时间同步在分布式数据采集系统中的实现
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创
新数采与监测
《PLC技术应用200例》您的论文得到两院院士关注
时间同步在分布式数据采集系统中的实现
TheImplementationofthetimesynchronizationinthedistributeddatacollectionsystem
(空军工程大学
)徐锋樊晓光刘东
XUFengFANXiao-guangLIUDong
摘要:文中介绍了分布式数据采集系统中精确时间同步的实现方法以及相应的测试结果
。该设计方案以IEEE1588标准中的
精确时间协议(PTP)为基础,通过使用美国国家半导体公司生产的以太网物理层控制芯片DP83640,使得采用以太网架构的
分布式数据采集系统主从节点上的时钟达到精确的时间同步
。
关键词:精确时间同步;IEEE1588;DP83640
中图分类号:TP393文献标识码:A
Abstract:Theimplementationofprecisetimesynchronizationinthedistributeddatacollectionsystemandtestresultsisilluminated
inthisarticle.ByuseofDP83640EthernetPHYTERproducedbytheNationalSemiconductorcorporation,thedesignisbasedonthe
PreciseTimeProtocol(PTP)oftheIEEE1588standard,andfinallyimplementedtheprecisetimesynchronizationbetweenthemaster
clockandslaveclocksofthedistributeddatacollectionsystembasedonstandardEthernet.
Keywords:precisetimesynchronization;IEEE1588;DP83640文章编号:1008-0570(2009)11-
1-0091-02
1引言
分布式数据采集系统广泛应用于采集数据多、实时性要求
较高的现场测控领域。因此
,分布式数据采集系统中的一个关键
技术就是实现数据的同步传输。但由于网络传输延迟以及晶振
频率漂移的原因
,如果仅仅在系统启动时进行一次同步
,状态数
据的同步传输将会随着系统运行时间的增长而失步
,因而不能
够对系统的全局状态获得准确的掌握。
随着以太网技术逐渐应用于工业自动化测控领域
,2002年
国际电气和电子工程师协会
(IEEE)发布了
IEEE1588标准
,该标
准中的精确时间协议
(PreciseTimeProtocol,简称
PTP协议
)定
义了一个以太网模式下的时间同步协议
,主要应用在分布式测
量和控制系统中
,目的是提高工业以太网的实时性
,使运行于各
个独立测控节点上的时钟在系统范围内达到一个较高的同步
精度。
本文以
IEEE1588标准中的
PTP协议为基础
,通过使用以
太网物理层控制芯片
DP83640,在分布式数据采集系统中实现
了精确的时间同步。
2分布式数据采集系统概述
图
1分布式数据采集系统结构图
分布式数据采集是带传感器的多个微计算机节点借助现场总线或工业以太网连接在一起的分布式工业测控系统。传感
器采用输出温度、压力、流量、位移等模拟量
,再通过模数转换所
生成数字量并由微计算机独立地进行处理
,最后将局部的处理
结果传输到总控单元上进行集中分析处理并得出全局状态的
实时信息。拓扑结构如图
1所示。
3IEEE1588标准和PTP协议概述
IEEE1588标准的技术基础最初来源于安捷伦公司
,是由安
捷伦实验室的
JohnC.Edison以及来自其它公司和组织的
12
名成员共同研究的。经过多次修改后于
2002年由国际电气和
电子工程师协会
(IEEE)正式发布。
IEEE1588标准全称是
:网络测
量和控制系统的精密时钟同步协议标准。它定义一种在分布式
测量和控制系统中实现高精度时钟同步的精确时间协议
PTP。
该协议能够在所有支持多播的网络上实现
,特别适合于以太网
,
但并不局限于以太网
,目的是使分布式网络中的所有时钟保持
精确的同步。
PTP协议是一个关于时钟同步的协议标准
,它被应用于由
多个节点组成的分布式系统中
,在系统中每个节点代表一个独
立运行的时钟。
PTP协议将整个网络内的时钟分为普通时钟
(ordinaryclock)和边界时钟
(boundaryclock),而从通信关系上看
又可把时钟分为主时钟
(masterclock)和从时钟
(slaveclock),整个
系统中的最优时钟为最高主时钟
(grandmasterclock),系统只能
有一个最高主时钟
,而一个
PTP协议的通信子网中只能有一个
主时钟
,从时钟与主时钟保持同步。
PTP协议在现有的
UDP/IP协议基础之上实现局域网架构
内的时钟同步
,有关同步信息的协议报文共有
4种
,分别是
:同步
报文
Sync,跟随报文
Follow_up,延迟请求报文
Delay_req,延迟应
