一种基于PTP 协议的局域网高精度时钟同步方法

TM1[1],随后在Fol lowUp 信息中将Sync信息发送的时刻TM1[1]发送到从时钟。从时钟接收到Syn c 信息后记录下准确的接收时刻TS1[1],并返回确认信息OK。

　　(2) 重复上述过程 N 次,这样从时钟得到N 个时钟信息的发送和接收时刻TM1[1 : N]和 TS1[1 :N ],将TM1[1 : N]和 TS1[1 :N ]做差,得到主从时钟的N 个偏移值Offset [1 : N ]。

　　(3) 对Offset [1 : N ]进行过滤处理和直线拟合,得到一个对所有数据的最佳拟合值offset ,并利用该值对从时钟进行偏移校正, 即图中的A 阶段。

　　(4) 由从时钟发送 DelayReq 信息到主时钟,并记录下准确的发送时刻TS2[1],主时钟收到DelayReq 信息后记录下准确的接收时刻TM2[1],并在随后的DelayResp中将TM2[1]返回给从时钟。

　　(5) 重复第4 步中的过程M 次,从时钟得到2M个时钟信息, TM2[1 :N ]和TS2[1 : N],对两个数组做差得到M 个主从时钟的延时信息Delay [1 : M ] 。

　　(6) 对延时信息 Delay [1 : M ] 进行过滤处理和直线拟合, 得到一个对延时信息的最佳拟合值delay , 并利用该值对从时钟进行延时校正,即图中的B 阶段。

图2 时钟同步完整步骤。

　　在网络相对平稳, 计算机负载不大的情况下取M = N = 10,m = n = 2 即可满足亚毫秒精度要求。

　　经过以上六步, 即完成了一次主从时钟同步, 为了避免时钟累积误差对系统同步精度的影响,可周期进行上述过程, 保持系统同步。

　　4 实验结果与分析

　　测试中采用了4 台配置相同的计算机, 采用交换机搭建成局域网, 其中1 台作为主时钟,其余作为从时钟。

　　逻辑时钟采用了利用上述原理构造的高精度时钟,CPU频率为1.79553GHz,可利用式t，= t * 10⁶ / f 转换成以u s 为单位的逻辑时钟。为了获取一定数量的数据, 取M = N = 10,m = n = 2 。为了保持网络处于一定的活跃状态, 在计算机上开启F T P 下载, 交换机负载在5MB/ s 左右。

　　测试与时钟同步过程类似,在主从时钟同步之后,由主时钟发送Sync 信息到从时钟,并在随后的FollowUp信息中将Sync 信息发送的准确时刻TM 发送过来,从时钟记录下Sync 信息准确的接收时间TS 。因为此时时钟已经同步,所以TS - TM 即为时间信息在传输中的延时delay T ,将此值delay T 与延时校正中延时信息的最佳拟合值delay 进行比较, 即可得出主从时钟的同步效果。

　　在表3 中列出了随机选取的10 组数据。

表3 测试结果

　　从表3 测试结果中可以看出, 最大的绝对误差为-25.3us,平均误差仅为-4.23us。实现了主从时钟0.1ms的同步精度。这表明通过握手机制、对数据进行过滤和直线拟合处理,有效解决了各种因素对时钟同步精度造成的影响。

　　5 结束语

　　本文通过分析主从时钟之间时间信息传输的特点,在PTP 时钟同步机制的基础之上,设计出了一种可以达到亚毫秒精度的时钟同步方案。并且经过测试,该方案切实可行。

　　目前该时钟同步方法已成功在所在研究所的通用试验仿真平台中用于为平台中传输的各种信息打时戳,以及虚拟串行通讯设备中用于协调消息传输。