IEEE Std 1588-2008
IEEE1588时钟同步系统误差分析及其检测方法_胡永春
ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统误差分析及其检测方法胡永春１，张雪松２，许伟国３，王 松２（１．南京拓为电力科技发展有限公司，江苏省南京市２１００００；２．浙江电力试验研究院，浙江省杭州市３１００１４；３．绍兴电力局，浙江省绍兴市３１２０００）摘要：简要阐述了ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统的工作原理，着重分析了时钟同步系统中可能的误差源及影响因素，提出了使用线性收敛比较法对时钟同步系统进行在线故障检测。
试验结果表明该方法可以发现ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统中存在的故障或误差。
关键词：ＩＥＣ ６１８５０；ＩＥＥＥ １５８８；同步；精度；误差；检测方法收稿日期：２０１０－０４－０１；修回日期：２０１０－０７－０８。
０ 引言ＩＥＣ ６１８５０标准中根据不同的目的、要求定义了不同级别的时间同步精度［１］，其中故障定位精度为３００ｍ，则电子式电流互感器和电子式电压互感器用智能电子设备时间同步精度必须达到１μｓ才能满足要求。
ＩＥＥＥ １５８８精确时钟同步协议［２］能够达到亚微秒级的同步精度，而且具备诸多优点［３］，完全能够满足ＩＥＣ ６１８５０标准对时间同步精度的要求［４－５］。
由于ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统的稳定性与时间信号来源、各种时钟的实现方式以及通信网络密切相关，如何检测ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统是否稳定，避免因时钟抖动导致合并单元失步和保护闭锁或误动，是数字化变电站［６－７］必须解决的课题。
本文讨论了对ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统的同步精度和稳定性造成影响的各种因素，提出了一种简单适用的方法来检测ＩＥＥＥ １５８８时钟同步系统中出现的误差。
１ ＩＥＥＥ １５８８的工作原理１．１ ＩＥＥＥ １５８８的报文类型ＩＥＥＥ １５８８共有１０种报文类型。
其中：４种为事件（ｅｖｅｎｔ）报文，即Ｓｙｎｃ，Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ，Ｐｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ和Ｐｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ，其在发送（ｅｇｒｅｓｓ）和接收（ｉｎｇｒｅｓｓ）时产生精确时间戳；６种为普通（ｇｅｎｅｒａｌ）报文，即Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ，Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ，Ｐｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ＿Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ，Ａｎｎｏｕｎｃｅ，Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ和Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ，其中Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ和Ｐｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ＿Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ也被称为跟随报文，分别传送Ｓｙｎｃ和Ｐｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ报文的时间信息。
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术关键字：基站数字示波器光纤测试仪光谱仪自动化测试基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
1引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M提高到100M，GE，10GE。
40GE，100GE正式产品也将于200 9年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP网络上就可以随时使用其提供的业务。
但是，只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前，电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms之内，现行的互联网网络时间协议NTP（Network Time Prot ocol），简单网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
2 IEEE 1588PTP介绍IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clo ck Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
Broadcom用端到端IEEE 1588 解决方案优化基于.
Broadcom用端到端IEEE 1588解决方案优化基于以太网的网络新的精准定时协议处理器、GbE交换芯片和基于1588v2的Gb PHY为网络运营商提供了低成本的平台北京,2010年12月21日-全球有线和无线通信半导体市场的领导者Broadcom(博通公司(Nasdaq:BRCM近日宣布,推出面向服务提供商、数据中心和智能电网供电控制网络的端到端IEEE 1588v2兼容解决方案。
该解决方案包括新的Broadcom® BCM53903精确时间协议(PTP处理器、一个千兆以太网(GbE交换芯片、基于1588v2的千兆位(Gb物理层(PHY器件和Symmetricom公司的嵌入式软件时钟,以向有精确时间需求的应用提供成本优化且灵活的解决方案。
Broadcom已在2010年12月14日于美国加州尔湾举行的公司年度“分析师日”活动上展示了这个支持1588v2的解决方案。
