專利名稱：智能變電站ieee1588主從時鐘同步報文對時方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)同步對時技術(shù)，特別是涉及智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，智能變電站以網(wǎng)絡(luò)化通信為基礎(chǔ)，其最大特點與優(yōu)勢是信息共享。高精度數(shù)據(jù)同步是實現(xiàn)信息共享的重要前提和基本屬性，正成為智能變電站技術(shù)的核心問題而備受關(guān)注。然而，現(xiàn)有智能變電站數(shù)據(jù)同步通常采用IRIG-B碼對時，專用光纖點對點鏈接，單向發(fā)送同步信號，可靠性低，并且與智能變電站的網(wǎng)絡(luò)化信息傳輸方式相悖。因此，要采用一種更精確的同步協(xié)議對時方式進(jìn)行同步對時校正，IEEE1588技術(shù)對時方式與智能變電站基于IEC61850的網(wǎng)絡(luò)化傳輸方式相匹配，同步精度達(dá)到亞微秒，能夠滿足智能變電站數(shù)據(jù)同步的要求。 IEEE1588技術(shù)是一種精確時間同步協(xié)議，簡稱PTP協(xié)議，采用主從時鐘方案，對時間進(jìn)行編碼傳送，時戳的產(chǎn)生由靠近物理層的協(xié)議層完成，利用網(wǎng)絡(luò)鏈路的對稱性和延時測量技術(shù)，實現(xiàn)主從時鐘時間的同步。但I(xiàn)EEE1588同步對時的重要假設(shè)是主從時鐘來回傳輸路徑對稱，即其來回傳輸延時S1= S2，而實際上傳輸延時6:和S2—般不相等，造成產(chǎn)生傳輸延時的不對稱誤差。IEEE1588不對稱性誤差的影響因素主要包括傳輸路徑差異和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異。(I)傳輸路徑差異含時間戳的報文由主時鐘到從時鐘和由從時鐘到主時鐘有可能經(jīng)過不同的路徑，這樣來回傳輸路徑所經(jīng)過的交換機(jī)數(shù)目和鏈路長度不相同，報文所經(jīng)歷的傳輸延時S i和S 2也就很難相等；(2)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異通信網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)是動態(tài)的，不同時刻的不同運行狀對應(yīng)的交換機(jī)處理延時不同，且運行狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況密切相關(guān)。因此，即使來回傳輸路徑對稱，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不同，傳輸延時\和S2也很難相等。故此，由于網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)與傳輸路徑的差異可能帶來同步的不對稱性誤差，IEEE1588對時存在著網(wǎng)絡(luò)對時不確定性的固有缺陷。在智能變電站極高的數(shù)據(jù)同步要求下，這一問題愈發(fā)凸顯而備受關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對上述問題，提供一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法及系統(tǒng)，能夠定量分析網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異與主從時鐘同步信號傳輸路徑差異對IEEE1588同步不對稱性誤差的影響，并為提高主從時鐘同步對時精度提供參考依據(jù)。一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，包括創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送；接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ；以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻 TT2 ；創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ；以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ；獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ；根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差，并根據(jù)時間 戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差；利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。相應(yīng)地，一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，包括主時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送；從時鐘接收單元，用于接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ；與所述從時接收鐘單元相連的網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，用于以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ；與所述從時接收鐘單元相連的從時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ；所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元還與所述從時鐘發(fā)送單元相連，用于以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ；主時鐘接收單元，用于獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ；所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元包括偏差計算單元和誤差計算單元，其中，所述偏差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差；所述誤差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性
