近期，西安同步自主研發(fā)生產(chǎn)的ieee 1588時鐘同步在深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司成功使用，為這家衛(wèi)星有限公司提供了標準的1588時間。為以后的研發(fā)提供了標準時間源。

1588時鐘同步簡介

PTP時鐘系統(tǒng)是一種主從同步系統(tǒng)，其原理是通過主鐘給從時鐘進行對時，對時間信息進行編碼，該系統(tǒng)的同步原理是：1588主時鐘通過網(wǎng)口周期性的輸出PTP時間同步協(xié)議及標準時間信息，而PTP從時鐘接收來自于PTP主時鐘端口所輸出的信息的時間信息，根據(jù)這個時間差來計算從主時鐘到達從時鐘所消耗的時間延遲和主從之間的時間差，并根據(jù)這個時間差來動態(tài)調(diào)整本地電腦或者其他的網(wǎng)絡設備的時間，以保持從時間設備與主時間設備的時鐘同步性。

IEEE1588時鐘協(xié)議

近年來，隨著智能電網(wǎng)概念的提出與發(fā)展，各種電網(wǎng)設備智能化程度也在不斷提高 。通過網(wǎng)絡對電力系統(tǒng)中設備進行操控，這就對系統(tǒng) 的可靠性和實時性有了更高的標準。NTP網(wǎng)絡時鐘協(xié)議的時鐘精準己經(jīng)不能適應目前電力系統(tǒng)的要求。尤其在發(fā)生故障時，對于故障點的判斷、跳間的先行后續(xù)對于分析事故原因有著極其重要的作用，該協(xié)議可在實現(xiàn)精度達亞微秒級的時鐘同步的同時只占用很小的網(wǎng)絡帶寬。該協(xié)議最初是由安捷特公司的約翰愛迪生與來自其他公司的12名工程師共同制訂的。協(xié)議最初主要應用在測 控制系統(tǒng)中，經(jīng)過一段時間的應用后，被廣泛應用于分布式運動控制領域。

PTP精確時鐘同步協(xié)議的基本思想是將系統(tǒng)內(nèi)的設備分為兩類，一類 是主時鐘，另一類是從時鐘，通過wlan太網(wǎng)在主時鐘與從時鐘間傳遞時鐘同步報文進行同步算法來達到時鐘同步的目的。利用硬件在 MAC層與物理層之間加蓋時間戳是PTP同步精度高的主要原因，送種方法可實現(xiàn)亞微秒級的精度。對比NTP時鐘同步協(xié)議，PTP精確時鐘 同步協(xié)議的同步精度提高了一萬倍。此外，PTP網(wǎng)絡開銷小，適用于小型嵌入式系統(tǒng)，只占用很少的源就能夠應用在大型分布式網(wǎng)絡中。PTP協(xié)議可ＷLAN在不借助GPS的情況下完成局域網(wǎng)內(nèi)設備間的高精度同步。

這套IEEE1588協(xié)議相對于網(wǎng)卡的緩存,網(wǎng)絡的跳躍性和操作系統(tǒng)的進程調(diào)度則顯得更加的復雜一些,因為這兩個因素具有不確定性,而且是無法控制的。網(wǎng)絡的跳躍性導致了信息包在網(wǎng)絡中傳輸?shù)难舆t不確定性,影響了時間同步的精度。而操作系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)機制對進程進行調(diào)度,使得無法控制時間同步進程何時被調(diào)度,造成了程序的延時誤差的不確定。在測試過程中主時鐘每隔1s向從時鐘連續(xù)發(fā)送10個偏移校正時間信息,為了保證網(wǎng)絡處于一定的活躍狀態(tài),網(wǎng)絡中的一些計算機開啟FTP下載。相對偏差約幾十us,但會出現(xiàn)一些差異較大的特殊值,而組與組之間的數(shù)據(jù)則差異較大,從幾 ms 到幾百ms不等,這樣無法斷定哪些數(shù)據(jù)對于時鐘同步是可靠的。經(jīng)過以上分析可知,必須對上述因素進行相應處理,否則無法達到高精度的時鐘同步。

