IEEE1588和高精度時(shí)間同步的方法

*時(shí)鐘的分級(jí)（clock_stratum）

時(shí)鐘的級(jí)數(shù)代表時(shí)鐘的質(zhì)量，這個(gè)分級(jí)是有定義的，每個(gè)時(shí)鐘都應(yīng)標(biāo)上它的級(jí)別，在最佳主時(shí)鐘算法中它作為時(shí)鐘質(zhì)量的標(biāo)志進(jìn)行計(jì)算。時(shí)鐘分級(jí)的定義如表1所示：

*時(shí)鐘標(biāo)識(shí)符（Clock identifier）

時(shí)鐘標(biāo)識(shí)符指示時(shí)鐘內(nèi)在的和可期待的絕對(duì)精度及起始時(shí)間，時(shí)鐘標(biāo)識(shí)符值也是表示時(shí)鐘性能的參數(shù)，也是在最佳主時(shí)鐘算法中要參與運(yùn)算的參數(shù)。時(shí)鐘標(biāo)識(shí)符的定義如下表所示：(表2見(jiàn)書(shū))

*時(shí)鐘變量（clock_variance）

在1588協(xié)議中時(shí)鐘變量是不斷實(shí)時(shí)測(cè)量和計(jì)算的值，用于表征時(shí)鐘當(dāng)時(shí)的品質(zhì)。這個(gè)值是通過(guò)Allan均方差公式得到，Allan方差式原用于振蕩器頻率的統(tǒng)計(jì)誤差計(jì)算，這里用于表示時(shí)間的統(tǒng)計(jì)誤差。（公式見(jiàn)書(shū)）

s2PTP是多次測(cè)量的均方差值，這里xk，xk＋1，xk＋2是在時(shí)間tk，tk＋ t，tk＋2 t 時(shí)刻所作的時(shí)間殘差測(cè)量，t是測(cè)量的間隔時(shí)間，N是測(cè)量的次數(shù)。從公式可看出這是統(tǒng)計(jì)方差式，公式已排除任何穩(wěn)定的對(duì)稱(chēng)的誤差,時(shí)鐘的漂移并不會(huì)影響 方差s2PTP，時(shí)鐘的不規(guī)則跳動(dòng)直接影響s2PTP值。

s2PTP值再經(jīng)過(guò)取對(duì)數(shù)，乘以常數(shù)和滯環(huán)處理才成為運(yùn)算中使用的時(shí)鐘變量clock_variance。

*最佳主時(shí)鐘算法概要

最佳時(shí)鐘算法（Best Master Clock Algorithm－簡(jiǎn)稱(chēng)BMC算法）由兩部分組成：一是數(shù)據(jù)組比較算法，比較兩組數(shù)據(jù)的優(yōu)劣，可能一組是代表本地時(shí)鐘的缺省特性的數(shù)據(jù)，一組代表從某端口接收的同步報(bào)文所包含的信息。這個(gè)比較算法一是要對(duì)各種數(shù)據(jù)組進(jìn)行比較。二是根據(jù)數(shù)據(jù)組比較結(jié)果計(jì)算每個(gè)端口的推薦狀態(tài)（主站、從站、待機(jī)、未校正、只聽(tīng)、禁止、初始化、故障狀態(tài)）。

BMC算法是在每個(gè)時(shí)鐘的每個(gè)端口本地運(yùn)行的，它規(guī)定數(shù)據(jù)比較的順序和判據(jù)，所使用的數(shù)據(jù)除上面提到的時(shí)鐘級(jí)，時(shí)鐘標(biāo)識(shí)符，時(shí)鐘變量外還有路徑長(zhǎng)度、是不是邊界時(shí)鐘等條件。通過(guò)比較可得到每個(gè)時(shí)鐘的每個(gè)端口當(dāng)時(shí)應(yīng)取的狀態(tài)。

如對(duì)一個(gè)典型的具有N個(gè)端口的時(shí)鐘C0的BMC算法：

－對(duì)每一個(gè)端口r，比較從連接到這個(gè)端口通信路徑上的其它時(shí)鐘的端口接收的合格的Sync報(bào)文的數(shù)據(jù)組，通過(guò)數(shù)據(jù)組比較算法決定這個(gè)端口的最佳報(bào)文Erbest。

－對(duì)C0的N個(gè)端口比較各端口的Erbest，決定時(shí)鐘C0的最佳報(bào)文Ebest。

－對(duì)C0的N個(gè)端口的每一個(gè)，根據(jù)Ebest，Erbest和缺省數(shù)據(jù)組D0，用BMC狀態(tài)決定算法和應(yīng)用端口的狀態(tài)機(jī)決定端口的狀態(tài)。

對(duì)于PTP子域中每個(gè)時(shí)鐘，每一個(gè)端口都運(yùn)行BMC算法，這個(gè)運(yùn)算是連續(xù)不斷的，因此能適應(yīng)時(shí)鐘和端口的變化。并且1588的BMC算法是分散在每個(gè)時(shí)鐘，每個(gè)端口，是獨(dú)立運(yùn)行的，因此更容易實(shí)現(xiàn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)高度發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)?？涨熬薮?，分散控制和網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，分散時(shí)鐘的同步越加重要，自2002年1588協(xié)議出現(xiàn)后，特別是它可能達(dá)到的高精度和較低的開(kāi)銷(xiāo)為人們實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求提供了現(xiàn)實(shí)可行的途徑。1588協(xié)議是建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，但它并不需要為時(shí)鐘傳遞建立特別的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)1588協(xié)議只需在原有網(wǎng)絡(luò)上添加時(shí)間同步報(bào)文，這些報(bào)文只占用少量網(wǎng)絡(luò)資源，它們只是和控制數(shù)據(jù)包或其他信息包共享網(wǎng)絡(luò)。由于以上原因高精度時(shí)間同步已成為當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)，相信國(guó)內(nèi)業(yè)界也會(huì)給予足夠重視。

參考文獻(xiàn)

1，The Application of IEEE 1588 to a Distributed Motion Control System

Kendal R.Harris, Sivaram Balasubramanian, Anatily Moldovansky

Rockwell Automation

2, Time Synchronization for Ethernet

Raif Messerschmidt

3, CIP Sync, Time Synchronisation for CIP Network.Ken Harris,Steve Zuponicic.Rockwell Automation

4, Recent Advances in IEEE 1588 Technology and its Application.John C. Eidson.Agilent Technology

5，IEC61588 Standard- 2004. Precision clock synchronization protocol for networked measurement and control system