誤差;與所述偏差計算單元和所述誤差計算單元分別相連的從時鐘修正單元，用于利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。實施本發(fā)明，具有如下有益效果本發(fā)明通過主從時鐘之間的報文交換傳輸，計算出偏差時間，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)時鐘對主從時鐘之間的傳輸延時進(jìn)行定量分析，從而獲得網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異與主從時鐘同步信號傳輸路徑差異對IEEE1588同步不對稱性誤差的影響，實現(xiàn)智能變電站主從時鐘同步對時校正，提高主從時鐘同步對時精度。


圖I為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法的流程圖；圖2為本發(fā)明主從時鐘同步過程的原理示意圖3為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法的應(yīng)用實施例示意圖；圖4為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)的示意圖；圖5為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)的應(yīng)用實施例示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。發(fā)明的一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法及系統(tǒng)是基于IEEE1588精確時間同步協(xié)議，該協(xié)議定義了四種同步報文同步報文Sync，跟隨報 文Follow_Up,延遲請求報文Delay_Req,延遲反饋報文Delay_Resp和一組管理報文Management massage。同步報文包含時間戳，因此也稱為事件消息,而管理報文不包含時間戳，也被稱為通用消息。實際設(shè)計應(yīng)用中主要是對四種同步報文進(jìn)行建模，而管理報文沒有涉及，在此不做討論。IEEE1588同步報文具有的特點如下DSync以廣播方式從主時鐘節(jié)點發(fā)出，需要在主時鐘節(jié)點處標(biāo)記其離開時間，在從時鐘節(jié)點處標(biāo)記其到達(dá)時間。2) Delay_Req以點對點方式從各從時鐘節(jié)點發(fā)出，需要在各個從時鐘節(jié)點處標(biāo)記其離開時間，在主時鐘節(jié)點處標(biāo)記其到達(dá)時間。3)Follow_Up以廣播方式從主時鐘節(jié)點發(fā)出；Delay_Resp以點對點方式從主時鐘發(fā)出。這兩個報文不需要進(jìn)行時間標(biāo)記。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳輸過程需要通信協(xié)議棧將數(shù)據(jù)包逐層封裝，最后在MAC層形成MAC幀然后傳遞給物理層，物理層再將數(shù)據(jù)驅(qū)動為符合網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)所需要的電平信號發(fā)送出去。UDP協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)包經(jīng)過第一次封裝后再經(jīng)過IP協(xié)議層的封裝，最后在MAC層封裝成MAC格式的幀結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)的傳輸。接受UDP數(shù)據(jù)包時，通信協(xié)議棧則需要逐層將接收到的MAC幀向上傳輸，逐層剝離封裝，最后到達(dá)應(yīng)用。而IEEE1588同步報文遵循三層協(xié)議，只能檢測到MAC幀，其數(shù)據(jù)鏈路層封裝與解析報文MAC地址。根據(jù)IEEE1588協(xié)議，同步報文都具有同樣的報頭格式，其格式中(Tl3字節(jié)為MAC幀的幀頭格式，14^33字節(jié)為IP報文表頭格式，34^41字節(jié)為UDP報文表頭格式。messageType :若是 Sync/Delay_Req 報文，此處的值為 OxOl ;若是 Follow_UP/Delay_Resp報文，此處的值為0x02。sequence〗報文發(fā)送序列號，其取值為本端口上次所發(fā)送同種報文的sequenceld值加一。control值可作為區(qū)分報文類型的一個依據(jù),若為Sync報文,值為 PTP_SYNC_MESSAGE ;若為 Delay_Req 報文，值為 PTP_DELAY_REQ_MESSAGE ;若 Follow_Up報文，值為 PTP_F0LL0WUP_MESSAGE ;若為 Delay_Resp 報文，值為 PTP_DELAY_RESP_MESSAGE。對于四種同步報文，其報文格式內(nèi)容如下I) Sync 報文和 Delay_Req 報文Sync報文和Delay_Req報文結(jié)構(gòu)內(nèi)容相同，其中，originTimestamp為本地時鐘處理Sync or Delay_Req消息的預(yù)估時間，即消息時間戳點經(jīng)過出棧時鐘時間戳點的時間；epochNumber為同步周期數(shù)；currentUTC0ffset為當(dāng)前UT偏移量；94 118字節(jié)用于說明最高主時鐘的時鐘屬性及端口屬性；synclnterval值決定時鐘同步間隔。2)Follow_Up 報文Follow_Up 報文內(nèi)的 associated Sequenceld 值為 Follow_Up 所跟隨的 Sync 報文的 sequenceld ；preciseOriginTimestamp 值為 Follow_Up 所跟隨的 Sync 報文離開節(jié)點的精確時間。