答报文
Delay_Resp。
PTP协议的同步过程分为两个阶段
:偏移
(offset)测量阶段和
延迟
(Delay)测量阶段。
偏移阶段的工作是修正主时钟和从时钟之间的时间偏差。徐锋:硕士研究生
91
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技
术
创
新《微计算机信息》(测控自动化)2009年第25卷第11-
1期360元/年邮局订阅号
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《现场总线技术应用200例》数采与监测
主时钟以固定的间隔时间
(默认每隔
2秒钟
)周期地以多播方式
向从时钟发出时钟同步报文。同步报文包括该报文何时在通信
路径上出现的一个时间估计值
TM1,从时钟测量接收的准确时
间是
TS1。随后主时钟发出跟随报文
,该报文包含对应同步报文
在通信路径上出现时间的更为精确的估计值。从时钟根据这两
个报文计算出与主时钟的时间偏差
,然后用这个偏差值修正本
地时钟。当忽略传输路径中的延迟
,那么两个时钟就会同步
,偏
移量通过下列公式计算
:
(1)
Toffset是主从时钟的偏移量
,Delay是同步报文在通信路径
上的传输延迟
,在偏移测量阶段
,报文传输延迟是未知量
,这里假
定传输延迟为
0。
延迟阶段的工作是计算出主时钟和从时钟之间的传输延
迟。从时钟向主时钟发出一个延迟请求报文
,从时钟测得该报的
发送时间是
TS3,主时钟接收该报文后
,立即将接收时刻的时间
戳
TM3填写到延迟应答报文并发回给从时钟。根据传递时间
戳
TS3和主时钟提供的接收时间戳
TM3,就可以计算从时钟和
主时钟之间的延迟时间。主时钟到从时钟的传输延迟根据上一
次同步报文的发送来计算。传输延迟的计算公式为
:
(2)
4系统原型设计及测试分析
从上文可以看出
PTP协议实现时钟同步的核心是获得包
含同步信息的
PTP协议报文中的时间戳
,也就是要获得接近报
文在介质上收发真实时刻的时间信息
,根据以太网报文传输的
逻辑路径
,PTP协议可以在三个位置获取时间戳
,分别是
:MII接
口、网络驱动程序和网络应用层
,这三个位置依次远离传输介
质
,由于收发
PTP协议报文并对它们进行处理都会增加同步误
差
,CPU负载和与处理中断有关的时延都会影响处理同步请求
的速度
,因而大多数误差是由软件增加的。为了获得精确的时钟
同步应选择硬件辅助方式
,也就是从
MII接口处获得时间戳。
MII接口是
MAC层与
PHY层之间的通道
,在此处获得的时间
信息可以十分接近报文在介质上的真实收发时间
,但通常的设
计方案是使用
FPGA或者其它连接在
MII接口处专用电路获
取时间戳信息
,这类方法不足之处在于
:一是增加的系统开发的
成本的周期
,另一方面无法满足极低的时钟抖动
(jitter)。美国国
家半导体公司最新生产的以太网物理层控制器
DP83640整合
了
IEEE1588标准的三个关键性因素
,分别是
:IEEE1588同步时
钟生成器
;对时钟同步报文封装时间信息
;通过
GPIO端口完成
事件触发和加盖时间戳工作。使用
DP83640可以使基于
PTP
协议的分布式系统达到很高的同步精度。
4.1系统原型设计
在实现真正的分布式数据采集系统之前
,需要构建一个类
似的、基于
PTP协议的原型系统
,利用物理层控制器
DP83640,
从而实现主从时钟同步达到几微秒甚至纳秒级的精度。为了降
低网络传输负载引起的不确定延时
,同时能够测量出同步的最
高潜在精度
,原型系统的拓扑结构暂时先选择最简单的点对点
方式
,之后再通过集线器
Hub逐渐增加时钟节点。每个节点上
使用的核心处理器是主频为
400MHz的
S3C2440AARM微处
理器
,以太网控制器选用
DM9000,但不使用
DM9000固有的物
理层
(PHY)控制器
,而将其上的
MII接口与
DP83640相连接
,
DP83640时间触发信号通过
GPIO总线与
ARM微处理器的外部中断引脚相连。
PTP时钟节点的硬件模块如图
2所示。
图
2PTP时钟节点的硬件模块
4.2PTP协议层软件
PTP协议层位于
UDP协议层之上
,无论通过硬件辅助还是
软件方式获取的时间戳都是通过
PTP协议层进行处理
,根据
IEEE1588标准中
PTP协议的规定
,设计开发的协议软件包括了
以下了几个部分
:
(1)PTP协议引擎
(engine)模块
:实现
PTP协议状态机
(state
machine)的功能
,根据默认数据集的参数动态调整
PTP端口状态。
(2)最佳主时钟算法
(bestmasterclock)模块
:实现最佳主时钟
算法的功能
,根据网络拓扑结构
,决定各个子网中的主时钟
,然后
在此基础上求得整个系统上的最高主时钟。
(3)报文封装模块
:用于向
PTP协议报文中获取或填写相关
数据。
(4)网络层模块
:完成
PTP时钟之间的初始化连接、数据的
发送和接收、以及从协议报文中获取时间戳的功能。
(5)计时器模块
:为主时钟周期广播发送同步报文
,从时钟发
送延迟请求报文
,周期运行最佳主时钟算法
,以及同步报文接收
超时的情况提供时间参考标准。
