IEEE1588协议延时不对等问题的修正

IEEE1588同步协议在网络化测控系统中得到了广泛应用,其时钟同步精度直接影响测量仪器的准确度.详细分析了交换设备固有延时时间不对等和线路传输延时不对等问题对IEEE1588同步协议的影响,并针对性地提出了修正方法.采用能够记录报文时间戳的交换设备,修正了交换设备固有延时不对等引起的同步误差;测量线路传输延时时间差后,通过软件方法修正了线路传输延时不对等引起的同步误差;最后对从时钟频率进行了修正,提高了从时钟同步的稳定性.实验结果表明,所提出的修正方法行之有效,可将同步精度提高至50 ns.     

IEEE 1588同步时钟网络时延误差的分析及修正

IEEE 1588同步时钟基于TCP/IP技术,采用变电站通信网络对时,受通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IEEE 1588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IEEE 1588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IEC 61850标准对时间精度的要求。     

基于PTP报文的智能变电站IEEE1588交换机测试技术研究

针对智能变电站的交换机中本地时钟波动导致的时间同步系统可靠性差的问题,提出基于IEEE1588精确时钟协议（PTP）同步报文的交换机测试方法,并研发了手持式IEEE1588交换机测试仪。首先,通过协议报文获取报文时间戳、交换机驻留时间和路径延时时间;然后,计算测试仪与交换机的主从时间偏差值,得到被测交换机的同步误差;最后,通过现场测试证明所研发测试仪对交换机授时的测量和监控精度达到ns级,可满足实际应用需求。     

SM2加密体系在智能变电站站内通信中的应用

现有的安全体系公钥算法大多采用RSA算法,无法保证数字化变电站通信报文的安全传输。针对此问题,提出了一种基于IEC 62351通信协议的身份认证机制,并结合国产商用密码SM2密码体系针对通信报文的安全传输问题提出了解决方案。分别以D2-1型变电站全站星形网、环形网及带冗余的双环路通信网络出现母线故障的场景为例,对面向通用对象的变电站事件/采样值(GOOSE/SMV)报文数字签名时间进行了定量计算,并通过OPNET软件对扩展报文进行了通信延时仿真,得到了3种网络结构在100 Mbit/s和10 Mbit/s带宽下的最大传输延时。仿真结果表明,该方案可有效满足变电站通信报文安全性和实时性需求。     

智能变电站中采样值传输延时的处理

将模拟量采样值(sampled analogue value,SAV)报文准确、实时地传输至智能电子设备是智能变电站过程总线数据通信的关键内容。为此在建立SAV报文传输时序模型的基础上,提出一种采用合并单元相位校准补偿传输延时以提高模拟采样值时标的准确性,并通过测算以太网的最大传输延时验证SAV报文的实时性的方法。利用公式推导和算例计算对方法进行了理论分析,并通过OPNET modeler仿真验证了理论分析的正确性。结果表明模拟采样值延时能够为降低采样值相位误差、同步多路采样值时序、测量报文传输实时性、实现过程层网络配置提供重要依据。     

CAN网络精确时钟同步方法研究

精确的时钟同步对于提高汽车CAN网络实时性有着重要影响。结合现有主从时钟同步算法和时钟同步的精度需求,提出基于＂时钟漂移率＂的时钟同步算法。在各节点时钟漂移率的基础上建立更新备用同步主节点优先表,有效地解决了在传统主从同步算法中主节点的选取和主节点失效的情况下网络开销过大的问题;同时能根据CAN网络当前运行状态反馈,通过修改权重因子,实时提高CAN网络时钟同步精度在10 s以内。仿真实验说明,该方法以较小的软件开销实现了高精确度的时钟同步。     

IEEE1588精密时钟同步协议的分析与实现

LXI（LAN-based Extensions for Instrumentation）技术的提出进一步推动了测试测量领域的发展,基于IEEE1588精确时钟同步协议的时间同步触发是LXI B类仪器的一个主要特点。本文介绍了IEEE1588精密时钟协议,详细分析了其同步原理,并介绍了一种实现IEEE1588协议的方案,从时钟通过与主时钟交换报文获取时间戳,根据时间戳计算出与主时钟的时间偏差并对自己的时钟进行修正。最后对所设计的系统进行了测试,测试结果显示系统能实现时钟同步。     

面向智能变电站的无主站式环网母线保护实现方案

提出了一种无主站式环网分布式母线保护实现方案,在借鉴高可靠性无缝冗余环网(HSR)技术基础上,设计了一种新型的环网同步方案,既可以实现各间隔节点的精准对时,又为组网方式下的采样值同步提出了一种新的解决方案。通过在环网报文设置报文延时修正域,每经过一个环网节点后添加相应节点的驻留延时和传输延时,到达接收节点后根据报文延时修正值推算出对应采样点时刻,从而实现插值同步。环网内各间隔节点采用相同的软硬件配置及保护算法,可以与其他间隔保护就地化安装,满足新一代智能化变电站对母线保护的要求。     

IEEE1588对时同频算法

为了提高IEEE1588对时精度,满足1μs以内对时精度的要求,需要在对从钟偏移量调整的基础上进行从钟频率调整以实现与主钟同频同相。现有的时钟同频算法仅根据相邻2次SYNC报文的收、发时间戳计算时钟频率差实现主、从钟同频。在IEEE1588V2透明时钟对时模式下,由于没有考虑到SYNC报文Correction域的影响,该算法无法收敛。提出了对该算法的改进,加入SYNC报文Correction域和时钟偏移量的修正,该算法可以快速收敛,快速实现从钟与主钟同频。通过实际测试系统,验证了改进后算法的可行性和准确性。     