3) Delay_Resp 報文Delay_Resp 報文結(jié)構(gòu)內(nèi)的 delayReceiptTimestamp 該值表不相關(guān)的 Delay_Resp報文時間戳經(jīng)過進(jìn)棧時鐘時間戳點時的精確時間，由發(fā)送相關(guān)報文的端口的本地時鐘計時；90 98字節(jié)表示與Delay_ReSp相關(guān)聯(lián)的Delay_Req報文中源時鐘的時鐘屬性，其中requestingSourceSequenceld 值為 Delay_Resp 所回復(fù)的 Delay_Req 報文的 sequenceld 值。圖I為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法的流程圖，包括SlOl :創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送；S102 :接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ；S103 :以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ；S104:創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ；S105 :以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ；S106 :獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ；S107 :根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差，并根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差；S108 :利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。首先，本發(fā)明創(chuàng)建主時鐘同步報文Sync，設(shè)置包格式、發(fā)送周期等信息，并發(fā)送給從時鐘。還將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl置于folloW_Up包中，以廣播方式向從時鐘發(fā)送。然后，從時鐘接收主時鐘的follow_up報文，獲得主時鐘同步報文的發(fā)送時刻tl，并以打時間戳的形式獲取主時鐘同步報文Sync的接收時刻t2。其中，以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2，它是不帶有主從時鐘時間偏差的絕對接收時間。再而，從時鐘創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文Delay_req設(shè)置包格式、發(fā)送周期等信息向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3。以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，再記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3，它是不帶有主從時鐘時間偏差的絕對發(fā)送時間。最后，主時鐘獲得Delay_Req報文以及記錄該報文的獲取時刻t4，繼續(xù)還可以點對點方式將t4置于Delay_Resp報文向目標(biāo)從時鐘發(fā)送出去。當(dāng)獲得tl、t2、t3、t4、TT2、TT3之后，便可以按照預(yù)設(shè)公式計算與校正主從時鐘偏差offset與不對稱誤差delay_ofTset。
需要補充說明的是，在一個仿真場景當(dāng)中，本發(fā)明可以采用OPNET Modeler通信軟件進(jìn)行建模，實現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)時鐘，以及記錄時間計算時鐘偏差、不對稱性誤差的功能，研究實際情況。而在實際應(yīng)用場景當(dāng)中，本發(fā)明可以采用連接在主從時鐘之間的交換機(jī)予以實現(xiàn)。所述網(wǎng)絡(luò)時鐘采用IEEE 1588定義的精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。本發(fā)明采用IEEE 1588定義的實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol),在OPNET Modeler軟件中對智能變電站主從時鐘進(jìn)行建模，時鐘之間通過網(wǎng)絡(luò)相連，并由網(wǎng)絡(luò)中最精確的時鐘以基于報文傳輸?shù)姆绞酵剿衅渌鼤r鐘，定量分析網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異與主從時鐘同步信號傳輸路徑差異對IEEE1588同步不對稱性誤差的影響，實現(xiàn)主從時鐘同步校正。除了選擇上述協(xié)議之外，本發(fā)明還可以采用傳統(tǒng)的NTP/SNTP對時協(xié)議。但這些傳 統(tǒng)的協(xié)議需在應(yīng)用中進(jìn)行協(xié)議解釋，會增加系統(tǒng)負(fù)荷。故此，本發(fā)明的優(yōu)選實施例采用IEEE1588 定義的精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。圖2為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法的應(yīng)用實施例示意圖。下面結(jié)合圖2，對本發(fā)明的實施方式展開說明。S201 :創(chuàng)建主時鐘對時報文，在所述主時鐘與所述網(wǎng)絡(luò)時鐘之間傳輸該報文，進(jìn)行主時鐘的對時；S202 :創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送；S203 :接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，對報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ；S204 :以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ；S205:創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ；S206 以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ；S207 :獲取所述從時鐘響應(yīng)報文和所述時間戳t3，對報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間，記錄所述從時鐘響應(yīng)報文的獲取時刻t4 ；S208 :根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差，并根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差；S209 :利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。