基于IEEE1588协议的精确时钟同步算法改进

时间△tdelay12和发送Delay_Req消息传输需要的时间△tdelay34具有不同的更新周期，可以考虑一种基于加权平衡的同步改进算法，所以若将网络延迟△tdelay取为△tdelay12和△tdelay34的加权平均值，则可具有较好的精确度。不妨标记传输的网络延迟△tdelay34为网络延迟△tdelay12的w倍(w的测量计算不在本文讨论，文献给出了具体的实现方法)

在时间源稳定运行下，主从时钟间的时间偏差△toffset测量值在统计学理论上符合正态分布，或者分布近似高斯分布。根据IEEE1588标准同步算法计算得出的时间偏差测量值△toffsset，若简单认为就是主从时钟间的相位差而直接进行相位的调整，由于时间偏差△toffset符合正态分布，则会出现从时钟相位的正负矢量方向上的无间歇运动，时钟的运行将很不稳定，不但起不到适中同步的效果，反而可能使系统的时间发生严重的错乱。故在实现精确时间同步算法的时间同步系统中，由于网络延时等不可确定因素的影响，计算得出的主从时钟偏差测量值与理论值存在一定误差，为进一步提高时间同步精度，一般运用统计学方法计算大量主从时钟偏差样本的算术平均值，无限逼近主从相位偏差的数学期望值，即式(7)。不足的是当采集到的△toffset测量值不够理想时，计算出的算术平均值可能会远离其期望值，或者在主时钟源时间发生跳变时，通常的调相操作可能会使得从时钟相位发生较大位移，降低同步精度和系统的稳定性。

通常来讲，可以把主时钟源认为是运行极其稳定的系统，但时钟系统都会有参数调整，比如在闰秒操作，就会造成主时钟源“轻微”的时间跳跃。所以，授时的主时钟信号是可能存在跳变的非稳定基准信号。由于无法确定过于偏离期望值的数据是变质的样本还是参数调整后可能更优的信号，倘若把参数调整后更优的“标准”信号简单舍弃，将造成从时钟系统向主时钟信号同步锁定的滞后。而快速向其靠拢显然也是不恰当的，因为这样将可能使得从时钟的相位发生较大的位移，造成系统的不稳定。时间同步操作时正确的做法应是逐渐信任并逐渐靠拢。这里考虑用方差阈值滤波的方法，只有当N个的方差D(公式8)小于方差阈值DThreshold，则第N个时间偏差△tdelay[N]才被接受，进入下一个循环计算。为了加快算法收敛速度同时又保证稳定性，可根据算法状态调整时间窗N的大小，在初始时算法还未进入稳定状态，设置为较小值，调整时间窗为N/2，这样既保证了在从时钟与主时钟偏差较大时，算法能很快做出响应，尽快收敛，同时又保证在从时钟与主时钟同步稳定时，不用频繁调整从时钟。

3 时钟同步性能测试

Alcatel-Lucent 1850业务传输平台TSS5R是一款简洁，模块化的包交换光传输PTN系统，支持IEEE1588时钟同步。2012年TSS5R通过了中国移动PTN测试，TSS5R时钟同步性能表现稳定。在实验室里，我们将两个TSS5R网元背靠背光纤连接来测试时间同步。测试设备连接如图3，时间测量仪TimeAcc接收GPS信号，同时输出1PPS+TOD信号给TSS5R主时钟Master网元，输出10 MHz频率参考信号给综合测试仪HP37718，而综合测试仪HP37718则提供2 MHz的频率信号给主时钟Master网元。从时钟Slave网元与主时钟Master网元利用SYNCE相位调频，保持主从时钟的频率同步，利用IEEE1588进行时间同步，同时从时钟Slave网元输出1PPS+TOD到时间测量仪TimeAcc，在时间同步算法收敛稳定后做了长时间的时间性能监控试验，测试的时间性能如图4，实验结果表明时钟同步具有稳定的性能，在主从同步稳定后，时间偏差达到亚微妙级别。

4 结束语

本文在深入研究IEEE1588精确时间同步原理的基础上，给出一种改进的时间同步方法，该改进的时钟同步算法使时钟同步性能更稳定更抗干扰。该改进算法被应用在AIcatel-Lucent包交换光传输TSS5R系统中，并通过了中国移动基于分组网络的分组时间同步特性测试。实验结果表明TSS5R系统IEEE1588时钟同步具有稳定的性能，同步精度达到亚微秒级，可满足PTN产品高精度时钟同步的要求。