以上
5个软件模块中最佳主时钟算法是整个
PTP协议层
的核心
,当各个时钟上独立运行该模块时
,便通过网络层模块接
收其它时钟发出的有效同步报文
,之后通过比较这些报文中的
数据集
(dataset)判断整个子网中谁是主时钟
,从而各个时钟根
据判断依据运行
PTP协议引擎模块完成端口状态的改变
,使本
地时钟端口处于从时钟或者主时钟状态
,其中计时器模块是
PTP时钟的时间参考依据
,PTP协议报文中的时间信息参照这
个计时器进行解算
,从而得出主从时钟偏差和网络传输延迟
,并
根据这两个值修正本的时钟
,使之与主时钟形成同步。
4.3测试结果
图
3主从时钟同步测试结果
(下转第
111页
)
92
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同步算法在分布式系统中的实现与应用 (肖韬 南京大学 计算机系)
同步算法在分布式系统中的实现与应用
----暨停车场问题的研究与解决
肖韬
(南京大学 计算机科学与技术系 南京 210093)
The Implementation and Application of Synchronizing Algorithm in Distributed System
Tao Xiao
(Department of Computer Science & Technology, Nanjing University , Nanjing 210093, China)
Abstracts: Distributed systems have gained more and more research and empahses, as well as their applications in our daily lives.
Interprocess communication and synchronization, however, are always key issues in realms of the distributed system applications,
and they are what we must pay special attentions to when designing distributed systems. By analyzing a real case, we introduced
the distinguishment of interprocess communication and synchronization between distributed system and single machine,
elaborating the concrete algorithms, as well as a pragmatic solution.
分布式实时仿真系统高精度时间同步技术研究
第２６卷第４期 ２００６年４月 计算机应用
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖ０ｌ＿２６ Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２００６
文章编号：１００１—９０８１（２００６）０４—０９８９—０３
分布式实时仿真系统高精度时间同步技术研究
薛芳侠 ，闫了了 ，谢虹 ，姚益平 ，刘海业
（１．６３８９２部队，河南洛阳４７１００３；２．国防科技大学计算机学院，湖南长沙４１００７３）
（ｘｕｅｆａｎｇｘｉａ＠ｔｏｍ．ｃｏｒｎ）
摘要：在采用ＰＣ机和Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的局域网上用软硬件相结合的方式实现高精度、高效
率的时间同步是提高分布式实时仿真系统置信度、降低系统硬件成本的关键。给出了一种局域网时
间对齐（ＬＴＳ）算法和一种基于Ｐｃ机自身资源的时钟构造方法。ＬＴＳ算法在局域网环境下比目前广
泛使用的ＮＴＰ（网络时间协议）算法有更好的时间对齐效果，新时钟在性能上远远优于Ｗｉｎｄｏｗｓ系统
时钟。最后设计了一个完整的时间同步方案，该方案达到了高精度、高效率时间同步和降低硬件成本
的目的。
关键词：分布式；实时仿真系统；时间同步
中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｉｍｅ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｕｓｅｄ ｉｎ
ｒｅａ１．ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＸＵＥ Ｆａｎｇ—ｘｉａ ，ＹＡＮ Ｌｉａｏ—ｌｉａｏ ，ＸＩＥ Ｈｏｎｇ ，ＹＡＯ ＹＩ—ｐｉｎｇ ，ＬＩＵ Ｈａｉ—ｙｅ
（１．６３８９２ Ｃｒｏｐｓ ｏｆＰ ，Ｌｕｏａｎｇ ＨｅＮａｎ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤ ｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ＬＡＮ ｗｈｉｃｈ ＵＳｆｉ ＰＣ ａｎｄ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｉｍｅ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎ
