IEEE1588同步时钟网络时延误差的分析及修正

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1、第３６卷第１２期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１２２０１２年６月２５日Ｊｕｎｅ２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１２．０１５ＩＥＥＥ１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正黎锐烽１，２，曾祥君１，李泽文１，王阳１，３（１．智能电网运行与控制湖南省重点实验室，长沙理工大学，湖南省长沙市４１０００４；２．广东电网公司珠海供电局，广东省珠海市５１９０００；３．新乡供电公司，河南省新乡市４５３０００）摘要：ＩＥＥＥ１５８８同步时钟基于ＴＣＰ／ＩＰ技术，采用变电站通信网络对时，受通

2、信网络传输阻塞的影响，存在同步报文传输路径延时误差。文中分析了ＩＥＥＥ１５８８时钟同步精度误差；提出了基于区分服务调度模型的同步报文路径延时误差修正方法，通过设置网络节点业务报文队列的优先级，建立了带宽调节因子和紧迫度机制，确定了同步报文的时延，并提出时钟发生器振荡频率的修正方法；实现ＩＥＥＥ１５８８同步时钟误差的修正。搭建了高精度网络时钟硬件平台，并完成了测试。实验结果表明，该时钟实现了纳秒级网络对时，能够满足智能变电站ＩＥＣ６１８５０标准对时间精度的要求。关键词：ＩＥＥＥ１５８８协议；智能变电站；通信网

3、络；路径延时误差；区分服务调度模型０引言为解决上述问题，本文提出一种基于网络区分服务调度模型（ｄｉｆｆｓｅｒｖ－ｂａｓｅｄｐａｃｋｅｔｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ变电站的设备智能化是实现智能电网的重要基ｍｏｄｅｌ，ＤＰＳＭ）的同步报文路径延时误差修正方法，础环节，随着ＩＥＣ６１８５０标准的完善，智能变电站对并对时钟发生器振荡频率进行修正，实现了纳秒级［１－３］同步时钟精度和稳定性要求越来越高。ＩＥＥＥ高精度网络对时。１５８８同步时钟对时精度达亚微秒级，但该时钟基于［４－５］网络对时，以变电站通信网络为传输基础。变

4、电１ＩＥＥＥ１５８８同步原理站通信网络是基于ＩＰ承载技术的综合数据业务网，ＩＥＥＥ１５８８协议采用计算主从时钟的时间偏移承载着站内全部通信业务，因此，存在同步报文传输量和测量线路的路径延时量进行时间同步。假设传不可靠、路径时延不确定等问题，而且时钟发生器自输线路对称，时间偏移量为Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ，路径延时量为身也存在振荡频率偏移误差，这些因素都将影响Ｔｄｅｌａｙ，透明时钟本身不参与同步过程，对于长距离ＩＥＥＥ１５８８同步时钟的授时稳定性。的时间同步系统，透明时钟的转发延时是随机的，假文献［６］提出通过晶

5、振补偿和ＯｆｆｓｅｔＴｉｍｅ滤波设在理想情况下转发延时量确定，设为ＴＱ－ｄｅｌａｙ。来提高网络时钟对时精度，但该方案实现复杂，对主时钟在Ｔａ１时刻向网络发送一个Ｓｙｎｃ报文，ＣＰＵ计算速度有较高要求；文献［７］提出一种硬件如图１所示。补偿方案，通过在交换机的物理层中嵌入以太网收发机ＤＰ８３６４０芯片，有效减小了时钟发生器振荡频率偏差对ＩＥＥＥ１５８８时钟的精度影响，但该芯片价格昂贵，且需改造网络设备，成本较高；文献［８］提出用线性收敛比较法对时钟同步系统进行在线故障检测，该方法能有效进行时钟调谐，但如果调谐

6、过程中路径延时偏差较大，将会严重影响该方法的测量精度。图１ＩＥＥＥ１５８８同步过程Ｆｉｇ．１ＩＥＥＥ１５８８ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ收稿日期：２０１１－０８－２４；修回日期：２０１１－１２－２３。国家自然科学基金资助项目（５０９７７００３）；湖南省科技计划重Ｔｂ１时刻从时钟收到Ｓｙｎｃ报文，接着主时钟通点资助项目（２０１０ＣＫ２００２）；湖南省高校创新平台开放基金过Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ报文发送之前记录的精确时间信息资助项目（０９Ｋ０６７）；湖南省高校科技成果产业化培育资助Ｔａ１，从时钟接收

7、Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ报文后在Ｔｂ２时刻发送项目（０９ＣＹ０１１）。一个Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ报文。主时钟收到Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ报文—８２—·研制与开发·黎锐烽，等ＩＥＥＥ１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正后，记录精确接收时间Ｔａ２，并把Ｔａ２标记在Ｄｅｌａｙ＿Ｔｄｅｌａｙ１＋Ｔｄｅｌａｙ２＝２Ｔ＾ｄｅｌａｙ－Δｔ（６）Ｒｅｓｐ报文中发送给从时钟。从时钟接收到Ｄｅｌａｙ＿把式（６）代入式（５），可得Ｒｅｓｐ报文后，则可计算出时间偏移量Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ和路径（Ｔ）＋（Ｔ）＾ｂ１－Ｔａ１ａ２－Ｔｂ２Δｔ延时量

8、Ｔｄｅｌａｙ为：Ｔｄｅｌａｙ＝２＋２＝（Ｔ）＋（Ｔ）Ｔｂ１－Ｔａ１ｂ２－Ｔａ２（１）Δｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ＝Ｔｄｅｌａｙ＋（７）２２（Ｔ）－（Ｔ）－２Ｔｂ１－Ｔａ１ｂ２－Ｔａ２Ｑ－ｄｅｌａｙＴｄｅｌａｙ＝在式（７）中，Ｔｄｅｌａｙ为理想的路径延时量，而Ｔ＾ｄｅｌａｙ２为实际的路径延时量。因为路径延时存在随机性，（２）直接影响到同步算法的有效性，尤其是在网络传输基于式（１）、式（２）求出Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ和Ｔｄｅ