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基于精确时钟协议的多时钟源时钟同步实现

光电技术应用 2021年第6期36卷 60-65页

作者：杨莉华吴瀚黎昞阴玥刘磊西北工业大学软件学院西安工业和信息化部电子第五研究所广州西北工业大学微电子学院西安

精确时钟协议(precision time protocol,PTP)由网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准(IEEE 1588)定义,借助网络通信和本地计算等技术实现分布式系统中的高精度时钟同步。虽然PTP系统可以通过纯软件的方式在局域网络内实现亚微秒级... 详细信息

精确时钟协议(precision time protocol,PTP)由网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准(IEEE 1588)定义,借助网络通信和本地计算等技术实现分布式系统中的高精度时钟同步。虽然PTP系统可以通过纯软件的方式在局域网络内实现亚微秒级的时钟同步,却难以满足对时钟同步性能有更高要求的通信传输网络。阐述了PTP协议的时钟同步机制,通过搭建实验平台对Linux PTP软件进行调试,基于GPS(global position system)/北斗多时钟源授时模块实现纳秒级的主从时钟同步,提升了系统的可靠性和安全性。为满足多种环境下针对PTP协议的网络时钟同步研究提供了参考。

关键词：时钟同步精确时钟协议 IEEE 1588 分布式系统

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以太网精确时钟协议的研究与实现

计算机测量与控制 2011年第12期19卷 3047-3049,3053页

作者：杨传顺吕文发袁建中国船舶重工集团公司江苏自动化研究所江苏连云港222006

分析了面向测量和控制系统的精确时钟同步协议IEEE1588标准,研究了通过以太网实现精确时钟协议的思想、原理和算法,以及数据包时间戳的生成方式;设计了精确时钟协议的具体实现方式,使用DP83640芯片,实现了以太网硬件辅助生成时间戳,分... 详细信息

分析了面向测量和控制系统的精确时钟同步协议IEEE1588标准,研究了通过以太网实现精确时钟协议的思想、原理和算法,以及数据包时间戳的生成方式;设计了精确时钟协议的具体实现方式,使用DP83640芯片,实现了以太网硬件辅助生成时间戳,分析了系统的原理、组成和功能;最后通过以太网搭建了测试系统,对不同的网络负载情况进行了主从时钟的同步精度测试;测试结果验证了通过以太网传输和同步时钟,能够容易达到微秒级的同步精度,能够满足系统对时钟精度的应用需求,也进一步拓宽了以太网的应用范围。

关键词：以太网 IEEE1588 精确时钟协议时间戳 DP83640

下一代高速铁路LTE-R时间同步网协议脆弱性分析

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铁道学报 2023年第1期45卷 63-74页

作者：陈永詹芝贤刘雯兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

铁路无线通信系统时间同步网络,是保障行车安全和提高铁路运营效率的重要基础。针对下一代高速铁路LTE-R自身全IP化架构在使用精确时钟PTP时间同步协议过程中易受到ARP攻击的问题,提出基于随机Petri网(SPN)的LTE-R时间同步网协议脆弱性... 详细信息

铁路无线通信系统时间同步网络,是保障行车安全和提高铁路运营效率的重要基础。针对下一代高速铁路LTE-R自身全IP化架构在使用精确时钟PTP时间同步协议过程中易受到ARP攻击的问题,提出基于随机Petri网(SPN)的LTE-R时间同步网协议脆弱性分析方法。建立了ARP攻击状态下LTE-R时间同步网协议脆弱性分析SPN模型;通过马尔科夫链同构的方法,得到ARP攻击下LTE-R三级时钟节点实施速率与PTP协议同步正常、异常之间的关系曲线;定量得到了影响LTE-R时间同步网协议脆弱性的关键因素。研究结果为GSM-R时间同步网络向LTE-R安全演进提供了一定的理论参考依据。

关键词：时间同步下一代高速铁路无线通信系统精确时钟协议随机Petri网脆弱性分析

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

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铁道学报 2023年第7期45卷 81-91页

作者：陈永詹芝贤蒋丰源兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统,保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声,而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种... 详细信息

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统,保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声,而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法:建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程;构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程;利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值;使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿;通过实验仿真,得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响,并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明:本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差,与其他补偿方法相比,具有更好的稳定性和鲁棒性。

关键词：时间同步下一代高速铁路无线通信系统精确时钟协议卡尔曼滤波时间补偿

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

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电子测量技术 2022年第18期45卷 91-98页

作者：程顺岭李常贤赵科大连交通大学自动化与电气工程学院大连116028 大连交通大学轨道交通装备国家地方联合工程研究中心大连116028

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算... 详细信息

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30 ns以内,同步偏差最低可达1.38 ns,验证了所提算法的优越性。

关键词：列车通信网络时间同步精确时钟协议时钟伺服系统 PI控制

基于PTPv2的分布式测量系统高精度时钟同步设计

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基于PTPv2的分布式测量系统高精度时钟同步设计

作者：周健电子科技大学

学位级别：硕士

风洞是一种能人工产生和控制气流的管道设备,是空气动力实验最常用、最有效的工具之一。在其管道内部以动力设备驱动并控制气流,模拟高速物体周围的气体流动,通过部署在风洞内的测量系统测量气流对被测件的物理作用。风洞内部署的测量... 详细信息

