IEEE1588校時系統(tǒng)（PTP從時鐘,IEEE1588授時系統(tǒng),PTP時間服務(wù)器）功能概述

   上海銳呈電氣有限公司研發(fā)生產(chǎn)的IEEE1588校時系統(tǒng)采用“北斗+GPS"構(gòu)成雙導(dǎo)航的時間同步重要時鐘源，利用嵌入式實時軟硬件技術(shù)，提供準(zhǔn)確和種類豐富的時間同步信息。采用基于硬件的時間標(biāo)記，提供高水平的時間和頻率精度。全面支持新IEEE 1588v2網(wǎng)絡(luò)授時協(xié)議，時間精度優(yōu)于8ns，以保證高標(biāo)準(zhǔn)的時間運(yùn)行。系統(tǒng)通過接收多種時鐘源的信號，對時間信息及其信號質(zhì)量進(jìn)行自適應(yīng)分析處理，再將優(yōu)化后的時間同步信息轉(zhuǎn)換為不同類型的對時信號，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到站內(nèi)的各類對時設(shè)備，以使得全站的設(shè)備實現(xiàn)準(zhǔn)確時鐘同步。在外部時鐘源丟失后，系統(tǒng)還能進(jìn)入準(zhǔn)確自守時狀態(tài)，保證對外輸出信號不丟失，并維持*的準(zhǔn)確度。

IEEE 1588 協(xié)議的高精度對時主要通過對偏移和延時進(jìn)行準(zhǔn)確的測量來保證高級別的時間運(yùn)行，并且根據(jù)各節(jié)點(diǎn)上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時間）的可追溯性等特性，由優(yōu)化主時鐘算法來自動選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時鐘。在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是高級時鐘。每個系統(tǒng)只有一個高級時鐘，且每個子網(wǎng)內(nèi)只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步。

   產(chǎn)品具有多種輸入輸出接口，可作為主鐘、從鐘、邊界時鐘，以滿足現(xiàn)場的各種需求，并在業(yè)內(nèi)*使用千兆IEEE 1588授時接口，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，為無線以太網(wǎng)回程、電路仿真業(yè)務(wù)、無源光網(wǎng)絡(luò)以及電力系統(tǒng)二次設(shè)備和自動化裝置等提供時間信息及同步信號，如：調(diào)度自動化系統(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)動裝置、計算機(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。

關(guān)鍵技術(shù)與特點(diǎn)

1) IEEE 1588 精密對時

IEEE 1588 協(xié)議的時鐘同步過程與NTP/SNTP 協(xié)議基本*，區(qū)別在于同步報文SYNC 包含該報文離開主時鐘的時間的估計值，而同步報文離開主時鐘的準(zhǔn)確值將由主時鐘通過硬件或軟件進(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)議中獲取時間標(biāo)簽的位置可以多樣，時間標(biāo)簽的準(zhǔn)確性直接決定了時鐘同步的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確的方法是使用硬件檢測同步報文幀（接近物理層），當(dāng)入口幀和出口幀經(jīng)過媒體獨(dú)立接口時，可以容易地將其捕獲和解碼，實現(xiàn)高精度授時。

2) 獨(dú)立千兆網(wǎng)口

裝置具備多至4個帶硬件支持的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，也可以實現(xiàn)網(wǎng)口冗余，更能實現(xiàn)8ns時間戳精度。

3) 支持IEEE 1588v2, NTP, SNTP多種網(wǎng)絡(luò)對時協(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的簡化版，標(biāo)準(zhǔn)為RFC2030(SNTPv4)。NTP主要用來同步網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)和路由器的時間。它的精度在廣域網(wǎng)上為數(shù)十毫秒，在局域網(wǎng)上則為微秒級甚至更高。

裝置采用新IEEE 1588精密對時協(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一個同步信號周期性地對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時鐘進(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)傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文(Sync)、跟隨報文(Follow_up)、延遲請求報文(Delay_Req)、延遲應(yīng)答報文(Delay_Resp)等等。同步報文是從主時鐘周期性發(fā)出的(一般為每兩秒一次)，它包含了主時鐘算法所需的時鐘屬性。

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

作為時間同步源的輸入信號，如GPS 信號、北斗信號及B 碼信號，自身發(fā)出的同步信息（通常為1PPS），可能因為故障或者本身的誤差等原因，而存在一定的波動，使其準(zhǔn)確度受到影響。裝置采用多重誤差補(bǔ)償算法，對輸入的有效同步源的同步信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩查和量化誤差補(bǔ)償，剔除錯誤信息，減小和消除同步源本身的粒度誤差，提高同步信號的準(zhǔn)確度，再利用此同步信號產(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) 多端口超前延時補(bǔ)償技術(shù)

當(dāng)裝置根據(jù)外部基準(zhǔn)源同步本地PPS時，必然產(chǎn)生內(nèi)部延時，而針對這個產(chǎn)生的延時，本機(jī)超前延時補(bǔ)償技術(shù)能夠使裝置內(nèi)部PPS 超前外部時鐘源的秒沿，在PPS 經(jīng)過裝置處理后達(dá)到與外部時鐘源同步。

其次，對于每個輸出通道都能單獨(dú)配置延時補(bǔ)償。通常一臺時間同步系統(tǒng)裝置可同時通過不同的端口進(jìn)行對時，例如，串口RS232、RS485、光口、電口、網(wǎng)口等，每個不同的端口都有不同的延時。因此，對于每種端口進(jìn)行不同的超前延時補(bǔ)償可以使不同端口輸出的信號都能與外部時鐘源同步。

本裝置的多端口超前延時補(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配置進(jìn)行不同的超前延時補(bǔ)償，使裝置全面達(dá)到與外部時鐘源同步，增強(qiáng)了裝置的實時性和穩(wěn)定性。

6) 高精度守時時鐘

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

7) 采用冗余結(jié)構(gòu)

支持雙GPS 冗余對時、GPS 與北斗冗余對時以及IRIG-B 熱備，且配置有高精度守時時鐘。

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

8) 可調(diào)節(jié)的傳輸延時補(bǔ)償方式

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

上海銳呈電氣有限公司是設(shè)計和生產(chǎn)的單位，產(chǎn)品系列化、系統(tǒng)化，實現(xiàn)了從設(shè)計、選型、安裝調(diào)試等一站式服務(wù)。