用户数据包协议传输层、网络连接协议IP传输层、MAC数据链路层、传输层和PHY物理层。

除了机箱式的ptp主从时钟以外，如在实际使用环境中对设备体积要求比较小，且单位有1588时钟模块的集成能力，可选择采购各种1588ptp板卡，体积小巧，性价比极高，做主做从都可以使用。

例如SYN2407C型授时模块使用时建议搭配SYN2306C型接收机同时使用，不然后期调试比较麻烦。

ieee1588ptp设备在实际的应用当中首先需要在网络的某个节点处部署一台ptp主时钟，然后将所有被授时的设备配置成ptp从节点，从节点不断地和主节点交换同步时间的报文，获得准确的时间信息从而校正本地时间，实现与主节点的同步，最终实现整个系统节点之间时间的高精度同步。

IEEE1588授时系统同步性能的测试与分析

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｙａｎ，４４２００２）
接口，允许其他标准组织（如ＩＴＵ— Ｔ，ＩＥＴＦ
型
：
Ｔ技
术
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ￣ｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ
ＩＥＥＥ１５８８授时系统同步性能的测试与分析 ① ②
胡志慧（湖北汽车工业学院电气与信息工程学院
湖北十堰
１ＩＥＥＥ１５８８简介
ＩＥＥＥ１５８８ｌ的全称是 “网络测量和
准（版本１．０），最初的标准主要用于工业自
动化、精密控制以及工业测量和测试方面。ＩＥＥＥ在２００８年４月推出了ＩＥＥＥ１５８８ｖ２，该版本主要的是开放了ＩＥＥＥ１５８８的应用
４４２００２）
摘要：由于许多应用领域对高精度罔络时钟同步系统的需求，ｉＥＩＥＥＥ１５８８标准精确时同同步协议（ＰＴＰ）具有了巨大的发展潜力。该文首先对ＩＥＥＥｉ５８８高精度时间同步的原理进行了阐述，然后分析了时间戳的生成方式。最后以自行开发研制的授时服务器和时间同步从设备为平台，测试

IEEE 1588 PTP对时系统原理以应用

IEEE1588 PTP对时系统原理及特点随着网络技术的快速发展，以太网的定时同步精度也在不断入提高，为了适应网络技术的变化，人们开发出了NTP网络时间协议来提高各网络设备的定时同步功能，但在一些对时间精度要求很高的行业中，NTP还是不能满足各设备之间的定时同步精度。

而IEEE 1588 PTP 对时系统，可以解决一些高精度设备所需要的时间信息，并实现时间同步。

IEEE 1588标准被称为“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”或简称为“PTP”。

IEEE 1588标准是通过一个同步信号周期性对网络中所有节点的时钟进行校正同步，并使以太网的分布式系统实现精确时间同步，IEEE 1588 PTP对时系统可以应用于任何组播网络中。

IEEE 1588将整个网络内的时钟分为两种，普通时钟和边界时钟，只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。

其中边界时钟通常用在确定性较差的网络设备，如交换机和路由器上。

从通信关系上又把时钟分为主时钟和从时钟，任何时钟都能作为主时钟和从时钟，并且保证从时钟与主时钟时间同步。

IEEE 1588 PTP对时系统可以实现主时钟和从时钟功能，在系统的同步过程中，IEEE 1588 PTP对时系统提供时间同步及时间信息，SYN2403型PTP精密从时钟接收SYN2401型PTP精密主时钟发来的时间戳信息，系统根据此信息计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，从而使设备时间保持与主设备时间一致的频率和相位,实现频率同步和时间同步。

PTP与其他网络同步协议如SNTP和NTP相比，主要区别PTP针对更安全和更稳定的网络环境设计，占用网络和计算机资源更少。

SYN2401型PTP精密主时钟目前的版本是IEEE1588-2008，PTP V2，主要应用于本地化、网络化的系统，内部组件相对稳定。

1588对时方式

IEEE 1588对时方式概要2008年7月1日章鱼发表评论阅读评论IEEE1588是通过以太网同步时钟，提供亚微妙级的对时精度。

IEEE1588的对时过程包含两步：（1）确定网络中提供主时钟的设备；（2）通过计算主从时钟偏移量和网络延时修正从设备时钟。

IEEE1588通过Best Master Clock算法确定网络中最精确的时钟，作为master，余下的所有时钟都作为slave，与主时钟同步。

同步的过程中需要计算主从时间差异，其中包含主从钟的偏移量和网络传输时延。

因此从时钟的修正也包含偏移量的修正和传输时延的修正。

首先主时钟发送带sync和带时标的follow up报文，从时钟收到之后，计算接收sync报文的本地时标和follow up报文中时标的差异，作为主从时钟的偏移量，并对本地时钟进行修正。

