第6章时间同步技术
电力系统中时间同步技术的应用
互 为备 用作 为 电网 的时钟 源 ， 给出全 网时 间 同步框 架
以及 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ５ ８ ８时 间协议 的具体 应用 。该方 案不 仅可
以在很 大程 度上保 证全 网时间 同步 质量 ， 而且 大 大提 高 了 电网运行 的安 全性 和 可靠性 。
提 供 覆 盖全 球 的高 精 度 、 高 可 靠性 的定 位 、 导 航 和授
１ ＧＰ Ｓ卫 星 导 航 系统 的发 展
Ｇ Ｐ Ｓ起 始 于 １ ９ ５ ８年 美 国军 方 的一 个 项 目， １ ９ ６ ４ 年投 入 使用 。２ ０世 纪 ７ Ｏ年 代 ， 美 国陆海 空 三军 联合
研制 了新 一代 卫 星定位 系统 Ｇ Ｐ Ｓ ， 主要 用 于为 陆海 空 三大 领域 提供 实 时 、全 天候 和全 球性 的导航 服 务 ， 并 进 行 情报 收集 、 核爆 监测 和应 急通 讯等 军事 活动 。经
问题 。 为此 ， 提 出全 网 时 间 同步 方案 ， 采用 北 斗／ Ｇ Ｐ Ｓ
箭双 星 ” 方 式 发射 导 航 卫 星 ， 且 是 同时 发 射 两颗 地球 中高 轨道 卫星 。 我 国还 将 陆续发射 ３颗北 斗导 航组 网 卫星 ， 进一 步提 升系 统服 务性 能 ． 扩 大服 务 区域 。 按照 北 斗 卫星 导航 系统 “ 三步 走 ” 发 展 战略 ， 到２ ０ ２ ０年 ， 我 国将 建 成 由 ３ ０余 颗 卫 星组 成 的北 斗 卫 星 导航 系 统 ，
保证 ． 授 时精 度 达 到 ５ ０ ｎ ｓ ， 已优 于 目前 Ｇ Ｐ Ｓ时 间 同
步技 术 所 能达 到 的授 时精 度 ，具 备 了取代 Ｇ Ｐ Ｓ时间 同步 技术 的能 力 。
过２ ０余 ａ的研 究 与试 验 ， 到 １ ９ ９ ４年 ， 全 球 覆 盖 率 高
06第六章 同步电机
= U cosψ 0 cosϕ + U sinψ 0 sin ϕ + IRa cosψ 0 + IX d sinψ 0
cosψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
E0 =
U cosϕ + IRa
sinψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX q )2
得证第一式
U sin ϕ + IX q
代入前式得
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX d )(U sinϕ + IX q ) (U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
IR IX cosϕ + a + sin ϕ + d U U
∗ 2 a 2 ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ d ∗ 2 q ∗ a ∗2 a ∗ q ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ 2 q
2 IX q IR sin ϕ + cosϕ + a + U U
∗ ∗ d Xq
)
得证第二式
∗ ∗ ∗ = Xq = Xs ，所以上两式简化为 对于隐极同步发电机，由于 X d = X q = X s 、 X d
E0 =
∗ E0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX s )2
(U
∗
∗ cosϕ + Ra
) + (U
PPS (精密时间同步)
PPS (精密时间同步)PPS（精密时间同步）是一种用于确保计算机和其他设备之间时间同步的技术。
它的作用是通过提供精确的时间信号，使得参与者能够在精确的时间点进行协调操作。
原理PPS的原理基于一个高精度的参考时钟源，通常是GPS（全球定位系统）。
GPS通过卫星定位提供精确的时间信号，这种信号可以用作参考时钟源。
接收到GPS信号的设备可以使用这个参考时钟源来校正自身的时钟，并通过PPS信号通知其他设备。
应用PPS主要应用于需要精确时间同步的领域，例如科学研究、网络通讯、金融交易等。