智能变电站过程层网络报文传输时间计算及抖动抑制方法

过程层网络是智能变电站的重要组成部分,其实时性对智能变电站的安全可靠运行具有重要意义,而报文传输时间是实时性的主要指标。在介绍过程层网络结构及通信业务的基础上,提出了一种报文传输时间计算方法,分析了报文长度、数据率等因素对过程层网络中报文传输时间的影响并进行了仿真验证。针对因竞争而造成的采样值(SV)报文传输时间抖动问题,提出了一种通过控制报文发送时序与转发条件来抑制SV报文传输时间抖动的方法,给出了该方法的实现思路,仿真表明该方法可以在确保报文实时性的同时,有效地抑制SV报文传输时间的抖动。     

卫星时钟与网络时钟互备的广域时间同步方法

为满足智能电网快速发展对广域时间同步的需求,提出了一种卫星时钟与网络时钟互为备用的新型广域时间同步方法。该方法基于对卫星时钟、晶振时钟和网络时钟误差特性的分析,研究了卫星时钟与晶振时钟相结合的高精度同步时钟授时方法,提出了基于IEEE 1588协议网络时钟的报文路径时延改进算法;并在此基础上提出了一种基于高精度同步时钟与网络时钟的分布自治式广域时间同步方案。仿真结果表明,该广域时间同步方案可实现广域网内各时间节点的精确、可靠时间同步,能较好地满足智能电网的时间同步需求。     

精确时钟同步协议的以太网实现方法

基于IEEE1588标准,介绍了精确时钟协议的时钟类型与报文种类。分析了主、从时钟间采用同步报文实现时钟同步的机制,以及同步间隔与网络负荷、同步精度之间的关系,指出了同步紧随报文的作用和使用条件。给出了报文时间标记点在以太网中的准确定义、PTP子域到以太网多播地址之间的映射和PTP报文到以太网报文之间的映射,提供了精确时钟同步协议在以太网中实现的具体方法。     

低功耗单跳无线网络实时数据采集系统设计

单跳无线网络监控方便、传输路由简单,提出以单跳无线网络架构实时数据采集系统。由时间同步和轮询阶段组成的周期工作机制,在轮询阶段传感节点进行周期性激活与休眠。设计了由CC2500射频模块和C8051F330/320单片机组成的节点硬件平台,提出通过减少节点活动时长和降低系统时钟频率对传感节点进行低功耗设计。由节点硬件平台组建了一个多点温度同步采集系统,通过实际测试,温度采集数据能实时传送,传感节点的能量节约效果显著。     

基于流媒体技术的网络多媒体传输系统的设计

在无QoS要求的分组交换网络中,实时多媒体传输经常遭遇传输包丢失、时延、碰撞等问题。采用基于RTP/RTCP的流媒体传输和控制机制,并在网络多媒体传输中采用一种时间戳的流媒体技术使音频和视频播放同步,可有效改善网络传输性能。文章设计的多媒体传输系统以音频线程作为主线程,通过对比音频时间戳和视频时间戳以使视频播放线程减慢、加快、保持播放速度,从而使视频的播放线程能根据音频发布的时间戳进行更新调整达到同步的目的。这种方法方便、快捷、易于实现,文章同时指出了它的不足之处。     

基于卡尔曼滤波器的IEEE 1588时钟同步算法

时钟同步是网络化分布式测试与控制系统中的一项重要指标。在基于IEEE 1588协议的主从时钟同步中,时钟偏差和时钟漂移的精确测量是主从时钟同步的重要保证。提出了基于二阶卡尔曼滤波器加速运动模型的时钟同步算法,该算法以同步消息包中的时间戳来获取观测值,通过卡尔曼滤波器算法对主从时钟之间的时钟偏差、时钟漂移以及时钟漂移变化率进行估计,使用估计值对从时钟进行补偿与修正。该算法能够消除从时钟的不稳定性对时钟同步的影响。实验结果表明,在时钟同步中引入卡尔曼滤波算法能够显著提高时钟同步精度。     

一种基于时隙动态分配的FlexRay系统通信机制

汽车FlexRay总线系统中消息的调度方法直接关系到整车通信实时性。针对FlexRay系统静态段固定分配时隙机制的不足,提出一种静态时隙动态分配的消息调度机制(SDAS),给出该机制下调度器的状态转换模型和运行算法,并定量分析各静态消息最坏响应时间;在对FlexRay帧结构设计基础上,以静态段时间碎片最小为目标,以消息可调度和通信周期有界为约束条件,建立了SDAS机制下相关网络参数的配置方法。实验仿真结果表明,与固定分配时隙相比,SDAS机制能有效提高消息实时性和带宽利用率。     

基于IEEE 1588实现变电站过程总线采样值同步新技术

介绍并分析了网络测量和控制系统的精确时钟同步协议IEEE1588,通过与目前应用广泛的网络时间协议(NTP)相比较,指出其高精度时钟同步实现机制的特殊性。针对IEC61850所定义的过程总线上采样值高精度同步要求,提出了一种基于IEEE1588的合并单元同步实现的新方案。在此方案中,利用现场可编程门阵列(FPGA)对IEEE1588同步报文时标生成点进行精确确定,IEEE1588同步协议的实现利用微控制器完成。     

汽车CAN系统精确时钟同步机制研究

高可靠、高精度的时钟同步机制对于汽车CAN网络安全运行有着重要影响。针对分布式汽车网络同步问题,引入4种特殊的报文帧,定量研究了同步帧传输的网络时延,给出了即时偏差与网络延时的测算方法;在此基础上,结合基于最小"相对即时偏差和"的主时钟协商选择方法,建立了支持主时钟选择的精确时钟同步机制。实验结果表明,该机制不仅具有较高的同步精度和可靠性,而且有效降低了同步网络开销,能够满足当今汽车的高实时性要求。