工业通信中的实时通信与同步技术
工业通信中的实时通信与同步技术
在现代工业领域中，实时通信与同步技术的应用变得不可或缺。这些技术不仅能够加强工业通信的可靠性和效率，还能够提高生产过程的安全性和准确性。本文将探讨工业通信中的实时通信和同步技术，讨论其原理、应用以及未来的发展。
1. 实时通信技术
实时通信技术在工业通信中扮演着重要的角色。它能够实现从一端到另一端的实时数据传输，确保信息能够在最短的时间内到达目的地。实时通信有多种实现方式，其中以下两种是最常见的。
1.1 基于以太网的实时通信
以太网是一种广泛应用于工业领域的通信协议。通过使用实时以太网协议（如EtherCAT和PROFINET），可以实现实时通信。这些协议使用硬实时机制和时间触发机制来确保通信数据的及时到达。
1.2 基于工业总线的实时通信
工业总线是一种广泛应用于现代工业控制系统的通信协议。它可以通过实时扩展模块（如CANopen和Modbus TCP）来实现实时通信。这些模块能够通过网络传输实时数据，并提供数据同步和故障检测的功能。
2. 同步技术 在工业通信中，同步技术是非常重要的。它能够确保多个设备之间的数据传输和执行动作的同步，并提供精确的时间基准。以下是两种常见的同步技术。
2.1 时间同步技术
时间同步技术能够确保在分布式系统中的多个设备具有相同的时间标准。这种技术通常使用时间同步协议（如IEEE 1588）来实现，其中一台设备作为主时钟，其余设备通过网络同步自己的时钟。
2.2 事件同步技术
事件同步技术能够确保在多个设备之间发生的事件具有相同的时间顺序。它通常使用时间戳标记事件，并通过协议确保事件按照时间顺序到达。
3. 实时通信与同步技术的应用
实时通信与同步技术在工业通信中有许多应用。以下是一些常见的应用场景。
3.1 自动化控制系统
实时通信和同步技术是自动化控制系统的核心。它们能够确保各个部件之间的同步，使得整个系统能够按照预定的时间顺序运行。
fpga中的时间同步
fpga中的时间同步
FPGA中的时间同步是指在FPGA系统中实现各个模块之间的时间一致性。时间同步在很多应用中都是非常重要的，特别是在通信系统、数据采集系统和控制系统中。下面我将从几个方面来讨论FPGA中的时间同步。
首先，FPGA中的时间同步可以通过外部时钟源来实现。FPGA通常会接收外部的时钟信号作为参考时钟，各个模块可以根据这个参考时钟来进行同步操作。这种方式可以确保各个模块的操作都基于同一个时钟信号，从而实现时间同步。
其次，FPGA中的时间同步也可以通过内部时钟管理模块来实现。FPGA通常会包含一些时钟管理模块，可以用来生成各种时钟信号，包括同步时钟和异步时钟。通过合理配置这些时钟管理模块，可以实现各个模块之间的时间同步。
另外，FPGA中的时间同步还可以通过专门的同步电路来实现。例如，可以使用FIFO（First In First Out）缓冲器来进行数据的同步传输，从而确保各个模块之间的数据传输是同步的。此外，还可以使用专门的同步信号线来进行同步控制，确保各个模块的操作是同步的。
除了上述方法，还可以通过协议来实现FPGA中的时间同步。例如，在通信系统中，可以使用协议来约定各个节点的时间同步方式，从而实现整个系统的时间同步。
总的来说，FPGA中的时间同步是一个复杂而重要的问题，需要在设计和实现阶段充分考虑各个模块之间的时间一致性。通过合理的时钟管理、同步电路设计和协议约定，可以有效地实现FPGA系统中的时间同步。
多传感器时间同步方法
多传感器时间同步方法
概述
多传感器时间同步方法是指在多个传感器之间保持时间一致性的技术方法。在传感器网络中，精确的时间同步对于数据采集和处理非常重要。多传感器时间同步方法的研究和应用，有助于提高传感器网络的性能和可靠性，对于实时监测、数据融合以及智能控制等领域具有重要意义。
传感器网络中的时间同步问题
在传感器网络中，各个节点的时间同步是一项基础性的问题。由于传感器节点通常分布在不同的地理位置，受到环境条件和硬件限制的影响，节点之间的时钟偏差和时钟漂移会导致时间不一致性。在实际的应用场景中，比如环境监测、智能交通、工业自动化等方面，时间同步的精度要求往往非常高。如何实现传感器网络中多个节点的时间同步，是一个具有挑战性的问题。
常见的多传感器时间同步方法
目前，针对传感器网络中的时间同步问题，已经研究出了多种方法，主要包括硬件方法和软件方法两大类。
硬件方法：硬件方法通常依靠精密的时钟芯片或者GPS接收机来实现节点间的时间同步。通过使用高精度的硬件时钟，可以获取到较为准确的时间信息，从而实现节点之间的时间同步。硬件方法的成本较高，并且在某些复杂环境下会受到信号干扰和遮挡的影响。
软件方法：软件方法通常使用一些协议或者算法来实现多传感器之间的时间同步。常见的软件方法包括基于报文交换的同步协议、基于时延测量的同步算法等。软件方法通常能够通过网络通信来实现节点之间的时间同步，并且成本较低。软件方法需要考虑网络延迟、传输时延等因素，对算法的设计和实现有一定的要求。