在今天的网络中,以太网作为一种经济实惠的、实现更大带宽的方式,变得越来越重要了。
随着“全以太网”网络的出现,现在要在要求日益苛刻的技术和应用不断部署的情况下确保最高的网络性能,基于数据包的时间同步就有了不可或缺的重要性。
在服务提供商网络中,由于从传统的准同步数字体系(PDH网络和同步光网络(SONET向以太网的转变,时间同步成了回程传输网络的关键要求,因为回程传输网络需要同步基站并避免在通话从一个基站向下一个基站越区切换时掉线。
数据中心网络也需要更严格的同步,以确保金融交易的准确度和时序,而智能电网则依靠时间同步来避免停电,并管理风能、太阳能等分散的、可动态再生的能源。
Broadcom的端到端1588v2解决方案提供了一个简单的、经济实惠的平台,网络设备制造商给全系列网络产品(从小型接入路由器到大型交换机架增加时间同步所需的关键组件都包括在这个平台中。
产品要点:在以太网作为选定传输技术的情况下,IEEE 1588精确时间协议(PTP标准第一次使分组网络上不同终端设备的时钟能以不到1us的误差同步,该标准的设计目的是,在网络时间协议(NTP或全球定位系统(GPS等其他时间同步方法不能很好满足应用的精准定时要求时使用。
LXI多通道信号源中IEEE1588协议的研究与实现
2.3 本地时钟同步主时钟 ...................................................................................... 15 2.4 PTP 消息格式 .................................................................................................. 16 2.5 本章小结 .......................................................................................................... 17
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。
ptp1588实用性研究和一致性测试
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主要内容
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数字化变电站时钟同步基础 实用化研究 一致性测试 已有研究基础 拟深入研究内容
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数字化变电站时钟同步基础
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实用化研究
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1.交换机时钟模型选择 1.交换机时钟模型选择
交换机的时钟模型选择是PTP1588在数字化变电站的实用性研究中首先要 交换机的时钟模型选择是PTP1588在数字化变电站的实用性研究中首先要 PTP1588 解决的问题。在数字化变电站自动化系统中。交换机可以选择为边界时钟， 解决的问题。在数字化变电站自动化系统中。交换机可以选择为边界时钟， 也可以选择为透明时钟。 也可以选择为透明时钟。 数字化变电站中可能有2--3级的交换机级联， 数字化变电站中可能有2--3级的交换机级联，因为级联时透明时钟方案明 显比边界时钟方案的同步精度高， 显比边界时钟方案的同步精度高，因此在数字化变电站中交换机应该采用透 明时钟模型。 明时钟模型。
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1.交换机时钟模型选择 1.交换机时钟模型选择
P2P透明时钟在网络故障时无缝计算路径延时和偏差， P2P透明时钟在网络故障时无缝计算路径延时和偏差，且对数字化变电站 透明时钟在网络故障时无缝计算路径延时和偏差 内IED规模没有限制，因此在对时间同步稳定性要求较高的数字化变电站网 IED规模没有限制，因此在对时间同步稳定性要求较高的数字化变电站网 规模没有限制 络中交换机应建模为P2P透明时钟。 络中交换机应建模为P2P透明时钟。 P2P透明时钟 过程层交换机采用P2P透明时钟模型。 过程层交换机采用P2P透明时钟模型。过程层交换机硬件必须支持在物理 P2P透明时钟模型 层获得PTP事件报文收发时标，否则变电站内IED装置时间同步精度不可能达 层获得PTP事件报文收发时标，否则变电站内IED装置时间同步精度不可能达 PTP事件报文收发时标 IED 到1us精度要求。 1us精度要求。 精度要求
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。
P2P模式对时原理：图1.2 P2P透明时钟对时原理如图1.2所示，主从时钟经过一个P2P交换机对时，在主机发送Sync报文之前，支持P2P模式的交换机已经主动发送pDelay_req报文，获取了交换机每个端口和与它相连的端口之间的路径延时，并保存下来。
当网络拓扑关系变化时，能迅速获取到新的路径延时。
因为路径延时事先获得，主机只需要广播Sync报文和Follow_Up报文，不需要响应所有从机的Delay_Req报文，负荷大大降低，可以支持比E2E模式更大的网络容量。
Sync报文和Follow_Up报文经过交换机时，P2P节点的驻留时间会累加到报文校正域中，而路径延时已经事先获得，因此只需要单向报文就可以对时。
IEEE1588时钟（PTP时钟系统）介绍
IEEE1588时钟（PTP时钟系统）介绍展开全文1、 IEEE1588介绍IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
一个PTP系统是一个分布式的网络系统，它是由PTP设备和一部分非PTP设备组成。
PTP设备包括普通时钟（ordinary clocks），边界时钟（boundary clocks），端对端时钟（end-to-end transparent clocks），点对点时钟（peer-to-peer transparent clocks）和管理节点。
非PTP设备包括网桥，路桥及其他基础结构设备，也可能包括计算机，打印机和其他应用设备。
1.1 PTP设备分类1）Ordinary clock 普通时钟一个普通时钟通过基于一个物理端口上的两个逻辑接口在网络上通信。
事件接口用于发送和接收事件报文，通用接口用于发送和接受通用报文。
在一个PTP的域内，普通时钟只能处于唯一的一种状态，可以是主钟，也可以是从钟。