以下是一些常见的应用场景：1. 科学实验：精确的时间同步对于科学实验非常重要，特别是需要多个设备协同工作的实验。
PPS可以确保实验设备在同一时间点开始、结束或进行特定操作。
2. 金融交易：在金融交易中，时间的精确性非常关键。
PPS可以用于确保各个交易所的计算机系统在同一时间接收并处理交易请求，以避免出现时间偏差导致的错误。
3. 通信网络：在网络通信中，时间同步对于确保数据的准确性和顺序非常重要。
PPS可以用于确保不同设备之间的时间一致性，从而提高网络通信的可靠性和性能。
4. 数字广播：PPS可以应用于数字广播系统中，确保广播信号在不同设备上的播放时间同步，以提供更好的用户体验。
5. 科研观测：在科研观测中，时间的精确性对于数据的准确分析和解读至关重要。
PPS可以用于确保观测设备记录数据的时间一致性，从而提高科研结果的准确性。
总结PPS（精密时间同步）是一种用于确保计算机和其他设备之间时间同步的技术。
它通过提供精确的时间信号，使得参与者能够在精确的时间点进行协调操作。
PPS在科学实验、金融交易、通信网络、数字广播和科研观测等领域具有广泛应用。
它提供了时间同步的解决方案，确保各个设备的时间保持一致，从而提高系统的可靠性和性能。
以上是PPS（精密时间同步）的相关介绍。
如有其他问题，请随时向我提问。
tsn时间同步correction过程
时间同步（Time Synchronization，简称TSN）是指在计算机网络中，保持各个网络节点之间时间一致的过程。
时间同步对于许多网络应用非常重要，例如在分布式系统中确保各个节点的数据一致性，或者在实时通信系统中确保各个节点之间的协同工作。
TSN的时间同步过程是如何实现的呢？下面将围绕这一主题进行详细的讨论。
一、时间同步的概念时间同步是指在分布式系统中，确保各个节点的时间保持一致。
在计算机网络中，由于各个网络节点可能位于不同地理位置，使用不同的时钟设备，因此它们之间的时间可能存在差异。
时间同步的目的就是通过某种协议或机制，使得各个网络节点的时间能够保持一致。
二、时间同步的重要性时间同步对于许多网络应用来说非常重要。
在分布式系统中，如果各个节点的时间不一致，那么在进行数据同步或者协同计算时就会出现问题，甚至可能导致数据不一致的情况发生。
在实时通信系统中，如果各个节点的时间不一致，会导致实时数据的传输和处理出现不可预测的延迟，从而影响系统的性能和稳定性。
三、时间同步的实现时间同步可以通过多种方式来实现，常见的方式包括网络时间协议（Network Time Protocol，简称NTP）、专用时间同步协议以及硬件同步。
1. 网络时间协议（NTP）NTP是一种用于计算机网络中的时间同步协议，它通过在网络中的一些特殊的时间服务器上运行来保持所有与之连接的设备的时间同步。
NTP使用一种分层次结构的时间服务器来分发时间信息，高层时间服务器从低层时间服务器同步时间，最终同步到客户端设备上，从而保持整个网络内各个设备的时间一致性。
2. 专用时间同步协议除了NTP之外，还有一些专门用于时间同步的协议，例如IEEE 1588 Precision Time Protocol（简称PTP）。
PTP是一种专门针对实时通信系统设计的时间同步协议，可以实现微秒级的时间同步精度，适用于对时间精度有较高要求的场景。
3. 硬件同步硬件同步是指通过硬件设备来实现时间同步，例如通过全球卫星导航系统（GPS）接收卫星信号来同步设备时间。
5G技术中的时间同步与频率精度控制技巧
5G技术中的时间同步与频率精度控制技巧随着科技的不断进步，5G技术已经在全球范围内得到广泛应用。
作为下一代移动通信技术，5G不仅提供了更高的数据传输速度和更低的延迟，还具备了更加精确和可靠的时间同步和频率精度控制技巧。
在这篇文章中，我们将深入探讨5G 技术中的时间同步和频率精度控制的关键技术。
时间同步是在5G网络中至关重要的一个方面，因为它可以确保多个设备之间的协同工作。
在5G网络中，时间同步的要求非常严格，需要保证微秒级的精度。
为了实现这种同步，5G网络采用了一种称为精确时间协议（PTP）的协议。
PTP可以通过网络中的控制器和时钟设备之间的协作来实现高精度的时间同步。
控制器通过发送时间戳请求，时钟设备在收到请求后将当前时间值返回给控制器，该过程从而能够确保所有设备具有相同的时间基线。
为了实现频率精度控制，5G技术引入了一种称为钟相位锁定环（PLL）的技术。