新型的多传感器时间同步方法
随着技术的不断发展，一些新型的多传感器时间同步方法也应运而生。基于深度学习的时间同步方法成为了研究热点之一。通过利用深度学习算法对传感器节点的时间变化进行建模和预测，可以实现高精度的时间同步，同时还能够适应复杂多变的环境条件。
基于区块链技术的时间同步方法也开始受到关注。区块链技术具有去中心化、安全可信的特点，能够有效解决传感器网络中的时间同步和数据完整性验证问题。通过区块链技术，可以构建一个分布式的时间同步系统，为传感器网络提供可靠的时间基准。
实时系统中的时钟同步与时钟漂移校正方法(八)
实时系统中的时钟同步与时钟漂移校正方法
一、时钟同步的重要性
在现代的实时系统中，时钟同步是一个至关重要的技术，它保证了分布式系统中各个节点的时钟的一致性。时钟同步的目标是使系统中各个时钟的时间保持一致，避免出现由于时钟不同步而引起的错误和问题。
二、时钟漂移的原因及影响
时钟漂移是指由于时钟频率不准确而导致时钟走得慢或快的现象。时钟漂移的原因有多种，包括时钟器件的不稳定性、温度的变化、电压的波动等。时钟漂移会导致系统中各个节点的时钟时间逐渐偏离，最终使得系统无法正常工作。
时钟漂移对实时系统的影响是巨大的，它会导致任务的执行时间不准确，任务之间的依赖关系无法满足，进而影响整个系统的性能和可靠性。因此，时钟漂移的校正是保证实时系统稳定运行的重要一环。
三、时钟同步方法 - NTP协议
NTP（Network Time Protocol）是一种用于时钟同步的网络协议。NTP通过向各个节点发送时间信息，然后根据接收到的时间信息和自身的时钟进行校正，以实现时钟同步。NTP协议具有高可靠性和高精度的特点，广泛应用于实时系统中。
四、时钟漂移校正方法 - 频率补偿 频率补偿是一种通过调整时钟频率来校正时钟漂移的方法。在实时系统中，可以通过周期性地检测时钟的频率变化，并根据检测到的变化来调整时钟频率，实现时钟漂移的校正。
频率补偿方法需要在系统中引入一个参考时钟，该参考时钟具有高稳定性和准确性。系统通过与参考时钟进行比较，计算出时钟的漂移量，并根据漂移量来调整时钟频率。这样可以保证系统中各个节点的时钟时间保持一致，并且能够及时进行漂移校正，保证系统的稳定性和可靠性。
五、时钟同步与时钟漂移校正综合应用
在实际应用中，时钟同步和时钟漂移校正常常被同时使用。通过时钟同步，各个节点的时钟时间可以保持一致，避免任务执行时间不准确的问题。而通过时钟漂移校正，可以及时修正时钟的漂移，保证时钟的准确性。
综合应用时钟同步和时钟漂移校正方法的实时系统可以在保证任务执行时间准确的同时，提高系统的稳定性和可靠性。例如，对于分布式系统中的任务调度，通过时钟同步和时钟漂移校正，可以避免任务因时钟不同步而出现调度不准确的问题；对于数据采集系统，通过时钟同步和时钟漂移校正，可以确保数据的时间戳准确无误，方便后续的数据分析和处理。
无线传感器网络的时钟同步与时间同步方法介绍
无线传感器网络的时钟同步与时间同步方法介绍
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布式的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的各种信息。在WSN中，节点之间的时钟同步和时间同步是非常重要的，它们对于网络的可靠性和性能起着关键作用。本文将介绍WSN中常用的时钟同步和时间同步方法。
一、时钟同步方法
1. 基于全局时间戳的方法
基于全局时间戳的方法是一种简单且易于实现的时钟同步方法。该方法通过引入一个全局时间戳来同步节点的时钟。每个节点在启动时，通过接收其他节点发送的时间戳信息来更新自己的时钟。然而，这种方法的精度较低，容易受到网络延迟和通信不可靠性的影响。
2. 基于时间同步协议的方法
基于时间同步协议的方法是一种更为高级的时钟同步方法。它通过引入专门的时间同步协议来实现节点之间的时钟同步。常见的时间同步协议包括Network
Time Protocol（NTP）、Precision Time Protocol（PTP）等。这些协议通过在网络中的特定节点上进行时间同步，然后将同步的时间信息传播给其他节点，从而实现整个网络的时钟同步。
二、时间同步方法
1. 基于事件触发的方法
基于事件触发的时间同步方法是一种常用的时间同步方法。该方法通过节点之间的事件触发来实现时间同步。当一个节点在某个事件发生时，它会向其他节点广播该事件的时间戳，其他节点通过接收到的时间戳来更新自己的时钟。这种方法可以在节点之间实现较高的时间同步精度，但是对于事件的触发条件和时间戳的传输有较高的要求。
2. 基于时钟漂移的方法
基于时钟漂移的时间同步方法是一种更为精确的时间同步方法。该方法通过测量节点时钟的漂移率来实现时间同步。每个节点在启动时，会通过与其他节点的时间比较来估计自己的时钟漂移率，并根据漂移率来调整自己的时钟。这种方法可以实现较高的时间同步精度，但是需要节点具备较高的计算能力和通信能力。
嵌入式分布系统中网络设备的时间同步
专题论述
嵌入式分布系统中网络设备的时间同步
苏伟。杨斌
（ｇｇ南交通大学信息科学与技术学院，成都６１００３１）
摘要：针对航电系统中报文的处理需要时间同步的要求，采用Ｖｘｗｏｒｋｓ嵌入式操作系统，设计并实现了网络授时协议