在實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景當(dāng)中，對于網(wǎng)絡(luò)同步對時，有時雖然主從時鐘來回傳輸?shù)膱笪氖窃谕粭l鏈路進(jìn)行的，但發(fā)送的報文和接收的報文在交換機(jī)中的傳輸并不是相等的，可能會出現(xiàn)發(fā)送報文在出交換機(jī)的時候不需要排很長的隊列，但是接收的報文是經(jīng)過一個很長時間的排隊過程才輸出的，那么就會造成來回傳輸延時S1和S2并不相等。故此，可以借助邊界時鐘的概念，在相鄰兩級時鐘之間，實現(xiàn)主從時鐘同步對時。如圖2所示，邊界時鐘就是指每一級時鐘對上一級的主時鐘Master來說是從時鐘Slave,而對于下一級從時鐘Slave而言則充當(dāng)主鐘Master,而網(wǎng)絡(luò)時鐘則在相鄰兩級時鐘之間的交換機(jī)Switch內(nèi)實現(xiàn)。創(chuàng)建主時鐘對時報文，在所述主時鐘與所述網(wǎng)絡(luò)時鐘之間傳輸該報文，進(jìn)行主時鐘的對時。圖2中交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)時鐘與主時鐘是一對主從時鐘關(guān)系，它們之間發(fā)送同步報文校準(zhǔn)時間，因為每一對主從時鐘都是線速傳遞報文的，所以來回傳輸延時相等，這樣就可以到達(dá)對主時鐘的精確對時，進(jìn)而，通過多級的調(diào)試使得各級級聯(lián)的從時鐘與主時鐘對準(zhǔn)。但是同時又可能出現(xiàn)兩個問題，第一，隨著級聯(lián)的交換機(jī)增多，協(xié)議解析的時間開銷也會增多。在IEEE1588主從時鐘對時過程中，除接收和發(fā)送數(shù)據(jù)報文之外，還需在數(shù)據(jù)鏈路層封裝與解析報文MAC地址，以完成IEEE1588報文數(shù)據(jù)鏈路層到應(yīng)用層協(xié)議解析與數(shù)據(jù)包字段填充。本發(fā)明的改進(jìn)方案是，對報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間。具體地，在數(shù)據(jù)鏈路層出口加入時間戳標(biāo)記函數(shù)op_pk_stamp(pkptr)與讀取函數(shù)op_pk_stamp_time_get (pkptr),減小應(yīng)用層的協(xié)議解析的時間花費。 另外一個問題是，即使每一對主從時鐘之間的對時雖然很精準(zhǔn)，卻并不可能是100%準(zhǔn)確的，如果交換機(jī)有很多級聯(lián)，就會將誤差累計，最終造成不被允許的誤差。因此提出改進(jìn)方案在主時鐘發(fā)送所述主時鐘同步報文之后、從時鐘接收該報文之前，當(dāng)所述主時鐘同步報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述接收時刻t2 ；在從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文之后、主時鐘接收該報文之前，當(dāng)所述從時鐘響應(yīng)報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述獲取時刻t4。如附圖2所示，通過對進(jìn)出報文打時間戳的方式計算出進(jìn)出端口的時間差然后添加到修正域里面去，每經(jīng)過一個交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)時鐘都會記錄一次時間差，從而可以根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正接收時刻t2、t4。同時在IEEE1588協(xié)議主從時鐘模型中考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與傳輸路徑動態(tài)的差異性，以主從時鐘來回傳輸延時不相等為前提，實現(xiàn)主從時鐘的時間偏差offset與不對稱誤差delay_offse的計算和校正功能，提高IEEE1588同步精度。圖3為本發(fā)明主從時鐘同步過程的原理示意圖。下面結(jié)合圖3，對本發(fā)明的實現(xiàn)原理及計算過程進(jìn)行說明。假設(shè)主時鐘和從時鐘的時間偏差為offset，即offset=tslave-tmastOT，從時鐘在本地時刻tl時向主時鐘發(fā)送同步請求報文，主時鐘在本地時刻t2時收到同步請求報文，設(shè)從時鐘到主時鐘的傳輸時延為S1，則t2=t1+offset+ 6 x (I)主時鐘在t3時向從時鐘發(fā)送同步報文，從時鐘在本地時刻t4時接收到同步報文，若主時鐘到從時鐘的傳輸時延為S2，則t4=t3-offset+ 6 2 (2)考慮同步對時中的不對稱誤差因素，S卩81和S2不相等，對時間偏差offset進(jìn)行求解和修正，At即為不對稱性誤差，得到
