EtherCAT时钟同步技术研究

EtherCAT是一种实时工业以太网协议;基于EtherCAT实时性强的特点,重点研究了EtherCAT分布时钟机制,并提出了在嵌入式设备上基于实时操作系统μC/OS II完成主站设计的方案;通过分析传输延时补偿、初始偏移补偿、动态漂移补偿等时钟同步过程,完成了对主站系统时钟同步技术的设计;基于环形冗余结构搭建了一主三从的EtherCAT测试系统,并通过计算机、示波器等设备采集得到从站间产生SYNC0信号的时间差值数据;最后,根据SYNC0周期为1ms的数据,分析得到系统时钟误差维持在55ns以内的同步性能,为时钟同步技术的理论研究提供了数据支持。     

EtherCAT从站设计及精确时钟同步技术研究

EtheCAT是一种具有高速性和高实时性的以太网现场总线,是运动控制及工业机器人不可或缺的高速通信手段.为解决对多自由度机器人协调控制等构成的分布系统的同步问题,基于EtherCAT网络拓扑结构,重点分析了DC(distributed clock,分布时钟)同步机制、算法及主从系统间的通信时序,深入研究了主站网卡驱动延时、从站物理位置和数据帧循环周期等几个关键因素对同步性能准确度和精度的影响.通过设计实时驱动网卡程序、完善从站的物理顺序、缩短数据帧的循环周期使之得以改善,并在搭建的ETIl00与STM32F407并行传输数据的EtherCAT从站平台上测试,实验结果证明EtherCAT同步误差能够达到小于15 ns的精度,足以满足高速同步实时需求.     

基于FPGA的高性能硬件EtherCAT主站研究

随着技术的不断进步,高端应用场合对EtherCAT主站的性能提出了越来越高的要求。传统的软件EtherCAT主站使用Windows或Linux操作系统实现,主站的性能和稳定性完全依赖操作系统的实时性,且主站的抖动一般为微秒级别,不能满足高端应用的需求;同时,传统的时钟同步算法以第一从站的时钟作为系统时钟,具有一定的局限性。对此,文章首先对目前EtherCAT主站研究的现状进行阐述;然后提出了一种基于FPGA的硬件EtherCAT主站方案以及一种基于FPGA主站时钟的DC同步算法,并对硬件EtherCAT主站实现的方法进行了描述;最后采用6台通用伺服驱动器作为从站设备,对主站系统进行了实验验证。实验结果表明,所设计的主站通信数据帧抖动仅为5 ns,且搭配本文所述的时钟同步算法,各从站间同步信号SYNC0中断实时同步,能满足各高端应用场景的需求;同时由于FPGA代码的可移植性,该主站可灵活应用于不同的硬件平台,具有很强的工程指导意义。     

EtherCAT时钟同步的误差仿真分析

建立了工业以太网EtherCAT的时钟同步延时误差模型,并设计了时钟同步算法及仿真程序.基于EtherCAT网络的三种基本拓扑结构,进行同步误差仿真及分析,总结出三种拓扑结构的同步误差累积规律公式及累积参数.累积规律公式为实际应用中构建复杂拓扑结构提供了理论参考,并可以用于改进主站的时钟同步算法.     

网络化测试系统的时钟同步方法研究

时钟同步是网络化测试系统中关键问题之一;设计一种新型的软件同步方法,实现了局域网范围内网络化测试设备间的时钟同步;这种时钟同步方法中,从时钟向主时钟发送同步消息,主时钟对接收到从时钟的同步请求消息进行处理,并根据从时钟是否失去同步而采取相应措施;此种为网络化测试系统的时钟同步提供了一种解决方案,在8个测试单元机以2秒为同步周期进行测试时,时钟同步精度可以达到50μs,具有一定的实用性和推广价值。     

同步数字系统时钟分布及偏斜补偿技术研究

本文从时钟系统的两个主要参数——时钟偏斜和抖动对系统性能的影响入手,对现有的高性能VLSI同步数字系统中的时钟分布网络和偏斜补偿技术进行了研究和分类,并从体系结构、偏斜补偿的精度、抖动、功耗以及实现的难易度等方面对各种补偿技术进行了比较和分析。     