對于網(wǎng)卡的緩存效應,通過增大兩次傳輸之間的時間間隔并不能有效解決。間隔小起不到隔離兩次傳輸?shù)淖饔?間隔大,時鐘同步又將受到網(wǎng)絡的不平穩(wěn)性和操作系統(tǒng)進程調(diào)度的較大影響。而采用握手機制和阻塞的SOCKET套接字可有效解決這個問題。即在接收方收到信息后返回一個確認信息,而發(fā)送方只有在收到接收方的確認信息以后才發(fā)送下一條信息。這樣將兩次信息傳輸進行了隔離,使得接收方不會一下收到發(fā)送方的所有信息

 ieee1588時鐘板卡

SYN2407型PTP授時板卡是一款通過IEEE1588精密網(wǎng)絡時間協(xié)議的授時板卡。授時板卡被設置為主時鐘時，可接收衛(wèi)星送出的時間作為外部參考信息，支持多臺PTP從時鐘，提供亞微秒量級的時間服務；當設置為從時鐘時，可從網(wǎng)絡中解析IEEE1588協(xié)議，恢復時間信息和1PPS，精度可達30納秒。用戶無需了解IEEE STD 1588V2的具體協(xié)議，可方便的嵌入用戶設備中。 

產(chǎn)品功能

1) 可靈活配置為主時鐘或者從時鐘；

2) 接收外部串口時間信息及1PPS時間參考信號；

3) 10M/100M/1000M自適應網(wǎng)口；

4) 支持P2P和E2E模式。

5) 支持標準的PTPv2，即IEEE STD 1588V2-2008網(wǎng)絡對時協(xié)議；

6) 支持組播單播模式；

7) 串口TOD輸入輸出支持NMEA0183(RMC和ZDA) ASCII碼和中國移動時間信息。

ieee1588時間同步的特點

1) PTP適合用于支持多播消息的分布式網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，例如EtherNet。同時提供單播消息的支持。協(xié)議支持多種傳輸協(xié)議，例如UPD/IPv4，UDP/IPv6，Layer-2 EtherNet，DeviceNet。協(xié)議采用短幀傳輸，且數(shù)據(jù)幀少，算法簡單，對網(wǎng)絡資源使用少，對計算性能要求低，適合于在低端設備上應用。

2) 在提供和GPS相同的精度情況下，不需要為每個設備安裝GPS那樣昂貴的組件，只需要一個高精度的本地時鐘和提供高精度時鐘戳的部件，相對成本低。

3) 采用硬件與軟件結(jié)合設計，并對各種影響同步精度的部分進行有效矯正，以提供亞微秒級的同步精度。

4) 獨立于具體的網(wǎng)絡技術，可采用多種傳輸協(xié)議。

5) 早期的網(wǎng)絡時間協(xié)議（NTP）只有軟件，而ieee1588既使用軟件，亦同時使用硬件和軟件配合，獲得更精確的定時同步；

6) GPIB總線沒有同步時鐘傳送，依靠并行電纜和限制電纜長度（每器件距離）不超過5m來保證延遲小于30μs；

7) 時鐘振蕩器隨時間產(chǎn)生漂移，需要標準授時系統(tǒng)作校準，校準過程要縮短和安全可靠。目前常用的有GPS（全球定位系統(tǒng)）和IRIG-B（國際通用時間格式碼），IRIG-B每秒發(fā)送一個幀脈沖和10MHz基準時鐘，實現(xiàn)主控機/客戶機的時鐘同步。ieee1588采用時間分布機制和時間調(diào)度概念，客戶機可使用普通振蕩器，通過軟件調(diào)度與主控機的主時鐘保持同步，過程簡單可靠，節(jié)約大量時鐘電纜；

8) ieee1588推出的時間尚短，還有待完善和修正。例如，對集線器和交換機的透明網(wǎng)絡可提供很好的定時同步，但還未克服裝有路由器的帶有不決定性的網(wǎng)絡定時。目前正在設計和試產(chǎn)可測量引入延時和自動補償延時的網(wǎng)絡交換芯片。還有，ieee1588完整芯片還未推出，只有FPGA基的代用芯片，Intel公司已聲稱盡快生產(chǎn)可支持奔騰處理器的ieee1588完整芯片。