（ＮＴＰ）服务器，建立了可靠的处理机制。重点对ＮＴＰ协议进行介绍，包括其工作原理、网络结构、工作模式以及处理流
程。最后对课题的分布式系统性能进行测试并作出详细的分析，阐明建立网络时间服务体系的必要性。ＮＴＰ协议用于
同步分布式系统中的计算机时间，对于分布式系统的网络应用有着重要的参考价值。
关键词：ＮＴＰ协议；嵌入式分布系统；Ｖｘｗｏｒｋｓ；网络中间件；网络授时
中图分类号：ＴＰ３０１ 文献标识码：Ａ
Ｔｉｍｅ ＳｙｎｃｈｒＯｎｉｚａｔｉＯｎ ｏｆ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｓｕ Ｗｅｉ，Ｙａｎｇ Ｂｉｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｃｋｅｔｓ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｖｉｏｎｉｃｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｓｉｎｇ ＶｘＷｏｒｋｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｉｍｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＮＴＰ）ｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ＮＴＰ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｉｍｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ．ＮＴＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕ— ｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｈａｖｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ．
链路分布式数据采集系统中时问同步技术研究
２０１１年第１１期 计算机光盘软件与应用
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 工程技术
链路分布式数据采集系统中
时问同步技术研究
李大为 ，刘海萍’，张钰涵
（１．９１２４５部队，辽宁葫芦岛 １２５０００；２．辽宁葫芦岛龙港电业局，辽宁葫芦岛 １２５０００）
摘要：在高速数据传输的分布式数据采集系统中，各个组成单元间的时钟同步是保证系统正常工作的关键。本文对
于时延的测量采用改进的线性规划算法来进行测量，利用前向和反向两个单向测量可以估计出消除收发时钟频差和初始偏
差的端到端的时延。提出了在采用Ｓｕｅ Ｂ．Ｍｏｏｎ的方法基础上进行改进实现收发时钟的同步技术，提高了测试的精度和准确
性。
关冀词：链路；端到端的时延；时钟同步
中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标识码：Ａ 文章墒号：１００７－９５９９（２０１１）１１－００６１—０２
Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒ０ｎｉｚａｔｉ０ｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｌｉｎｋ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｌｉ Ｄａｗｅ（，Ｌｉｕ Ｈａｉｐｉｎｇ１，Ｚｈａｎｇ Ｙｕｈａｎ
（１．９１ ２４５ Ｆｏｒｃｅｓ，Ｈｕｌｕｄａｏ １ ２１ ００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕｌｕｄａｏ Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｕｌｕｄａｏ １ ２５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓ￣ｒ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｕｎｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｏｃｋ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ ｄｅｌａｙ ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔＯ
基于FPGA的IEEE_1588时钟同步系统的设计与实现
第１３卷 第５期Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．５ 智 能 计 算 机 与 应 用ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０２３年５月 Ｍａｙ２０２３