船舶电力系统时钟同步及改进技术研究

为了提高船舶电力系统时钟同步精度,减少由于测试时间基准不同带来的误差,提出了一种新的船舶综合平台时钟同步方案;利用PTP同步报文中时间戳的精确值于每周期利用偏差对从时钟进行修正的同时,将多周期的时钟漂移进行综合,改进同步精度;利用Matlab进行时钟误差建模,进行算法改进及硬件验证;仿真和测试结果表明,该算法能够在IEEE1588同步方案的基础上将同步精度进一步提升至60ns左右,在不改变以太网同步策略的基础上进一步改进同步精度,具有重大的研究价值和工程实践意义。     

半实物网络测试系统从时钟频率漂移影响分析

针对精确时钟协议(PTP)用于半实物网络仿真测试时难以实现精确系统同步的问题,研究从时钟频率漂移对PTP仿真系统同步性能的影响。建立了半实物网络环境下PTP系统模型和时钟模型,解析性推导出单向传输链路中Slave_n对主时钟的时延误差估计,得出从时钟模型时延误差表达式具有一致的加权结构,且各误差项都将累积并渗透到传输线路中,影响整个网络的同步精度。基于此,设计多种半实物网络仿真场景进行验证、分析和测试。仿真结果表明:单个从时钟频率漂移对系统同步精度影响甚微,但系统内从时钟均存在漂移或主时钟存在时间抖动的情况下,造成的同步误差是单个从时钟频率漂移时的10倍,会对系统同步精度产生严重的影响,研究成果能为半实物网络测试环境时钟部署策略提供重要参考。     

多总线平台一体化测试系统时钟同步和触发设计

随着现代被测对象复杂性的增加以及单一接口形式测试总线产品种类的限制,大多情况下必须要构建多总线平台一体化测试系统;然而不同接口形式的测试设备时钟同步和触发机制不同,多总线平台一体化过程中时钟同步和触发的统一是必须要考虑的问题;在提出了基于硬线的方式、基于PTP的方式以及混合方式三种时钟同步和触发设计的同时,以在研项目硬件设备为平台,对其性能进行了测试;结果显示,方案不同同步精度不同,基于硬线和PTP的方式最大同步偏差分别为50ns和523ns,可适用于不同的测试场景.     

混合时钟同步技术在船舶电力系统同步相量测量中的应用研究

针对船舶电力系统相对于陆地广域电力系统的不同特性,分析传统时钟同步方法对于船舶同步向量测量单元(SPMU)的局限性,采用一种基于IEEE1588协议的卫星时钟同步与局域网时钟同步相结合的混合时钟同步技术实现SPMU的时钟同步,通过实验对同步偏差性能进行测试,结果表明时钟同步偏差维持在±500ns以内,可以满足电力系统对电力参数测量的同步精度要求。     

CMMB系统中的符号与时钟同步方案

提出一种基于中国移动多媒体广播(CMMB)系统的符号同步与时钟同步方案,其中,CMMB系统是基于正交频分复用(OFDM)实现的。为正确获得CMMB系统中OFDM符号的起始位置,并消除采样时钟偏差对系统的影响,将信标符号与循环前缀相结合,给出基于OFDM的符号同步方案,包括获取与跟踪2个阶段,以解决系统符号同步问题,同时利用OFDM符号中的离散导频对采样时钟频率偏差进行估计,取其均方误差作为验证标准,从而实现系统的时钟同步。仿真结果表明,该方案有效可行。     

OFDM系统中同步偏差的联合估计算法

研究基于IEEE 802.11a的正交频分复用(OFDM)系统,分析同步偏差对该系统的影响,提出一种联合估计算法。利用导频序列估计频域中OFDM系统的同步偏差,包括符号定时偏差、载波频率偏差和采样时钟频率偏差。仿真结果证明,该算法的误包率较低,能较好地应用于OFDM系统。     

