ptp對時設(shè)備在中國礦大的成功案例

2017年10月，集研發(fā)生產(chǎn)銷售為一體的西安同步電子生產(chǎn)的ptp對時設(shè)備在中國礦業(yè)大學已成功投入使用，已穩(wěn)定運行數(shù)月，設(shè)備運行穩(wěn)定，無一故障發(fā)生，已為該項目實現(xiàn)了必不可少的重要功能。

ptp對時設(shè)備簡介

1、ptp對時設(shè)備發(fā)展歷程

1.1 為解決局域網(wǎng)授時精度及傳輸距離的不足，美國一單位開發(fā)出網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP），以提高各設(shè)備之間的同步精度。后續(xù)NTP協(xié)議的授時精度可以達到μs 級，但是仍然不能滿足用戶所需的精度。為了解決測客戶對網(wǎng)絡(luò)定時同步的需要，1588同步時鐘標準誕生。

1.2 PTP同步時鐘協(xié)議的全稱是“精確時間同步協(xié)議”，是通用的提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同步時間精度的規(guī)范協(xié)議，應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)。提供同步建立時間小于10μs的運用。

2、ptp對時設(shè)備的特點：

a.最早時候的網(wǎng)絡(luò)時間校時協(xié)議（NTP/SNTP）只有軟件校時，而1588時鐘既可以使用軟件，也可以硬件和軟件配合使用，獲得比較精準的時間信息；

b. GPIB總線校時沒有同步時鐘傳達，并且得依靠并行連接電纜和限制連接電纜長度不得超過5m來已確保延遲小于30μs；

c. ptp對時設(shè)備采用的是時間分布機制與時間調(diào)度兩種概方式，通過操作軟件與主時鐘保持時鐘同步，過程簡單傻瓜式操作，時間也比較精確。

ptp對時設(shè)備的應用

1、通過GPS 授時衛(wèi)星向客戶端提供標準世界時信號。然后將該時間作為PTP 時鐘源信號提供給ptp時鐘模塊，并將該模塊時鐘端口配置為主時鐘接口。由于過程層總線面向間隔配置，則需在網(wǎng)絡(luò)間隔之間加裝網(wǎng)絡(luò)交換機，并且在普通交換機上配置高精度的PTP從時鐘來解決使用網(wǎng)絡(luò)交換機所帶來的網(wǎng)絡(luò)時延，或者使用支持PTP協(xié)議的交換來提高精度。

2、在配置為邊界時鐘的PTP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中，網(wǎng)絡(luò)交換機采用邊界時鐘，其內(nèi)部包含多個主時鐘、從時鐘端口和一個PTP 時鐘（所有端口共享）。對于相應的IEEE1588 主時鐘設(shè)備來說，網(wǎng)絡(luò)交換機相當于從時鐘；對于IEEE1588 從時鐘設(shè)備來說，網(wǎng)絡(luò)交換機又作為主時鐘。接在網(wǎng)絡(luò)交換機主時鐘端口的各個IED 的時鐘作為從時鐘同步于相應的網(wǎng)絡(luò)交換機PTP 時鐘。而該網(wǎng)絡(luò)交換機PTP時鐘又與上一級的網(wǎng)絡(luò)交換機PTP 時鐘對時。

3、當ptp主時鐘的精度下降或失效后，通過最佳主時鐘算法計算，對時網(wǎng)絡(luò)拓撲通過算法自動做出相應改變。 

測試了從衛(wèi)星到服務(wù)器系統(tǒng)時間之間的授時精度。對各階段的系統(tǒng)時延分析總結(jié)如下：

a）從衛(wèi)星天線到主時鐘的時間精度很高，在 100ns 以內(nèi)；

b) 主時鐘到服務(wù)器授時板卡之間的時延除了與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖 6 20Hz 對時頻率下的數(shù)據(jù)曲線（以多級交換機）有關(guān)外，還與主時鐘及授時板卡的性能有一定關(guān)系，同時網(wǎng)線的傳輸性能也是需要考慮的因素，但此部分的試驗約在 500ns 以內(nèi)，對整個系統(tǒng)精度影響較??；

c) 授時板卡到服務(wù)器系統(tǒng)時間是整個對時網(wǎng)絡(luò)中時延較大的部分，此部分的對時精度不僅受主從時鐘對時頻率的影響，與服務(wù)器的性能也有很大的關(guān)系，試驗中選取了聯(lián)想和曙光兩種不同型號的服務(wù)器，發(fā)現(xiàn)兩者的試驗差異較大，初步分析是由于授時板卡與服務(wù)器自身的獨立磁盤冗余陣列均安裝在服務(wù)器的 PCI-E 插槽中，其工作機制所造成的差異。

不同服務(wù)器的同步精度有一定差異。一般情況下，當計算機本身時間頻率穩(wěn)定性較好時，采用較低的同步頻率，即可得到期望的同步精度，提高同步頻率對精度影響效果并不十分顯著。而當服務(wù)器本身時間頻率性不佳情況下，就會出現(xiàn)當同步頻率較低時同步精度很差，無法達到預期要求的情況。此時，提高同步頻率，會對同步精度有較明顯的提高。

方案證明基于 PTP 授時的時間同步精度可以滿足當前高時間精度的需求，但在具體實踐中發(fā)現(xiàn)，由于受到諸多因素的影響，時間同步精度在不同的服務(wù)器平臺上有一定的差異，這就需要根據(jù)系統(tǒng)的具體需求采取諸如提高對時頻率，選用更合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等多種措施解決同步精度問題。

時間是基本物理量，影響著國家高精尖領(lǐng)域的向前推進，以及國防建設(shè)的各個方面，因此值得我們繼續(xù)深入研究。

ptp對時設(shè)備特點

1) ptp對時設(shè)備適合用于分布式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，同時提供單播消息協(xié)議技術(shù)支持。協(xié)議支持多種傳輸協(xié)議比如，網(wǎng)口、光纖等方式，協(xié)議采用短幀傳輸，且數(shù)據(jù)幀少，算法簡單，對網(wǎng)絡(luò)資源使用少，對計算性能要求低，適合于在各種高端低端設(shè)備上應用。

2) 無需布置或者組建時鐘系統(tǒng)專用的通訊網(wǎng)絡(luò)，通常的局域網(wǎng)就可以使用。降低組建同步系統(tǒng)的費用。

3) 在GPS時鐘相同的精度情況下，不需要為每個設(shè)備安裝GPS天線，只需要一個高精度的本地時鐘提供標準的時間源便可以，相對成本低。

4) ptp對時采用硬件與軟件相結(jié)合使用，并對有影響同步精度的部分進行有效矯正，以提供高精度的時間信息。

5) 獨立于具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可采用多種傳輸協(xié)議。

6) ptp對時設(shè)備是一種主從時鐘設(shè)備的系統(tǒng),采用主從時鐘對時的方式，對時間信息進行嚴格的編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和網(wǎng)絡(luò)延時測量技術(shù)，從而實現(xiàn)主從時間的同步。

7) 在對時系統(tǒng)中的同步過程中，主時鐘將周期性發(fā)布1588時間同步協(xié)議及時間信息，從時鐘將在端口接收主時鐘發(fā)來的對時協(xié)議及時間信息，系統(tǒng)據(jù)此計算出主從線路時間延遲及主從時間差，并利用該時間差調(diào)整本地時間，使從設(shè)備時間保持與主設(shè)備時間一致的頻率與相位。