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2(4)下面結(jié)合上述原理說明具體計算過程，假設(shè)主時鐘tl=12:00發(fā)出報文給從時鐘，從時鐘絕對時間TT2=12:05接收，即其傳輸時間Tl=5min，但主從時鐘有時間偏差I(lǐng)Omin存在，故從時鐘接收時間為t2=12:15 ；從時鐘在絕對時間TT3=12:10發(fā)送報文給主時鐘，即其由于有時間偏差的發(fā)送時亥Ij為t3=12:20，主時鐘在t4=12:19接收，則從時鐘傳輸?shù)街鲿r鐘用了 9min (可以看出來回傳輸時間不同)；計算過程下若不存在不對稱誤差的時間偏差 T = ((t2-tl)-(t4-t3))*0. 5 =((12:15-12:00)- (12:19-12: 20)) *0. 5 =(15-(-1) ) *0. 5 = 8;不對稱誤差的時間抖動delay_offset = ((t4_TT3)-(TT2_tl))*0.5 = ((12:19-12:10)-(12:05-12:00))*0. 5 = (9-5)*0. 5 = 2;時間偏差修正offset=offset-T_delay—offset = 10-8-2 = 0;在OPNET Modeler通信仿真軟件中，絕對時間是指仿真系統(tǒng)的時間，因為仿真軟件都是統(tǒng)一一個標(biāo)準(zhǔn)時間的，主從時鐘時間戳得到的時間其實都是絕對時間，但從時鐘設(shè)置了時鐘偏差off set，從時鐘的絕對時間加上時鐘偏差作為從時鐘的收接發(fā)時間，以模擬實際情況中主從時鐘存在時鐘偏差。而在實際場景中，交換機(jī)充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時鐘，其絕對時間基于IEEE 1588 定義的精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。圖4為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)的示意圖，包括主時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送；從時鐘接收單元，用于接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ；與所述從時接收鐘單元相連的網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，用于以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ；與所述從時接收鐘單元相連的從時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ；所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元還與所述從時鐘發(fā)送單元相連，用于以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ；主時鐘接收單元，用于獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ；所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元包括偏差計算單元和誤差計算單元，其中，所述偏差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差；所述誤差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性
誤差;
與所述偏差計算單元和所述誤差計算單元分別相連的從時鐘修正單元，用于利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。圖4與圖I相對應(yīng)，圖中各個單元的運行方式與方法中的相同。圖5為本發(fā)明一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)的應(yīng)用實施例示意圖。如圖5所示,其中，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元還包括協(xié)議選擇單元，用于采用IEEE 1588定義的精確時間協(xié)議(Precision TimeProtocol)。與所述主時鐘發(fā)送單元相連的主時鐘對時單元，用于創(chuàng)建主時鐘對時報文，在所述主時鐘與所述網(wǎng)絡(luò)時鐘之間傳輸該報文，進(jìn)行主時鐘的對時。 在其中一個實施例當(dāng)中，本發(fā)明還包括與所述從時鐘接收單元相連的接收時間讀取單元，用于對主時鐘同步報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間；與所述主時鐘接收單元相連的獲取時間讀取單元，用于對從時鐘響應(yīng)報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間。在其中一個實施例當(dāng)中，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，還包括與所述接收時間讀取單元相連的時間戳標(biāo)記單元1，用于在所述主時鐘同步報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述接收時刻t2 ;和/或，時間戳標(biāo)記單元2還與所述獲取時間讀取單元相連，還用于在所述從時鐘響應(yīng)報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述獲取時刻t4。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，其特征在于，包括 創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送； 接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ； 以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ； 創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ； 以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ； 獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ； 根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差，并根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差； 利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)時鐘采用IEEE 1588定義的精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，其特征在于，創(chuàng)建主時鐘同步報文的步驟之前，包括 創(chuàng)建主時鐘對時報文，在所述主時鐘與所述網(wǎng)絡(luò)時鐘之間傳輸該報文，進(jìn)行主時鐘的對時。