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近日，我公司生產(chǎn)的嵌入式PTP時(shí)鐘模塊在蘇州銀行成功投運(yùn)

嵌入式PTP時(shí)鐘模塊（IEEE1588校時(shí)系統(tǒng),PTP網(wǎng)絡(luò)同步,PTP授時(shí)模塊）功能概述

    上海銳呈電氣有限公司研發(fā)生產(chǎn)的嵌入式PTP時(shí)鐘模塊采用“北斗+GPS”構(gòu)成雙導(dǎo)航的時(shí)間同步重要時(shí)鐘源，利用嵌入式實(shí)時(shí)軟硬件技術(shù)，提供準(zhǔn)確和種類豐富的時(shí)間同步信息。采用基于硬件的時(shí)間標(biāo)記，提供高水平的時(shí)間和頻率精度。全面支持新IEEE 1588v2網(wǎng)絡(luò)授時(shí)協(xié)議，時(shí)間精度優(yōu)于8ns，以保證高標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)接收多種時(shí)鐘源的信號(hào)，對(duì)時(shí)間信息及其信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行自適應(yīng)分析處理，再將優(yōu)化后的時(shí)間同步信息轉(zhuǎn)換為不同類型的對(duì)時(shí)信號(hào)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到站內(nèi)的各類對(duì)時(shí)設(shè)備，以使得全站的設(shè)備實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確時(shí)鐘同步。在外部時(shí)鐘源丟失后，系統(tǒng)還能進(jìn)入準(zhǔn)確自守時(shí)狀態(tài)，保證對(duì)外輸出信號(hào)不丟失，并維持*的準(zhǔn)確度。

    IEEE 1588 協(xié)議的高精度對(duì)時(shí)主要通過(guò)對(duì)偏移和延時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量來(lái)保證別的時(shí)間運(yùn)行，并且根據(jù)各節(jié)點(diǎn)上時(shí)鐘的精度和級(jí)別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時(shí)間）的可追溯性等特性，由優(yōu)化主時(shí)鐘算法來(lái)自動(dòng)選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時(shí)鐘。在只有一個(gè)子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時(shí)鐘就是時(shí)鐘。每個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)時(shí)鐘，且每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)只有一個(gè)主時(shí)鐘，從時(shí)鐘與主時(shí)鐘保持同步。

    產(chǎn)品具有多種輸入輸出接口，可作為主鐘、從鐘、邊界時(shí)鐘，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的各種需求，并在業(yè)內(nèi)使用千兆IEEE 1588授時(shí)接口，可廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)35kV、110kV、220kV、500kV 及以上變電站（所）、發(fā)電廠，為無(wú)線以太網(wǎng)回程、電路仿真業(yè)務(wù)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)以及電力系統(tǒng)二次設(shè)備和自動(dòng)化裝置等提供時(shí)間信息及同步信號(hào)，如：調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、微機(jī)繼電保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、雷電定位系統(tǒng)、智能電子設(shè)備IED等。

嵌入式PTP時(shí)鐘模塊關(guān)鍵技術(shù)與特點(diǎn)

1） IEEE 1588 精密對(duì)時(shí)

    IEEE 1588 協(xié)議的時(shí)鐘同步過(guò)程與NTP/SNTP 協(xié)議基本一致，區(qū)別在于同步報(bào)文SYNC 包含該報(bào)文離開主時(shí)鐘的時(shí)間的估計(jì)值，而同步報(bào)文離開主時(shí)鐘的準(zhǔn)確值將由主時(shí)鐘通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行記錄，以消除網(wǎng)絡(luò)協(xié)議堆棧和操作系統(tǒng)的影響。IEEE 1588協(xié)議中獲取時(shí)間標(biāo)簽的位置可以多樣，時(shí)間標(biāo)簽的準(zhǔn)確性直接決定了時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確的方法是使用硬件檢測(cè)同步報(bào)文幀（接近物理層），當(dāng)入口幀和出口幀經(jīng)過(guò)媒體獨(dú)立接口時(shí)，可以容易地將其捕獲和解碼，實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)。

2） 獨(dú)立千兆網(wǎng)口

    裝置具備多至4個(gè)帶硬件支持的IEEE 1588 10/100/1000 BASE-T（RJ-45）千兆網(wǎng)口，千兆網(wǎng)口的使用可使網(wǎng)段隔離，也可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口冗余，更能實(shí)現(xiàn)8ns時(shí)間戳精度。

3） 支持IEEE 1588v2, NTP, SNTP多種網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議

    裝置支持NTP（Network Time Protocol），目前使用的標(biāo)準(zhǔn)是RFC1305（NTPv3）。SNTP為NTP的簡(jiǎn)化版，標(biāo)準(zhǔn)為RFC2030（SNTPv4）。NTP主要用來(lái)同步網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)和路由器的時(shí)間。它的精度在廣域網(wǎng)上為數(shù)十毫秒，在局域網(wǎng)上則為微秒級(jí)甚至更高。

    裝置采用IEEE 1588精密對(duì)時(shí)協(xié)議，IEEE 1588 PTP協(xié)議借鑒了NTP技術(shù)，具有容易配置、快速收斂以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點(diǎn)。它的主要原理是通過(guò)一個(gè)同步信號(hào)周期性地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步校正，使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)確同步，IEEE 1588 PTP時(shí)鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