IEEE 1588v2基于透明时钟的误差分析与修正

针对时间同步过程中出现积聚性错误,导致同步精度降低的问题,通过对误差来源和透明时钟工作原理的分析,结合IEEE 1588v2时间同步协议的延时请求应答机制和对等延时机制,归纳了一整套基于透明时钟的频率补偿和误差修正方法。测试结果表明,经过频率和相位的双重调节,主从时钟的同步精度可以达到亚微秒级别,完全满足高精度同步系统的要求。     

基于MAXII570的高精度同步时钟信号在分布式录波器中的实现

同步时钟信号是分布式录波器系统任务顺利完成的关键。介绍一种利用可编程CPLD器件实现性能优良的分布式同步信号源。通过高度集成,将IRIG-B(DC)解码器以及系统的各种同步逻辑电路集成在一个MAXII570芯片中,构成一个高精度同步系统,从而达到最佳同步效果。     

WSN/WSAN中的时间同步算法研究

无线传感器网络实现了人类对现实世界的观测,由于网络中节点可以单独监测,因此在这样的网络中节点间需要时间同步,以确定事件发生的顺序。阐述了WSN时间同步的相关问题,并从同步报文传递方式的角度详细介绍了几种时间同步算法;从定性和定量两个方面对算法进行了比较。在此基础上,针对WSAN的新特点提出算法融合的设计思想。     

无线传感器网络时间同步综述

无线传感器在网络应用时要求传感器节点保持时间同步,但传统的时间同步方法并不适用于无线传感器网络。为此,指出设计时间同步协议所面临的问题,对现有无线传感器网络时间同步算法进行总结,分析典型算法对时钟偏差和时钟漂移的处理,并给出进一步的研究方向。     

北斗导航时间同步系统在智能电网建设中的应用

鉴于传统单向授时时钟系统难以避免的时间固有误差和累计误差,无法满足智能电网对全网时间同步更高精度的要求,结合山西电网实际情况,提出基于北斗卫星导航系统的电网时间同步系统建设方案,并在智能变电站建设中得到具体应用,各项功能满足设计要求,可实现对全省发电、输电、配电网络的时间同步系统组网和集中监测维护,为电力系统提供安全、可靠的统一时间基准。     

一种双参数拓扑推测方法

针对采用单一性能参数推测网络拓扑结构算法的问题, 如有效性与网络负载有关以及测量节点性能参数时大多需要节点间时钟的同步等, 在现有的测量方法基础上, 提出了一种不需要节点间时钟同步可以测量端到端时延抖动和丢包相关性的紧接分组对序列测量方法, 同时设计了一种综合端到端时延抖动和丢包相关性的双参数拓扑推测算法, 该算法能够适应不同的网络负载环境。最后通过NS-2仿真实验验证了该算法的有效性和准确性。     

网络时间同步协议综述

时间同步技术广泛应用于工业自动化、精密测量与控制、军队指挥信息化系统等领域。IEEE 1588精密时间协议提供亚微秒级的网络时间同步，能够满足工业领域的高精度测量和控制需求。White Rabbit时间同步技术（WR）是基于同步以太网、IEEE 1588v2协议和全数字双混频鉴相器技术（DDMTD）的一种分布式时间同步方案，能够提供亚纳秒级的同步精度。SAE AS6802协议是一种高精度、可容错、具有开发潜力的时钟同步协议，可为时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet，TTE）提供所需精度的全局同步时钟。回顾了这三种时间同步技术的研究发展状况，并分析了其优缺点，展望了未来网络时间同步技术可能面临的挑战和发展趋势。     

基于DVB-RCS标准的MF-TDMA接入技术研究与应用

基于DVB-RCS标准的多频-时分多址（MF-TDMA）接入技术是宽带卫星通信系统中研究与应用的热点。对MF-TDMA接入技术的相关技术：TDM前向链路NCR网络时钟同步、突发帧设计、TDMA动态时隙规划等进行分析研究,并在项目中进行设计应用。