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，其特征在于，在記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2的步驟中，以及在記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4的步驟中，還包括 對報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法，其特征在于 在主時鐘發(fā)送所述主時鐘同步報文之后、從時鐘接收該報文之前，當(dāng)所述主時鐘同步報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述接收時刻t2 ;和/或， 在從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文之后、主時鐘接收該報文之前，當(dāng)所述從時鐘響應(yīng)報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述獲取時刻t4。
6.一種智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，其特征在于，包括 主時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳tl以廣播方式向從時鐘發(fā)送； 從時鐘接收單元，用于接收所述主時鐘同步報文和所述時間戳tl，記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2 ； 與所述從時接收鐘單元相連的網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，用于以網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2 ； 與所述從時接收鐘單元相連的從時鐘發(fā)送單元，用于創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3 ； 所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元還與所述從時鐘發(fā)送單元相連，用于以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3 ； 主時鐘接收單元，用于獲取所述從時鐘響應(yīng)報文，記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4 ； 所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元包括偏差計算單元和誤差計算單元，其中，所述偏差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、接收時刻t2、時間戳t3和獲取時刻t4計算時間偏差；所述誤差計算單元用于根據(jù)時間戳tl、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差； 與所述偏差計算單元和所述誤差計算單元分別相連的從時鐘修正單元，用于利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，還包括 協(xié)議選擇單元，用于采用IEEE 1588定義的精確時間協(xié)議(Precision TimeProtocol)0
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，還包括 與所述主時鐘發(fā)送單元相連的主時鐘對時單元，用于創(chuàng)建主時鐘對時報文，在所述主時鐘與所述網(wǎng)絡(luò)時鐘之間傳輸該報文，進(jìn)行主時鐘的對時。
9.根據(jù)權(quán)利要求7至8任一項所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，其特征在于，還包括 與所述從時鐘接收單元相連的接收時間讀取單元，用于對主時鐘同步報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間； 與所述主時鐘接收單元相連的獲取時間讀取單元，用于對從時鐘響應(yīng)報文進(jìn)行解釋之前，在數(shù)據(jù)鏈路層讀取該報文的到達(dá)時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘單元，還包括 與所述接收時間讀取單元相連的時間戳標(biāo)記單元，用于在所述主時鐘同步報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述接收時刻t2 ;和/或， 所述時間戳標(biāo)記單元還與所述獲取時間讀取單元相連，還用于在所述從時鐘響應(yīng)報文通過交換機(jī)時，以所述網(wǎng)絡(luò)時鐘作為基準(zhǔn)，記錄該報文進(jìn)出所述交換機(jī)的端口的時間，根據(jù)進(jìn)出時間的時間差修正所述獲取時刻t4。
全文摘要
本發(fā)明公開智能變電站IEEE1588主從時鐘同步報文對時方法和系統(tǒng)，該方法包括創(chuàng)建主時鐘同步報文，并將該報文的發(fā)送時刻時間戳t1以廣播方式向從時鐘發(fā)送；記錄所述主時鐘同步報文的接收時刻t2；記錄所述從時鐘接收到所述主時鐘同步報文的絕對接收時刻TT2；創(chuàng)建從時鐘響應(yīng)報文以點對點方式向主時鐘發(fā)送，并記錄該報文的發(fā)送時刻時間戳t3；記錄所述從時鐘發(fā)送所述從時鐘響應(yīng)報文的絕對發(fā)送時刻TT3；記錄主時鐘獲得該報文的獲取時刻t4；計算時間偏差，并根據(jù)時間戳t1、絕對接收時刻TT2、絕對發(fā)送時刻TT3和獲取時刻t4計算不對稱性誤差；利用所述時間偏差和所述不對稱性誤差對進(jìn)行從時鐘的時間修正。本發(fā)明，可以消除不對稱性誤差的影響，提高主從時鐘對時精度。
文檔編號H04L7/00GK102833062SQ201210359710
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者胡志廣, 翁奕珊, 蔡澤祥, 鄒國惠, 羅奕飛, 潘維, 魯明佳, 唐文強(qiáng), 張玲, 王海柱 申請人:廣東電網(wǎng)公司珠海供電局