    PTP 協(xié)議定義了若干種多點(diǎn)傳送的報(bào)文類型和管理報(bào)文，包括同步報(bào)文（Sync）、跟隨報(bào)文（Follow_up）、延遲請(qǐng)求報(bào)文（Delay_Req）、延遲應(yīng)答報(bào)文（Delay_Resp）等等。同步報(bào)文是從主時(shí)鐘周期性發(fā)出的（一般為每?jī)擅胍淮?/span>），它包含了主時(shí)鐘算法所需的時(shí)鐘屬性?？偟膩?lái)說(shuō)，同步報(bào)文包含了一個(gè)時(shí)間戳，準(zhǔn)確地描述了數(shù)據(jù)包發(fā)出的預(yù)計(jì)時(shí)間。PTP協(xié)議基于同步數(shù)據(jù)包被傳播和接收時(shí)的準(zhǔn)確的匹配時(shí)間，每個(gè)從時(shí)鐘通過(guò)與主時(shí)鐘交換同步報(bào)文而與主時(shí)鐘達(dá)到同步。這個(gè)同步過(guò)程分為偏移測(cè)量階段和延遲LACEH測(cè)量階段。對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性和延時(shí)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主從時(shí)鐘的同步，PTP的關(guān)鍵在于延時(shí)測(cè)量。IEEE 1588v2的優(yōu)點(diǎn)主要有支持時(shí)間和頻率同步，同步精度高，可達(dá)納秒級(jí)。

4） 基于多重誤差補(bǔ)償算法的高穩(wěn)PPS產(chǎn)生電路

    作為時(shí)間同步源的輸入信號(hào)，如GPS 信號(hào)、北斗信號(hào)及B 碼信號(hào)，自身發(fā)出的同步信息（通常為1PPS），可能因?yàn)楣收匣蛘弑旧淼恼`差等原因，而存在一定的波動(dòng)，使其準(zhǔn)確度受到影響。裝置采用多重誤差補(bǔ)償算法，對(duì)輸入的有效同步源的同步信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩查和量化誤差補(bǔ)償，剔除錯(cuò)誤信息，減小和消除同步源本身的粒度誤差，提高同步信號(hào)的準(zhǔn)確度，再利用此同步信號(hào)產(chǎn)生高穩(wěn)定度的本地1PPS，提高了裝置的準(zhǔn)確度和可靠性。

5） 多端口延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)

    當(dāng)裝置根據(jù)外部基準(zhǔn)源同步本地PPS時(shí)，必然產(chǎn)生內(nèi)部延時(shí)，而針對(duì)這個(gè)產(chǎn)生的延時(shí)，本機(jī)延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)能夠使裝置內(nèi)部PPS 外部時(shí)鐘源的秒沿，在PPS 經(jīng)過(guò)裝置處理后達(dá)到與外部時(shí)鐘源同步。

    其次，對(duì)于每個(gè)輸出通道都能單獨(dú)配置延時(shí)補(bǔ)償。通常一臺(tái)時(shí)間同步系統(tǒng)裝置可同時(shí)通過(guò)不同的端口進(jìn)行對(duì)時(shí)，例如，串口RS232、RS485、光口、電口、網(wǎng)口等，每個(gè)不同的端口都有不同的延時(shí)。因此，對(duì)于每種端口進(jìn)行不同的延時(shí)補(bǔ)償可以使不同端口輸出的信號(hào)都能與外部時(shí)鐘源同步。

    本裝置的多端口超前延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)裝置內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的PPS 和各種不同通道輸出的信號(hào)配置進(jìn)行不同的超前延時(shí)補(bǔ)償，使裝置全面達(dá)到與外部時(shí)鐘源同步，增強(qiáng)了裝置的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

6） 高精度守時(shí)時(shí)鐘

    采用銣原子鐘或OCXO實(shí)現(xiàn)高精度自守時(shí)，銣原子鐘守時(shí)精度優(yōu)于2μs/天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于55μs/小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用現(xiàn)代閉環(huán)控制守時(shí)理論和卡爾曼數(shù)字濾波技術(shù)，利用外部時(shí)間基準(zhǔn)對(duì)銣鐘或OCXO進(jìn)行控制和馴服。系統(tǒng)輸出的1PPS信號(hào)由內(nèi)部頻率源分頻得到，并同步于外部時(shí)間基準(zhǔn)輸出的1PPS 信號(hào)的長(zhǎng)期平均值，克服了由于外部時(shí)間基準(zhǔn)源的秒脈沖信號(hào)跳變所帶來(lái)的影響，使輸出的時(shí)間同步信號(hào)具有很高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，時(shí)間準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.1μs，真正復(fù)現(xiàn)了“UTC 時(shí)間基準(zhǔn)”。

7） 采用冗余結(jié)構(gòu)

    支持雙GPS 冗余對(duì)時(shí)、GPS 與北斗冗余對(duì)時(shí)以及IRIG-B 熱備，且配置有高精度守時(shí)時(shí)鐘。

    主時(shí)鐘裝置可同時(shí)接入GPS+GPS或GPS+北斗以及2路IRIG-B碼外同步信號(hào)，互為熱備用。擴(kuò)展裝置可同時(shí)接入2路IRIG-B碼外同步信號(hào)，互為熱備用。主時(shí)鐘和擴(kuò)展裝置都采用了冗余化設(shè)計(jì)，保證了時(shí)間同步系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

8） 可調(diào)節(jié)的傳輸延時(shí)補(bǔ)償方式

裝置采用了可調(diào)節(jié)的傳輸延時(shí)補(bǔ)償方式，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)的缺陷，可靈活實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)1秒以內(nèi)的超前或者滯后的任意延時(shí)補(bǔ)償，補(bǔ)償分辨率達(dá)10ns，可實(shí)現(xiàn)與主鐘的時(shí)間同步，即達(dá)到零延遲，是真正復(fù)現(xiàn)的時(shí)間信號(hào)。

上海銳呈電氣有限公司是研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)嵌入式PTP時(shí)鐘模塊的單位，產(chǎn)品系列化、系統(tǒng)化，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、選型、安裝調(diào)試等一站式服務(wù)。更詳細(xì)介紹，請(qǐng)參閱