PLL是一种电路，可以将输入频率锁定到一个参考频率，同时能够控制输出频率的精度。
在5G网络中，PLL被用于调节基站的工作频率，以便与其他基站和移动设备保持同步。
通过使用高精度的时钟源和PLL技术，5G网络可以保持高度一致的频率精度，从而确保各个设备之间的数据传输准确无误。
除了PTP和PLL技术之外，5G技术还采用了其他一些关键的技术来进一步提高时间同步和频率精度的准确性。
例如，全球导航卫星系统（GNSS）被广泛应用于5G网络中，以提供高精度的时间和位置信息。
通过使用GNSS，5G基站和移动设备可以获得高精度的时间戳和位置信息，从而进一步提高时间同步和频率精度的控制。
5G技术中还引入了自适应频率校正（AFC）技术。
AFC技术可以根据环境条件的变化自动调整设备的工作频率，以确保设备在不同的环境中保持同步。
通过使用AFC技术，5G网络能够自动处理频率偏移问题，从而保持设备之间的高精度同步。
总结起来，时间同步和频率精度控制是5G技术中非常重要的一部分。
第6章多媒体同步
第6章多媒体同步第6章多媒体同步⑴多媒体同步的基本概念在计算机科学和信息技术领域，多媒体同步是指将不同类型的媒体（如音频、视频、图像等）按照一定的时间轴进行统一管理和演示的过程。
多媒体同步的目的是使各种媒体在播放时能够达到准确的时间和空间上的一致，给用户提供一致的观看或听觉体验。
⒍⑴多媒体同步的意义多媒体同步对于提供更好的用户体验以及解决多媒体数据之间的协调问题十分重要。
通过实现多媒体同步，用户可以享受到更加流畅、自然、逼真的观看和听觉体验。
同时，多媒体同步也为多媒体应用中的各种交互功能提供了良好的基础。
⑵多媒体同步的实现方法⒍⑴基于时间戳的同步方法基于时间戳的同步方法是一种常见的实现多媒体同步的方法。
该方法通过在多媒体数据中嵌入时间戳信息，控制播放器根据时间戳信息来进行同步操作。
具体实现时，需要在发送端为媒体数据打上时间戳，并在接收端根据时间戳信息来控制播放速度，以实现多媒体数据的同步播放。
⒍⑵基于网络同步的方法基于网络同步的方法是利用网络进行多媒体数据的同步。
具体实现时，可以通过统一的时钟同步协议（如NTP协议）来对网络中的各个节点进行时间同步，然后根据同步后的时间进行多媒体数据的播放控制，以实现多媒体数据的同步播放。
⒍⑶基于同步信号的方法基于同步信号的方法是通过发送同步信号来控制多媒体数据的同步。
该方法常见的实现方式有通过物理线缆连接的同步信号和通过无线网络传输的同步信号。
通过发送同步信号，各个设备可以根据接收到的信号来进行多媒体数据的播放控制，以实现多媒体数据的同步播放。
⑶多媒体同步的应用领域⒍⑴电影和电视节目制作在电影和电视节目制作过程中，多媒体同步是十分重要的。
通过实现多媒体同步，可以保证电影和电视节目中的音频和视频的同步播放，使得观众能够获得更好的观影体验。
⒍⑵电子游戏在电子游戏中，多媒体同步可以使游戏中的音频和视频能够同步播放。
通过实现多媒体同步，可以为玩家提供更加真实、流畅的游戏体验。
智能电网中时间同步监测技术路线研究_贺琛
等
奖 统，对电厂 / 变电站内的时钟设备质量无法掌控，无法
知晓其输出的时间是否正确以及精度是否达到要求。
3.2 被授时设备的监测方式
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ᄢӬЊζጆፑ ᦠᎵክူ ଌ҃
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网络监测技术是指将监测设备安装在远端中心
图 4 监测系统拓扑
主站，被监测设备输出的网络时间信号（如 NTP）通
卫星共视监测技术利用共视卫星接收机作为监 测 设 备 的 测 量 基 准，就 地 测 量 被 监 测 设 备 的 时 间 信 号 准 确 度，通 过 与 主 控 中 心 站 的 共 视 卫 星 接 收 机 通 信，并 经 过 专 用 的 共 视 计 算 软 件 得 到 被 监 测 设 备 的 时间准确度 [4]。
图 1 时间同步监测技术分类 Fig.1 Classification of time synchronization monitoring technology
32
电力信息与通信技术 2016 年 第 14 卷 第 6 期