文章编号：２０９５－２１６３（２０２３）０５－００６４－０６中图分类号：ＴＰ３９３文献标志码：Ａ基于ＦＰＧＡ的ＩＥＥＥ１５８８时钟同步系统的设计与实现
徐卓汀，商艳娟，王成群（浙江理工大学信息学院，杭州３１００１８）
摘 要：ＩＥＥＥ１５８８精密时钟协议用于分布式系统中各节点上独立时钟的同步，纯软件实现的ＩＥＥＥ１５８８精密时钟协议的时间戳只能标记在数据链路层，受网络传输延迟以及网络抖动的影响，时钟同步精度一般只能达到微秒级。本文设计了一种基于ＦＰＧＡ的ＩＥＥＥ１５８８协议的时钟同步系统，采用ＥＰ４ＣＥ６Ｅ２２Ｃ８和ＲＴＬ８２０１ＣＰ芯片，通过编程实现ＩＥＥＥ１５８８报文识别、时钟偏移补偿算法等。该方法进一步降低了网络传输延迟的不确定性，提高了时间戳捕获的精度。通过实验对主从时钟同步精度的一致性进行测试，满足设计要求。关键词：ＩＥＥＥ１５８８精密时钟协议；ＦＰＧＡ；时间戳；时钟同步ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＩＥＥＥ１５８８ｐｒｏｔｏｃｏｌｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＸＵＺｈｕｏｔｉｎｇ，ＳＨＡＮＧＹａｎｊｕａｎ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｑｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＳｃｉ－ＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＩＥＥＥ１５８８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋｐｒｏｔｏｃｏｌｉｓｕｓｅｄｔｏｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｌｏｃｋｓｏｎｅａｃｈｎｏｄｅｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｔｉｍｅｓｔａｍｐｏｆＩＥＥＥ１５８８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋｐｒｏｔｏｃｏｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｐｕｒｅｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｏｎｌｙｂｅｍａｒｋｅｄｏｎｔｈｅｄａｔａｌｉｎｋｌａｙｅｒ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｅｌａｙａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｊｉｔｔｅｒ，ｔｈｅｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｃａｎｏｎｌｙｒｅａｃｈｔｈｅｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄｌｅｖｅｌ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＩＥＥＥ１５８８ｐｒｏｔｏｃｏｌｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ．ＥＰ４ＣＥ６Ｅ２２Ｃ８ａｎｄＲＴＬ８２０１ＣＰｃｈｉｐｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅＩＥＥＥ１５８８ｍｅｓｓａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｃｌｏｃｋｏｆｆｓｅｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｒｏｕｇｈｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｆｕｒｔｈｅｒｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｅｌａｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｓｔａｍｐａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｂｙｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ．【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＩＥＥＥ１５８８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋｐｒｏｔｏｃｏｌ；ＦＰＧＡ；ｔｉｍｅｓｔａｍｐ；ｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