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1、第33卷第13期Vol.33No.132009年7月10日July10,2009IEEE1588精确时间同步协议的应用方案111111,2于鹏飞,喻强,邓辉,鲍兴川,马媛媛,郭经红(1.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏省南京市210003;2.南京大学计算机软件新技术国家重点实验室,江苏省南京市210003)摘要:阐述了IEEE1588协议比以往时间同步方式如网络时间协议(NTP)的优点,分析了IEEE1588协议的2个核心算法———最佳主时钟(BMC)算法和本地时钟同步(LCS)算法,提出了解决IEEE1588协议在实际应用中不能满足其假设前提的解决方法,在实验室环境中利用ARM9
2、200平台实现了IEEE1588协议并进行了测试,结果表明其明显优于NTP。该研究工作对于IEEE1588协议在电力系统中的实际应用具有重要意义。关键词:IEEE1588;电力系统;最佳主时钟;本地时钟同步;网络延时不确定中图分类号:TM73;TM7610引言同步接收设备加载GPS模块;②编码同步,例如IRIG2B格式时间码等,就是将时钟源的时间信息经精确的时间同步系统在电力自动化系统中占有过编码,利用专用的传输媒体将其传送至各个时钟重要地位,某些电力系统业务甚至要求时间同步误[2]信息的接收端;③报文同步,例如网络时间协议差小于1μs(例如线路行波故障测距、雷电定位等),(NTP)、简单网络
3、时间协议(SNTP),就是将时钟源因此,精确时间同步是电力自动化系统非常关心的的时间信息以以太网包的形式传送至各个时钟信息TM研究课题。IEEEStd1588—2002《网络测量和控的接收端。制系统的精确时钟同步协议》(简称IEEE1588协以上几种方式都存在缺陷。第1种方式虽然标[1]议)已于2002年发布。2004年,IEC也发布了相称精度可以达到1μs,但受环境天气的影响较大,很应的IEC61588标准。IEEE1588协议又称精确时难时刻保持很高的精度。第2种方式要占用专门的间协议(PTP),利用以太网或其他支持多播技术的传输通道,传输距离有限,传输距离越长则精度越网络使终端设备同步,
4、最高精度可以达到亚微秒级。差。第3种报文同步方式是目前时间同步系统的发同时,IEEE1588协议对资源要求非常低,易于高中展趋势,不存在前2种方式的局限,但是由于以太网低端设备之间的兼容。但是,IEEE1588协议为了传输过程中存在延时的不确定性(例如交换机交换保证高精度,需要硬件支持,这对于兼容性很高的以延时、设备响应时间同步报文延时等),精度不能满太网来说,制约了IEEE1588协议的应用与发展。足电力系统所有的业务需求,据调研,目前的NTP本文首先针对IEEE1588协议的以太网应用和SNTP在局域网中可以达到1ms的精度,在广对协议进行了分析,介绍了IEEE1588协议的优点域网中只能
5、达到几十毫秒的精度。和核心算法,然后针对IEEE1588协议的不足提出电力自动化系统通常是以太网交换机组网,了相应的解决方案,并且搭建测试平台在实验室局IEEE1588协议顺应了报文同步的发展趋势,不但域网中进行了测试。[3]借鉴了NTP和SNTP技术,通过迭代消除了往1IEEE1588协议的革新返的路径延时,而且利用以太网媒体访问控制(MAC)层打时间戳技术(见图1),消除了设备响应目前电力系统中的时间同步系统主要采用3种时间同步报文的不确定延时,因此,很大程度地提高方式:①利用全球定位系统(GPS)同步,就是在时钟了时间同步精度。IEEE1588协议占用很少的资源,无论是CPU资源还是网络
6、资源都非常少,非常收稿日期:2009201213;修回日期:2009204209。国家电网公司科技项目(SGKJ[2007]1003);江苏省软件和便于各种时钟接收设备的兼容。IEEE1588协议还集成电路业专项经费资助项目(JS0646);南京大学计算机软是一个自适应的系统,能够自己管理系统内的时钟[1]件新技术国家重点实验室项目“高精度网络时间同步技术及节点,很大地减少人工参与。其应用的研究”(2008年8月—2010年8月)。—99—2009,33(13)一回合Sync报文发送时间tM1的FollowUp报文,从时钟与主时钟的时间偏移toffset为:toffset=tC2-tM1-τ(
7、1)式中:τ为线路延时。3)从时钟在tC4时刻向主时钟发送DelayReq报图1MAC层打时间戳示意图Fig.1SchematicoftimestampinMAClayer文。4)在tC5时刻,从时钟收到主时钟发送的与同一2IEEE1588协议的核心算法回合的DelayReq报文相对应的DelayReq报文,其包含了主时钟收到DelayReq的时刻tM4,其延时τIEEE1588协议的核心算法包括