ELECTRIC POWER ICT ........................................
军用战术通信导航系统(1-PLRS)第6章
PLRS坐标选择
PLRS系统导航定位使用两种坐标系：地理坐 标系和平面相对坐标系。
PLRS的坐标转换在300*300公里的区域内进行。 为了同步内部坐标和外部军用格网基准（MGR） 坐标之间的关系，要给定PLRS三个以上协同工作 设备的军用格网基准位置，从而它们变成了基准 节点。 PLRS网络用三个距离和一个高度来定位，从而单 值地定出一个成员的三维位置。
不能使两个相邻时隙发射的信号因成员间的 距离而发生重叠。
2、空间配置 、
PLRS利用多边测距技术对系统用户进行定 位和跟踪。
每个用户要多次测量与不同中继用户的到达时间， 并且将其转送给主控设备。 主控设备利用这些到达时间来计算该网络内每台 设备的位置，如下图所示：
PLRS测量通道
PLRS网络的结构由PORT链、到达时间(TOA)链 和基准节点组成。
通常不允许某一用户在一个时帧内占有多于两个 或两个以上的时隙，因此时帧的意义在于表示用 户设备能够产生报告消息的最大速率。 时元表示一个用户设备所能发出报告信息的最低 速率，即每个用户单元在一个时元内至少要发送 一次报告信号。系统的时间结构如下图所示：
时隙是系统的最小时间单元。
时隙的划分应满足系统成员数目的要求， 并且考虑要能传输足够的信息， 同时保证用户中两个成员的间的最大距离 的保护时间，
系统时的作用
第一，使所有的成员具有统一的时元、时帧、 时隙的时间基准，使其每次发射信号都以统 一的时隙起点作为定时标准，保证时分多址 工作方式正常有序的进行； 第二，作为定位导航中精确测量到达时间 TOA的基准； 第三，由于定位报告系统采用直序扩频的伪 码编排和跳频图案都是随时间而变化的，也 需要有统一的时间基准，否则系统无法正常 协调工作。
定时与同步
11
第6章 定时与同步
四、同步的重要性
同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好
坏又将直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差 或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信中断。 因此，同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠 性和更好的质量指标，如同步误差小、相位抖动小以及 同步建立时间短，保持时间长等。
cos 2c t
19
第6章 定时与同步
平方律 部 件 2fc 窄带 滤波器
二分频 载波 输出
输入已 调信号
e(t)
问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
输入已 调信号
平方律 部 件
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
载波输出 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
经低通后：
21
第6章 定时与同步
经低通后的输出分别为 ：
1 v 5 mt cos 2 1 v 6 mt sin 2
乘法器的输出为： 1 1 v7 v5 v6 m 2 t sin cos m 2 t sin 2 4 8 上式可以近似地表示为： 1 2 v7 m t 4 注：载波提取、相干解调一次完成！v5; 无π相位模糊问题。
9
第6章 定时与同步
2、自同步法
• 发送端不发送专门的同步信息，接收端从所收到
的信号中提出同步信息。（这意味着在所发送的 信号中必须包含有同步信息，如果没有，则通过 一定的预处理使发送的信息中包含有同步信息）
10
第6章 定时与同步
• 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以
把全部功率和带宽分配给信号传输。 • 自同步法正得到越来越广泛的应用。 • 在载波同步和位同步中，两种方法都可采用， 而群同步一般都采用外同步法。
无线传感器网络期末复习考点总结
第一章概述1.无线传感器的概念：一种由大量的微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络系统。