一个普通时钟维护两种类型的数据集：时钟数据集和端口数据集。
协议引擎负责：发送和接受PTP报文，维护数据集，执行与端口关联的状态机，根据接收到的PTP时间报文和产生的时间戳计算主机时间（如果端口处于从状态）。
2）Boundary clock 边界时钟边界时钟通常会有多个物理端口，每个物理端口有两个逻辑接口：时间和通用。
边界时钟的每个端口与普通时钟基本一致。
边界时钟所有的端口的时钟数据集是公用的，公用一个本地时间。
每个协议引擎会有额外的功能来解析所有端口的状态，从而决定哪个端口用来提供时间信号来同步本地时钟。
电力工业以太网交换机技术规范
IEC 62439-2008High availability automation networks
RFC 2544-1999 网络互联设备的评测方法
RFC 2889-2000 网络交换设备的评测方法
5
6
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
GB/T17626.29-2006电磁兼容 试验和测量技术 直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验(idtIEC61000-4-29:2000)
DL/T 634.5104远动设备及系统第5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问(idtIEC 60870-5-104)
GB/T17626.6-2008电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验(idtIEC61000-4-6:2006)
GB/T17626.8-2006 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验(idtIEC61000-4-8:2001)
GB/T17626.10-1998 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验(idtIEC61000-4-10:1993)
智能变电站至少支持256个组播组。
5.3.7镜像
镜像包括单端口镜像和多端口镜像。
单端口镜像指镜像端口只复制（监视）一个端口数据，多端口镜像指镜像端口同时复制（监视）几个端口数据,智能变电站用交换机应支持多端口镜像功能。
镜像端口在不丢失数据的前提下应保证系统要求的转发速率，。
镜像数据不应使带有序列标签的数据如：SMV、GOOSE等报文产生乱序现象。
5.3.8多链路聚合
物理上多条单独的链路作为一条独立逻辑链路使用以获得更高带宽，链路聚合功能开启过程中不应丢失数据。
[实用参考]IEEE1588协议介绍
内容提纲
时间分发协议概述
IEEE1588基本操作 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
系统时间及其重要性 时钟同步精度 为什么引入IEEE1588协议
内容提纲
时间分发协议概述 IEEE1588基本操作
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
根据offset, delay值计算时间调整量 校准Slave时钟为Master时钟
内容提纲
时间分发协议概述 IEEE1588基本操作
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
内容提纲
单个PTP端口 一般为系统end设备 多个PTP端口 通常为网络中的路由器或交换机等通信设备
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
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摘要： 对 电力行业 Ｐ Ｔ Ｐ规 范文 件 Ｉ Ｅ Ｅ ＥＣ ３ ７ ． ２ ３ ８ ． ２ ０ １ １ 标准进行 总结和分析 。 首先介绍电力行 业 Ｐ Ｔ Ｐ规范与 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ１ ５ ８ ８ 标准的关系 ，然后介绍 电力行业 Ｐ Ｔ Ｐ规范定义 的参数 、机制等与 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ１ ５ ８ ８标准 的不 同之 处以及其特有 的一些参 数， 最后分析 Ｐ Ｔ Ｐ精确 时间同步协 议在 以后应用 中可能面临的 问题 及解决办法。电力行 业 Ｐ Ｔ Ｐ规范 为了给外界提
供全球可用时间 、设备互操作和故 障管 理，在 Ｉ Ｅ Ｅ ＥＳ ｔ ｄ１ ５ ８ ８ ． ２ ０ ０ ８标准基础上规定了新 的 Ｐ Ｔ Ｐ参数子集和特权 。
新的Ｐ Ｔ Ｐ参数子集和特权使基于 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ１ ５ ８ ８的时 间同步机制可 以通过 以太 网通信结构在电力系统关键领域得到有 效应用 ，这些领域包 括保护、控制 、 自动化和数据通 信等 。
第４ ３卷 第 １ ７期 ２ ０ １ ５ 年 ９月 １日
电 力 系统 保 护 与 控 制
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Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｓ ｔ ｄ １ ５ ８ ８ — ２ ０ ０ ８ 精 确 时间同步协议行业规范 在 电力系统 的应用研 究
贺 春 ，陈光华 ，Байду номын сангаас道农
（ １ ． 许 昌开普检测技术有 限公司 ，河 南 许 昌 ４ ６ １ ０ ０ ０ ；２ ． 华北电力设计 院工程有 限公 司，北京 １ ０ ０ １ ２ ０ ）
关 键 词 ： 电 力行 业 ； 行 业 规 范 ；时 间 同步 ； 时 间 分 配 ； 精 确 时 间 同 步 协 议
Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎｄａ ｒ ｄ ｐｒ ｏｆ ｉ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｕｓ ｅ ｏ ｆ Ｉ ＥＥＥ Ｓ ｔ ｄ １ ５ ８ ８－ ２０ ０８ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ ｔ ｉ ｍｅ ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｉ ｎ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