[發明專利]面向無線傳輸環境的IEEE1588協議優化系統及其方法

有效

• 申請號: 201210088352.8
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102664696A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 周思捷;王若擎;唐崇毅;宋歡;王翔宇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種通信領域中時間同步技術，尤其涉及一種面向無線傳輸環境的IEEE1588協議優化系統及其方法。

背景技術

隨著網絡通信技術的發展，分布式系統中的時鐘同步的作用越來越重要。目前，為實現高精度的分布式時鐘的同步，公知的且比較有效的方法是通過IEEE1588同步協議來實現以太網絡中的時鐘同步。IEEE1588全稱是“網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準”，它既使用軟件，又同時使用硬件和軟件配合，從而獲得更精確的定時同步。該協議可用于所有支持組播功能的網絡，比如：以太網絡。以太網具有廣泛應用，通信速率高和成本低廉等優勢，但是由于以太網采CSMA/CD的訪問機制，所以具有通信延遲不確定的特點，這使得以太網成為時鐘同步領域應用的一個障礙。IEEE1588的主要原理是通過一個主時鐘周期性的發送時間同步信號，從而對網絡中多個節點的時鐘進行周期性地同步，其同步精度可遠遠高于NTP的同步精度。

一套IEEE1588系統由許多設備(節點)組成，每個設備都有自己的時鐘系統，時鐘之間通過網絡相連，通過周期性地發布帶有時間戳的信息包，使各個節點的時鐘得到同步。

按照工作原理可以將IEEE1588的時鐘分為兩類：普通時鐘(Ordinary?Clock)和邊界時鐘(Boundary?Clock)。只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘，有大于一個PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每個PTP端口提供獨立的PTP通信。按照通信關系又可將時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實現主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP子網內只能有一個主時鐘。主時鐘擔任時間發布者的角色，從時鐘擔任時間接收者的角色。

PTP采用主從(Master-Slave)模式，主要定義了四種多點傳送的時鐘報文類型：同步報文Sync、跟隨報文FollowUp、延遲請求報文DelayReq和延遲請求響應報文DelayResp。

在進行時鐘同步時，首先對子網中所有時鐘應用最佳主時鐘算法(BMC，Best?Master?Clock)確定子網中的主時鐘。整個系統中的最優時鐘為最高級時鐘(GMC，Grandmaster?Clock)，它應當有著最好的穩定性、精確性、確定性等，是整個同步網絡的時間源。

PTP同步過程一般可分為兩個階段：偏移測量階段和延遲測量階段。

第一階段：偏移測量階段，修正主時鐘和從時鐘之間的時間偏差。主時鐘周期性(一般為2s)地給從時鐘發送Sync報文，這個同步報文包括該報文離開主時鐘的時間估計值。主時鐘隨后發送FollowUp報文，該報文攜帶發送Sync報文的準確時刻t₁。從時鐘在收到Sync報文后記下報文的精確到達時間t₂。根據t₁和t₂可計算出主時鐘和從時鐘之間的時間偏差(offset)，由于此時對同步報文的傳輸延時(delay)未知，先假設其為零；

第二階段：延遲測量階段，從時鐘向主時鐘發送一個延遲請求DelayReq報文，同時記錄該報文的實際發送時間t₃。主時鐘記錄延遲請求報文到達的準確時間t₄，然后在延遲請求響應報文DelayResp中把t₄送回到從時鐘。根據t₃和t₄可計算出報文的傳輸延時delay，再次對本地時鐘進行調整。延遲測量是不規則進行的，其測量間隔時間為4-60s之間的隨機值，這樣可以使網絡的負荷不會太大。

假設報文由主時鐘到從時鐘所用的時間與報文由從時鐘到主時鐘所用的時間相同，則

t₂＝t₁+offset+delay

t₄＝t₃-offset+delay

從以上兩式計算出主從時鐘之間的delay和offset，并根據此調整從設備的本地時鐘，完成一次時間同步。