2.与传统的无线自组织网络（特征）类似：自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别：网络规模大、节点能力受限、节点可靠性差、以数据为中心、多对一传输模式、冗余度高、面向任务。
3.开发用的硬件平台——嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley Motes （广泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4.软件平台：TinyOS（最早）、nesC、TinyGALS、Mote等5.设计目标：体积小、成本低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、安全、（带宽）资源利用率高、服务质量高。
第二章体系结构1.节点组成（4）：感知、处理、通信、电池模块2.汇聚节点的作用：（1）向传感器节点发送查询消息或命令（2）作为联接外部网络的网关3.多跳网络分为——平面结构：所有传感器节点地位相同、互为中继；分层结构：按簇组织，簇成员将数据发给簇头，簇头发给汇聚节点；好处：（1）降低通信能耗（2）平衡节点间的负载，并提高可拓展性（3）在簇头进行数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议栈——应用层：负责提供各种无线传感器网络应用，包括查询发送、节点定位、时间同步、网络安全；传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制和差错控制；网络层：为传感器节点向汇聚节点发数据提供路由；数据链路层：数据量的复用、数据帧的创建与检测、媒体接入、差错校验，提供点到点或多点的可靠传输，其中主要的是媒体访问控制（MAC）和差错控制（前向纠错FEC、自动重传请求ARQ）；物理层：将数据链路层形成的数据流转换成适合在传输媒体上传送的信号，并进行收发。
5.设计准则：可扩展、可互通、抗毁、可靠、安全、能量高效性。
第三章 MAC协议（数据链路层）1.作用：决定局部范围内无线信道的使用方式，用来在传感器节点之间分配信道频谱资源，建立数据传输所需的基础通信链路2.特点：尽量节省节点能量、可扩展性、公平性（均衡节点能量消耗）、传输效率高。
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硬件时钟模型
基本名词
时间、晶振、时钟（RTC） 时钟偏移（clock offset） 时钟飘移（clock drift） 最常用，但不适应环境变化剧烈的场合 常用于确定同步误差上下界
速率恒定模型
飘移有界模型
飘移变化有界模型
软件时钟模型
传输延迟的不确定性
Sender Send time Access time Transmission time
Receiver
Propagation time
Reception time
Receive time
传输延迟的进一步细化(在 Mica2上)
时间
Send time & Receive time Access time Transmission time & Reception time Propagation time Interrupt waiting time Encoding time & Decoding time Byte alignment time
健壮性
外部环境复杂，搞毁能力 需要应对安全性挑战 无线传感器网络拓扑动态性较强 网络规模变化、需求变化 影响：数据融合和休眠唤醒方式节能
内容提要
1. 2. 3. 4. 5.
基本概念
传统与挑战
典型时间同步协议
新型同步机制
总结
典型时间同步协议
NTP（Network Time Protocol）
体系结构（网络）
NTP（Network Time Protocol ）
体系结构（单机）
NTP（Network Time Protocol ）
NTP不适合于WSN 体积、计算能力和存储空间存在限制 传输方式不同：无线而非有线 目标不同：局部最优而非全局最优
GPS（Global Position System ）
无线传感器网络 Wireless Sensor Networks
第五章、时间同步技术
内容提要
1.
