[發明專利]一種快速高精度時間同步系統

在審

• 申請號: 202010599908.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111953442A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 趙壁如;趙健;劉宗坤;陳志麟;趙萱坤;方曉松;白光普;王濤;費春霞;陳嘯然;安自朝;胡杰;張繼晨;白晨曦
• 申請（專利權）人: 成都星辰瀑布通信技術有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 張曉艷

本發明公開了一種快速高精度時間同步系統，包括NTP和PTP協議，NTP為適應Internet的層次結構采用層次氏時間分布模型、包括主時間服務器、從時間服務器及客戶與節點間的傳輸路徑，主時間服務器與高精度同步時鐘源，從時間服務器經由主服務器或從其它服務器獲得同步。本發明可用于無線、有線通信兩個或者多個設備之間的時間同步，其直接建立在ISO七層通信模型的物理層上的鏈路層，與上層協議無關，且對于上層協議是透明的，當系統網絡的物理層連接的同時就能迅速同步兩個或者多個設備之間的時間，精度可根據通信方式、通信速率和實現成本來調整，最高可達到納秒級別，具有精度高、成本低、設備布置靈活。

技術領域

本發明涉及網絡時間技術領域，具體為一種快速高精度時間同步系統。

背景技術

目前廣泛使用的時間同步方式(協議)有網絡時間協議NTP(Network TimeProtocol)，但其同步準確度只能達到1ms左右，LAN上與標準間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒；另外網絡精密時鐘同步委員推出的IEEE1588標準即精確時間協議PTP(Precision TimeProtocol)，PTP可以以純軟件的方式實現，也可以用能夠提供更精確的時間同步的專門的硬件實現，時間的精度和不確定性一般在幾十納秒到幾十亞微秒間，但是這兩種方式均是在以太網的IP層上實現，要實現系統的時間同步首先實現以太網的IP通信功能，并且需要同步雙方都至少需要發送和接收到兩個報文才能實現，因此同步時間長，結構復雜，實現難度大，成本較高；另外上述時間同步方式對于一些非以太網通信的系統，如水下通信，戰術無線電通信、紅外點對點通信等情況下也不是很適用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速高精度時間同步系統，具備可用于無線、有線通信兩個或者多個設備之間時間同步的優點，其直接建立在ISO七層通信模型的物理層上的鏈路層，與上層協議無關，且對于上層協議是透明的，當系統網絡的物理層連接的同時就能迅速同步兩個或者多個設備之間的時間，精度可根據通信方式、通信速率和實現成本來調整，最高可達到納秒級別，具有精度高、成本低、設備布置靈活。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種快速高精度時間同步系統，包括NTP和PTP協議，NTP為適應Internet的層次結構采用層次氏時間分布模型、包括主時間服務器、從時間服務器及客戶與節點間的傳輸路徑，主時間服務器與高精度同步時鐘源，從時間服務器經由主服務器或從其它服務器獲得同步，在正常情況下節點(包括從時間服務器及客戶)只用最可靠、最準確的服務器及傳輸路徑來進行同步，因此通常的同步路徑呈現為一個層次結構，在該層次結構中，主服務器位于根節點，而其它服務器隨同步精度的增加而位于逐漸靠近葉子節點的層上，NTP將傳輸路徑區分為主動同步路徑(ActiveSynchronization Paths)與備份同步路徑(Backup Synchronization Paths)兩者都進行時間消息包的傳輸，但節點只用主動同步路徑的數據進行同步處理，NTP對時間的處理主要包括以下部分；

一：針對一個時間服務器的數據過濾處理，這種處理的目的是改善通過一個時間服務器獲得的網絡延遲和時鐘偏差的估計精確度；

二：針對多個時間服務器的對等選擇與組合處理，NTP是通過利用多個服務器及多條網絡路徑來獲得高準確度與可靠性；

三：本地時鐘校正，為維持時鐘的單調性，NTP并不將前兩步處理得到的時鐘偏差直接用來調整本地時鐘，而是通過一個環路濾波器轉換為一個對可變頻率振蕩器的控制量，來控制振蕩器的振蕩頻率，間接調整系統時鐘。

PTP協議也是通過以太網同步各設備的時鐘，可以提供亞微妙級的對時精度，其對時過程包含兩步：

第一步：通過最佳主時鐘(Best Master Clock)算法確定網絡中最精確的時鐘，作為主時鐘master，其余所有時鐘都作為slave，并與master同步；