风洞是一种能人工产生和控制气流的管道设备,是空气动力实验最常用、最有效的工具之一。在其管道内部以动力设备驱动并控制气流,模拟高速物体周围的气体流动,通过部署在风洞内的测量系统测量气流对被测件的物理作用。风洞内部署的测量系统子系统众多,各子系统测量设备、测量对象、测量要求各不相同,但须所有子系统联合测试,共同提供测量数据。因此,要求不同总线类型、不同采集方式的各测量设备均在统一时间基准下运行,使得测量数据具有时间上的一致性和可比性。精确时钟协议（Precision Time Protocol,PTP）由IEEE 1588标准定义,借助网络通信和本地计算等技术实现分布式系统中时钟的高精度同步。填补NTP和GPS都没能很好覆盖到的缺口,专为需要超出NTP的时间精度的本地系统而设计,也没有GPS每个节点都安装GPS信号接收器的高额成本,同时避免了GPS信号不可访问的问题。随着分组交换技术的发展,重新修订的IEEE 1588-2008标准定义了PTP协议的V2版本。本文以部署于国内某大型风洞内测量系统为研究对象,主要进行了如下工作:（1）对目标测量系统的八大子系统的主要测量设备根据电气接口、协议支持、同步精度需求等进行整理和分析,针对性地提出了时钟同步方案和时间戳方案。实验了网络配置和负载对时钟同步的影响,并根据实验结果进行同步网络架构设计,搭建具备相同拓扑结构的实验网络,验证了设计的效果。（2）针对目标测量系统中测力子系统和姿态角测量子系统对采集时间一致性的极高要求,研究两个子系统信号通道的传播延迟的测量和校正方法,设计共享时钟触发调延装置,通过改变时钟和触发信号链路上的相对延时,对目标子系统信号的传播延时进行校正,降低目标系统的采样时间误差。（3）建立数学模型描述PTP时钟同步机制,并结合实际工作情况分析,通过引入影响同步精度的因素对模型进行修正,设计了一种基于稳定快速横向递归最小二乘的自适应干扰补偿PTP时钟同步算法并进行仿真。工作成果包括一套完整的统一时基方案,一种基于FPGA的共享时钟触发调延装置以及一种自适应PTP时钟同步算法。

关键词：分布式系统时钟同步精确时钟协议延时校正

计及链路传输时延的智能变电站精准时间同步技术

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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电网与清洁能源 2017年第4期33卷 34-39页

作者：吴春红韩伟杨海晶高利明高辉国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450052 南京邮电大学自动化学院江苏南京210000

鉴于监测电网稳定和保护控制需要,精确时钟同步在电力系统中的应用需求愈来愈迫切。针对智能变电站基于IEC 61588协议精确同步对时协议,介绍了对时系统和时钟源冗余配置策略,详细阐述了智能变电站精准时间同步原理,并提出基于对称链路... 详细信息

鉴于监测电网稳定和保护控制需要,精确时钟同步在电力系统中的应用需求愈来愈迫切。针对智能变电站基于IEC 61588协议精确同步对时协议,介绍了对时系统和时钟源冗余配置策略,详细阐述了智能变电站精准时间同步原理,并提出基于对称链路与非对称链路时延假设条件下时间同步计算方法。仿真结果表明,基于IEC 61588协议的智能变电站时间同步算法在对称链路假设条件下有效,当考虑非对称链路时需修正原有算法才能获得较高精度的同步效果。

关键词：精确时钟协议智能变电站时钟同步冗余配置

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半实物网络测试系统从时钟频率漂移影响分析

计算机应用 2015年第3期35卷 624-628,642页

作者：孙磊刚张明清孔红山刘小虎信息工程大学密码工程学院郑州450000

针对精确时钟协议(PTP)用于半实物网络仿真测试时难以实现精确系统同步的问题,研究从时钟频率漂移对PTP仿真系统同步性能的影响。建立了半实物网络环境下PTP系统模型和时钟模型,解析性推导出单向传输链路中Slaven对主时钟的时延误差估计... 详细信息

针对精确时钟协议(PTP)用于半实物网络仿真测试时难以实现精确系统同步的问题,研究从时钟频率漂移对PTP仿真系统同步性能的影响。建立了半实物网络环境下PTP系统模型和时钟模型,解析性推导出单向传输链路中Slaven对主时钟的时延误差估计,得出从时钟模型时延误差表达式具有一致的加权结构,且各误差项都将累积并渗透到传输线路中,影响整个网络的同步精度。基于此,设计多种半实物网络仿真场景进行验证、分析和测试。仿真结果表明:单个从时钟频率漂移对系统同步精度影响甚微,但系统内从时钟均存在漂移或主时钟存在时间抖动的情况下,造成的同步误差是单个从时钟频率漂移时的10倍,会对系统同步精度产生严重的影响,研究成果能为半实物网络测试环境时钟部署策略提供重要参考。

关键词：半实物网络仿真精确时钟协议频率漂移时钟同步时延估计

基于PTP的无线分布式测试系统时钟同步研究

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电子科技大学学报 2010年第4期39卷 556-559页

作者：李本亮王厚军师奕兵李力闫斌电子科技大学自动化学院成都611731

时钟(PTP)的发布使得分布式测试系统时钟同步精度大大提高,让各个传感器、执行器以及其它终端设备能够共享同一时钟基准,并能够精确保证不同终端的时钟同步质量。该文提出了无线分布式测试系统的网络拓扑结构,阐述了PTP时钟同步的过程,... 详细信息

时钟(PTP)的发布使得分布式测试系统时钟同步精度大大提高,让各个传感器、执行器以及其它终端设备能够共享同一时钟基准,并能够精确保证不同终端的时钟同步质量。该文提出了无线分布式测试系统的网络拓扑结构,阐述了PTP时钟同步的过程,分析了PTP时钟同步调节算法的改进。通过MATLAB仿真给出了无线分布式测试系统典型网络拓扑下的PTP时钟同步的精度性能,引入偏移估计和斜率补偿,进一步提高了时钟同步的精度。

关键词：时钟同步分布式测试系统精确时钟协议无线