2. 3. 4. 5.
基本概念
传统与挑战
典型时间同步协议
新型同步机制
总结
内容提要
1. 2. 3. 4. 5.
基本概念
传统与挑战 典型时间同步协议 新型同步机制 总结
基本概念
WSN时间同步技术背景 时间同步技术的分类 时间同步技术的应用场合 关键点：时钟模型
WSN时间同步技术背景
集中式系统与分布式系统
不同节点晶振不同，时间长了存在偏差 受电池能量，存储空间，带宽限制 集中式：事件间有着明确的时间先后关系，不存在同步问题 分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同 典型的分布式系统是无线传感器网络应用的基础 同步精度 功耗
无线传感器网络时间同步
发送者接收者：DMTS
DMTS（Delay Measurement Time Synchronization）
发送者
发送时间 访问时间 嵌入时 标t0 发送前导码、 同步字 接 收 ACK
接收者
接收前导码、 同步字
接收 数据 时标t1
发 送 ACK
接 收 处理 时标t2
• 最简单直观 • 单报文同步同步精度低 • 广播方式同步能耗低
低功耗、低成本和小体积
软硬件都要受到该限制 存储与计算能力均比较小 加剧了电能供应的紧张（电池体积） 网络规模大、密度高 通信距离近 分布式、协作
可扩展性（Scalability）
在大规模网络中尤为重要 是大规模无线传感器网络软硬件设计中 非常重要的问题 满足不同的网络类型、网络规模 满足不同的应用需求
从根本上解决了人类在地球上的导航与 定位问题。 每颗卫星上配备有高精度的铷、铯原子 钟，并不断发射其时间信息 地面接收装置同时接收4颗卫星的时间 信息，采用伪距测量定位方法可计算出 时间和位置信息 缺点（室内、功耗、安全性、分布式）
传感器网络的挑战
室内、矿井、森林，有遮挡 低功耗、低成本和小体积 传输延迟的不确定性 可扩展性、移动性 健壮性、安全性 网络规模大、多点协作
典型值
0~100ms 10~500ms 10~20ms <1μs（距离<300米） 在大多数情况下<5μs，在重 负载下，可达30μs 100~200μs，<2μs的抖动 0~400μs
特性
不确定，依赖处理器负载、操 作系统系统调用开销 不确定，依赖信道负载。 确定，依赖报文长度和发送速 率。 确定，依赖收发方物理距离和 传播媒质特性。 不确定，依赖处理器类型和处 理器负载。 确定，依赖射频芯片的种类和 设置。 确定，依赖发送速率和收发字 节偏移。
需要解决的问题
可扩展性
时间同步技术的分类
排序、相对同步与绝对同步
递进关系 各自具有典型的协议代表
外同步与内同步
参考源不同
局部同步与全网同步
同步对象的范围不同
时间同步技术的应用场合
多传感器数据压缩与融合 低功耗MAC协议、路由协议 测距、定位（位置相关报务，LBS） 分布式系统的传统要求 协作传输、处理的要求 ... ...
接收者接收者：RBS
软件虚拟时钟 一般是个分段连续、严格单调的函数
内容提要
1.
2. 3. 4. 5.
基本概念
传统与挑战
典型时间同步协议
新型同步机制
总结
传统与挑战
传统同步方法 传感器网络的挑战
传统同步：NTP与GPS
NTP：网络时间协议 GPS：全球定位系统
NTP（Network Time Protocol ）
DMTS （Delay Measurement Time Synchronization） RBS （Reference Broadcast Synchronization） TPSN （Timing-sync Protocol for Sensor Networks ） HRTS （Hierarchy Referencing Time Synchronization Protocol） FTSP （Flooding Time Synchronization Protocol） GCS （Global Clock Synchronization）