为修正传输时延，需要进行第二次的sync, follow up过程，由于网络传输时延并不稳定，接收sync报文的时标和follow up中的时标仍然可能存在差异，记作master-to-slave时延；接着slave 向master发出Delay request，master收到之后，回复带时标的delay response，slave计算发送delay request的本地时标和delay response里带的时标的差，记作slave-to-master时延。

将master-to-slave和slave-to-master时延求平均，即得到主从时间的精确差异。

由于主从时钟的漂移是相对独立的，因此同步的过程必须周期性地进行。

图例说明：一开始，主时钟的100s对应于从时钟的80s，假设网络时延为2s，主时钟在100s时刻发送的报文，在从时钟走到82s时到达，因此计算得到主从时钟偏移量为18s；依此对从时钟进行修正，此时主时钟105s 对应从时钟103s，假设网络时延没有发生变化，则主时钟105s发出的第二次sync报文在从时钟105s 到达，因此计算得到master-to-slave时延为0，从时钟108s（即主时钟110s）发出delay request，主时钟在112s时收到，并回复delay response，因此slave-to-master时延为(112-108)=4s。

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《测控技术１２０１３年第３２卷第２期
几种ＩＥＥＥ１５８８对时实现方法的分析与比较
韩琳，范旭娟，潘登
４３００７２；（１．广东水利电力职业技术学院自动化工程系，广东广州５１０６３５；２．奇计算机科技有限公司，广东广州５１０６６５）
ＨＡＮＬｉｎ．ＦＡＮＸｕ－ｊｕａｎ．ＰＡＮＤｅｎｇ
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｉｒｃＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，
摘要：为了满足不同场合下对时钟同步的需求，分析和比较了几种不同ＩＥＥＥ１５８８对时的实现方法，并
通过实验测量统计了不同方法的对时精度。结果表明采用硬件支持的ＩＥＥＥ１５８８对时方法可以实现亚微秒级的对时精度，采用纯软件实现的ＩＥＥＥ１５８８对时方法可以实现亚毫秒级的对时精度。这对于选择合适的ＩＥＥＥ１５８８对时方式，以最少的资源实现预期的对时效果具有参考指导意义。关键词：ＩＥＥＥ１５８８；对时；时间戳；精度中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：１０００— ８８２９（２０１３）０２— ００７４— ０３ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＳｅｖｅｒａｌＩＥＥＥ１５８８ＴｉｍｅＳｙｎｅｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓ
１５８８ｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｅｘｐｅｃｔｅｄｅｆｆｅｃｔｗｉｔｈｔｈｅｌｅａｓｔｃｏｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ１５８８；ｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅｓｔａｍｐ；ａｃｃｕｒａｃｙ
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６３５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｉｒｃａｌＥｎｉｇｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈｎａ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；
３．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＰｔＳｗｉｔｃｈＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ．ｓｅｖｅｒａｌＩＥＥＥ１５８８ｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ．ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ａｎｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅａｆｅｃｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｓｔａｔｉｓｔｉｃｌｌａｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈｈａｒｄｗａｒｅａｓｓｉｓｔａｎｃｅｃａｎｒｅａｃｈａｎａｃｃｕｒａｃｙｌｅｓｓｔｈａｎａｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｒｅａｌｉｚｅｄｆｕｌｌｙｂｙｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｒｅａｃｈａｎａｃｃｕｒａｃｙｌｅｓｓｔｈａｎａｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ．ＴｈｉｓｉｓｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｔｏｃｈｏｏｓｅａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅＩＥＥＥ