IEEE1588协议
【8A文】IEEE1588协议介绍
基本报文交互流程 偏差和延迟测量 时钟调整
协议内容介绍 协议具体实现及精度保证 IEEE1588 v2新特性 协议应用
IEEE1588基本操作
报文发送与接收
但远不止如此简单……
IEEE1588基本操作
Delay, Jitter两个待解决问题
IEEE1588基本操作
Drift (Phase change rate)计算
currentDS: Current synchronization and topological operational properties
parentDS: parent和master clock的属性
timeProperitiesDS: Time base属性
currentUTCoffset Leap59 timeSource
时间分发协议概述 IEEE1588基本操作 协议内容介绍
时钟类型及模型 报文类型、数据类型 拓扑、BMC、协议状态机及Data sets
协议具体实现及精度保证 IEEE1588 v2新特性 协议应用
IEEE1588协议内容
时钟类型
Version 1
Ordinary clock
IEEE1588精准时间同步协议
软件二部
内容提纲
时间分发协议概述 IEEE1588同步过程 协议内容介绍 协议具体实现及精度保证 IEEE1588 v2新特性 协议应用
内容提纲
时间分发协议概述
IEEE1588同步过程 协议内容介绍 协议具体实现及精度保证 IEEE1588 v2新特性 协议应用
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。
88E1111 1588协议
88E1111 1588协议88E1111，具备4个GMII时钟模式。
精确时间协议PTP (precision time protocol) 是一种对标准以太网设备进行时间和频率同步的协议，由于定义在IEEE 1588标准中，所以也称之为IEEE 1588，简称1588。
在通信网络中，许多业务的正常运行都要求网络时钟同步，即整个网络中各设备之间的时间或频率差保持在一个合理的误差水平内。
网络时钟同步包括以下两个概念：时间同步：也叫相位同步（Phase synchronization），是指信号之间的频率和相位都保持一致，即信号之间的相位差恒为零。
频率同步（Frequency synchronization）：也叫时钟同步，是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，信号在其对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以保证通信网络中的所有设备都以相同的速率运行，即信号之间保持恒定的相位差。
图1 时间同步和频率同步示意图如图1所示，有两个表Watch A与Watch B，如果这两个表的时间每时每刻都保持一致，这个状态就是时间同步；如果这两个表的时间不一致，但保持一个恒定的差值（如图中的Watch B总比Watch A晚6个小时），这个状态就是频率同步。
PTP（Precision Time Protocol，精确时间协议）是一种时间同步的协议，其本身只是用于设备之间的高精度时间同步，但也可被借用于设备之间的频率同步。
相比现有的各种时间同步机制，PTP具备以下优势：相比NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），PTP能够满足更高精度的时间同步要求：NTP一般只能达到毫秒级的时间同步精度，而PTP则可达到纳秒级。
相比GPS（Global Positioning System，全球定位系统），PTP具备更低的建设和维护成本，不需要架设天线，无场地环境要求。
1588协议简介
IEEE1588协议简介IEEE1588协议，又称PTP（precise time protocol，精确时间协议），可以达到亚微秒级别时间同步精度，于2002年发布version1，2008年发布version2。
IEEE1588协议的同步原理，所提出的Delay Request-Response Mechanism（延时响应机制）如图1所示。
图1 PTP协议延迟响应机制图中所描述的PTP报文为以下几种：（1）sync同步报文（2）Follow_up跟随报文（3）Delay_req延迟请求报文（4）Delay_resp延迟请求响应报文延迟响应同步机制的报文收发流程：1.主时钟周期性的发出sync报文，并记录下sync报文离开主时钟的精确发送时间t1；（此处sync报文是周期性发出，可以携带或者不携带发送时间信息，因为就算携带也只能是预估发送时间戳originTimeStamp）2.主时钟将精确发送时间t1封装到Follow_up报文中，发送给从时钟；（由于sync报文不可能携带精确的报文离开时间，所以我们在之后的Follow_up报文中，将sync 报文精确的发送时间戳t1封装起来，发给从时钟）3.从时钟记录sync报文到达从时钟的精确时到达时间t2；4.从时钟发出delay_req报文并且记录下精确发送时间t3；5.主时钟记录下delay_req报文到达主时钟的精确到达时间t4；6.主时钟发出携带精确时间戳信息t4的delay_resp报文给从时钟；这样从时钟处就得到了t1,t2,t3,t4四个精确报文收发时间。
时钟偏差&网络延时offset:时钟间偏差（主从时钟之间存在时间偏差，偏离值就是offset，图1中主从时钟之间虚线连接时刻，就是两时钟时间一致点）delay:网络延时（报文在网络中传输带来的延时）从时钟可以通过t1,t2,t3,t4四个精确时间戳信息，得到主从时钟偏差offset和传输延时delay:从时钟得到offset和delay之后就可以通过修正本地时钟进行时间同步。
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现IEEE1588，也被称为精确时间协议（PTP），是一种用于网络中实现高精度时间同步的协议。
它在各种工业应用和通信系统中被广泛采用，因为它可以提供微秒级甚至亚微秒级的精度，满足了许多应用的实时性要求。
首先，IEEE 1588协议需要在网络中选择一个主时钟（Master Clock），作为时间同步的源头。
主时钟拥有最高的时间精度，并将其时间信息通过数据包广播给其他时钟节点。
其他节点被称为从时钟（Slave Clock），它们通过接收到的时间数据来调整自身的时钟，并与主时钟保持同步。
在主时钟启动时，它会周期性地发送特殊的数据包，称为同步事件（Sync Event）。
这些数据包包含了主时钟的当前时间戳，从时钟接收到这些数据包后，会记录接收时间戳。
当从时钟收到一定数量的同步事件后，它会计算出与主时钟的相对时间差，并根据这个时间差来调整自身的时钟。
为了确保时间同步的准确性，IEEE 1588采用了两个重要的概念，即时钟同步和时间戳校准。
时钟同步通过周期性的同步事件来实现，从而减小网络延迟带来的时间误差。
而时间戳校准则通过周期性地发送延迟请求（Delay Request）和延迟响应（Delay Response）数据包来估计网络延迟，并相应地调整时间戳。
在实际的实现中，IEEE1588通常使用硬件支持或软件实现的方式。
硬件支持一般通过专用的电路芯片或FPGA来实现，它们能够提供更高的时间精度和更低的延迟。
而软件实现则是在通用的计算机上运行，通过操作系统和网络协议栈来实现时间同步功能。
在软件实现中，IEEE1588通常依赖于操作系统的时钟服务和网络协议栈。
操作系统的时钟服务提供了计算机系统的时间信息，并提供了时间戳的功能。
网络协议栈则负责封装和发送数据包，并处理收到的数据包以提取时间戳信息。
在实现中，需要考虑以下几个关键问题：1.时间同步精度：在实现中，需要根据具体应用的要求选择合适的时钟源和自适应算法，以达到所需的精度。
IEEE1588协议
1588v2
• 原理
• 实现
• TC模型
• 具体时钟同步过程：1.偏移测量+2.延迟测 量
IEEE 1588协议
1588协议介绍
• 什么1588协议： IEEE1588协议是网络测量和控制系统的精密 时钟同步协议标准，采用PTP（精密时钟同步） 协议。此标准的目的就是为了精确地把测量 与控制系统中分散、独立运行的时钟同步起 来。
• 技术特点：
同步技术 技术特点 • PTP（精确时钟 同步协议），利 用协议报文传递 同步信息 优势 • 可以实现时间同 步 • 时钟精度为亚us 级，应用范围广 • 协议自动协商、 无需配置 局限 • 要求全网设备支 持，必须全网部 署 • 新技术，要求硬 件支持，协议较 复杂，部署成本 较高
IEEE1588精密时钟同步协议的研究与实现的开题报告
IEEE1588精密时钟同步协议的研究与实现的开题报告一、选题背景：随着信息技术的不断发展，计算机、通信、控制等领域对精确时间同步的需求越来越高。
例如，在通信领域，VoIP、视频会议等实时应用需要保证网络中的各节点时间同步，以保证通信质量。
而在控制领域，多个设备需要协同工作，需要同步时钟，否则就会导致系统崩溃。
此外，金融、无线电通信等领域对时间同步的要求也日益严格。
传统的时间同步方法主要依靠网络中的网络时间协议(NTP)或者数字钟同步协议(DCF77)等，但是它们在精度、可靠性、抗干扰性等方面存在一定的局限性。
因此，IEEE1588精密时间协议应运而生。
二、选题意义：IEEE1588是一种精密时间同步协议，其特点是精度高、可靠性强、可扩展性好和自适应性等。
该协议已经广泛应用于工业自动化、电力系统、通信和交通等领域，成为了实时应用的首选。
本课题旨在研究IEEE1588协议的相关技术，并结合具体应用场景，实现一个可靠高效的IEEE1588精密时间同步系统，以满足实时应用对时间同步的需求。
三、研究内容：（1）IEEE1588协议的相关技术研究，包括协议架构、时钟模型、时钟同步算法等方面的内容。
（2）IEEE1588精密时间同步系统的设计和实现，考虑到各种实际应用情况，应该充分考虑各种能影响系统稳定性的因素，如时延、抖动、同步误差等。
（3）对系统进行实验验证，比较不同因素对系统影响的情况，优化系统的性能和稳定性。
四、研究方法：（1）文献调研法：对IEEE1588协议的相关领域进行查找和学习，对相关论文进行调研和分析，逐步建立自己的知识体系。
（2）实验法：通过开发一个IEEE1588精密时间同步系统的实现，探究和验证系统的可靠性、精度和效率等方面的因素。
（3）对比分析法：在实验中，结合其他同步算法进行对比分析，以进一步优化IEEE1588的效能和稳定性。
五、预期成果：完成一个基于IEEE1588精密时间同步协议的实时同步系统，能够完整演示各个环节的功能和算法，对系统性能和稳定性进行评估和优化，为实现更高效的精密时间同步应用提供可行的方案。
IEEE1588
源也较少，可以在嵌入式计算机系统中使用。该协议
可以应用的同步介质也十分广泛，既可以在应用广泛 的以太网中进行同步，也适用于通过支持多点传送信 息的局域网通信的系统，其能够使异种系统实现同步。 IEEE1588协议是通过连接在网络硬件接口上的辅助硬 件通道来触发获取时间标签的，它可以最大限度地消 除由软件产生的响应延迟所造成的不确定因素，使同 步精度达到亚微秒级。
off set_f rom_master = Ts1-Tm1-one_way_delay (1)
这里要说明的是，式(1) 中的one_way_delay 指的是主时 钟与从时钟之间的传输延迟时间，它将在下面的延迟测量 阶段测出，所以在这里是未知的。由于报文传输网络存在 着一定的延迟，因此还应进行网络延迟的测量。
则由上面的算式可得:
off set_ f rom _ master = ( (Ts1 /Tm1) - ( Tm2 /Ts2) ) / 2 (2)
one_way_delay = ( ( Ts1 / Tm1) + ( Tm2 / Ts2) ) / 2 (3) 根据式(2) 和式(3) 计算出的值，从时钟可以调整自己的时
IEEE1588协议历史
1985年以太网成为IEEE802.3标准后，1995年数据传 输速度从10Mb/s提高到100Mb/s，在这个过程中，计 算机界和网络界也在致力于解决以太网的定时同步能 力不足的问题，开发出了一种软件方式的网络时间协 议（NTP）以提高各网络设备之间的定时同步能力。 1992年NTP版本的同步准确度可以达到200μs，但是仍 然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了 解决测量和控制应用的分布网络定时同步的需要，具 有共同利益的工程技术人员在2000年底成立了网络精 密时钟同步委员会，该委员会起草的规范在2002年底 获得IEEE标准委员会通过作为IEEE1588标准。
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IEEE1588协议
IEEE 1588协议是一种用于时钟同步的网络通信协议，其全称为"Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems"。
该协议是由IEEE所制定的，旨在
解决分布式系统中设备时钟同步问题。
在分布式系统中，设备之间的时钟同步是至关重要的。
准确的时钟同
步能够确保系统中的各个设备在不同节点上以一致的时间进行操作，从而
实现更可靠的协调和协同工作。
此外，在一些需要严格时间同步的应用领域，如工业自动化、电力系统等，时钟同步则是成功实现系统任务的基础。
传统的时钟同步方法中，基于GPS(Global Positioning System)的
时间同步方案是一种常见的解决方法。
然而，GPS无法完全适用于所有场景，尤其是对于移动设备、室内场景等。
IEEE 1588协议的出现，则为这
类应用场景的时钟同步问题提供了有效的解决方法。
IEEE 1588协议基于主从(Slave)的建模方式，其中主时钟(Master Clock)负责向从时钟(Slave Clock)广播时钟信号。
具体而言，协议通过
周期性发送时间戳消息来实现主从时钟之间的同步。
在主时钟发送时间戳
消息时，从时钟会接收该消息，并通过与其内置的本地时钟进行比较，进
而进行时钟校正。
这样，从时钟就可以根据主时钟的参考进行同步，从而
实现各个设备间的时钟同步。
IEEE 1588协议定义了两个核心消息：Sync（同步）和Delay_Req
（延迟请求）。
Sync消息用于主时钟广播当前的时间信息，而Delay_Req
消息用于从时钟向主时钟请求延迟信息。
协议还提供了一些附加消息，如
Follow_Up（回应）、Delay_Resp（延迟回应）和Pdelay_Req（对称延迟请求），用于进一步优化时钟同步过程。
除了时钟同步外，IEEE 1588协议还提供了一种高级特性，即时钟精度统计（Clock Accuracy Estimation）。
该特性用于评估时钟的精度，并向其他节点提供有关时钟质量的信息。
这样，系统中的设备可以更好地根据时钟的质量选择主时钟，从而进一步提升整个系统的时钟同步性能。
总之，IEEE1588协议是一种用于时钟同步的网络通信协议，可在分布式系统中实现设备之间的准确时钟同步。
该协议通过主从时钟的建模方式，通过周期性发送时间戳消息来实现设备间的时钟校正。
除了时钟同步功能外，该协议还提供了时钟精度统计等高级特性，以提供更全面的时钟管理支持。