精确时钟同步系统原理及在民航空管系统中的应用探讨

由于民航空中交通管理模式的变革,精确时钟同步对于保障民航的飞行安全具有非常重要的意义。本文将在对精确时钟同步系统原理进行简要阐述后,结合民航空管系统时钟系统建设和应用的实例,探讨精确时钟同步系统在民航空管空管的应用和意义。     

IEEE1588时钟同步技术在飞行试验遥测网络系统中的应用

随着遥测网络系统在飞行试验遥测传输领域的发展,尤其是INET概念的提出,利用无线网络传输数据已成为飞行试验遥测发展的新方向;网络化的测试、遥测系统,对时钟同步有着很高的要求,选择合适的时钟同步协议,满足通信过程中对时间一致性的要求,成为新一代遥测网络系统的一项关键技术;以无线网实现飞行试验数据传输为基础,探讨了几种时钟同步技术在无线网传输环境下应用的优缺点,并着重研究了IEEE1588时钟同步协议的实现原理及其在遥测网络系统中实现时钟同步的方法.     

基于分布式系统实现时钟同步的统计平均算法

讨论了分布式系统中时钟同步的系统模型,远端时钟读取方法以及双向通信传输过程,给出了3种不同的时钟同步方案,同时,对基于多次同步消息的冗余传输,提出了新的基于统计平均的时钟同步算法。通过多步时间传输协议,在较短同步周期内对时钟进行同步。     

分布式控制系统精确时钟同步技术

为了克服传统的分布式测量和控制系统存在的诸多缺点,提出了传输和同步系统时钟的新方案.该方案采用IEEE 1588精确时钟同步协议以及在控制系统中广泛应用的以太网来实现.实现过程中,由硬件辅助生成时间戳,保证了系统对主从时钟的偏移时间和报文传输的延迟时间的测量、计算和精确控制.测试结果表明,从时钟的同步精度能够满足系统的应用需求,减少了测控系统中的专用时钟线缆的连接数,对类似的时钟同步需求具有很好的推广应用价值.     

无线传感器网络整合时钟同步方案

针对多数无线传感器网络时钟同步方案存在的仅纠正时钟偏移问题,提出一种新的解决方案,整合时钟偏移同步和时钟速率同步,通过3个连续的消息传输实现单跳同步,采用分层的生成树实现多跳同步。仿真实验结果表明,与现有的同步方案比较,该方案的同步错误更小,能够获得更长的再同步周期。     

基于卡尔曼滤波的网络精确时钟同步研究

在网络化分布式测试与控制系统中,时钟同步是一项重要的课题研究指标.在基于IEEE 1588协议主从时钟的时钟同步中,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.提出了基于卡尔曼滤波的时钟同步方法,该方法不仅能对主从节点之间的时钟漂移进行估计、优化时钟模型,还能实现对时钟偏差的估计,消除传输网络中的干扰.实验结果表明,在时钟同步中引入卡尔曼滤波算法能显著提高时钟同步精度.     

LVDS高速数据传输设计及其在SAR处理机中的应用

针对LVDS高速数据传输,本文分析并比较了三种有效的传输方案。结合这些方案的特点和合成孔径雷达成像的需求,本文实现了使用高速时钟采样进行同步接收的LVDS传输方案。该方案有效地解决了在LVDS传输中时钟不连续,没有数传控制信号,和传输数据没有特定帧结构用于数据同步的问题。文中使用FPGA实现了该方案并完成了传输试验。结果表明,该传输系统在3m长的传输距离上可稳定地传输100MBps的数字信号。     

长缆传输中的极性兼容编解码系统设计

以井下长缆数据传输为研究对象,设计了以曼切斯特编码构成的传输系统。利用FPGA器件设计编解码器,系统中的编码头兼具同步与极性识别的特征,时钟管理系统为解码提供了重要的时钟信号,充分利用FPGA自身资源,以高速计数器的使用实现同步时钟信号的恢复并生成解码时的采样信号。通过变压器增强驱动能力实现电气隔离。在数千米的长缆传输中,整体系统的信号传输质量得以提高,布线过程更加便利。     

LVDS高速数据传输设计及其在SAR处理机中的应用

针对LVDS高速数据传输,本文分析并比较了三种有效的传输方案.结合这些方案的特点和合成孔径雷达成像的需求,本文实现了使用高速时钟采样进行同步接收的LVDS传输方案.该方案有效地解决了在LVDS传输中时钟不连续,没有数传控制信号,和传输数据没有特定帧结构用于数据同步的问题.文中使用FPGA实现了该方案并完成了传输试验.结果表明,该传输系统在3m长的传输距离上可稳定地传输100MBps的数字信号.     

IEEE1588精确时钟同步协议从时钟设计

时钟漂移与传输延时的不确定性是分布式系统时钟同步中不容忽视的问题,它直接影响同步精度。分析了IEEE 1588精确时钟同步协议的同步机制,设计了从时钟的硬件结构,提出了结合数据滤波和锁相环PI调节的高精度时钟同步算法。     

基于UDP的网络视频传输与同步的研究

视频在网络传输过程中常常由于UDP本身不可靠的性质造成数据包丢失的问题。为了解决这一问题,本文针对基于UDP的网络视频传输与同步展开了研究。首先本文介绍了传输层UDP协议的基本原理;其次,针对网络视频传输对于实时性和连续性等方面的要求本文提出了一种网络视频数据的传输模型;然后,为了解决在互联网中由于传输的延迟随机性所导致的数据同步问题,本文提出了一种时间戳来解决视频同步问题的方法,在视频数据的发送端,通过为数据传输设定一个参考时钟,在实际生成数据流时根据参考时钟上的时间将数据块与时间戳绑定;在视频数据的接收端,通过读取数据块中的时间戳值,并参考当前参考时钟上的时间来进行视频数据帧重组从而解决了视频数据传输不同步的问题．．     

无线自组织网络时钟同步系统设计研究

根据在时钟同步方面(Wireless Sensor Network,WSN)无线传感器网络和自组织网络具有的相似属性,WSN时钟同步方法可以运用到自组织网络当中。由于影响时钟同步的要素很多,存在抗干扰性弱、同步精度差等问题。根据主从同步的特点,运用脉冲位置测量法,无线传感器与网络时钟之间的关系,构建出一套相对完整的无线自组织网络时钟同步系统,并通过实验成功实现网络时钟数据的同步。     

低开销的星型结构无线传感器网络同步技术

通过分析TPSN同步协议和星型网络结构的特征,针对无线传感器网络低功耗的特点及其对时钟同步算法精度的要求,提出了一种广播式TPSN同步协议和节点本地时钟自校正相结合的方法.实验结果表明,本方法在保证同步精度的同时可以延长同步周期,大幅减少网络同步分组数量,显著降低了同步开销,节约了能耗.     

Markov链群一致性的水下传感器网络时钟同步算法

现有UWSNs时钟同步算法大多数同步信息交换都是采用节点对节点之间的方式进行频繁的数据交换,却忽略了节点本身通信范围内的邻居节点收到的同步信息,所以存在同步通信能耗大、同步效率低等问题,进而影响网络时钟同步的精度.因此,在分析UWSNs多目标优化网络拓扑演化过程对时钟同步的影响的基础上,在不过多地增加网络平均发射半径和通信能耗的情况下,利用群一致性、Markov链等理论,建立同步周期调节机制与时钟同步模型;然后,利用线性回归拟合方法,建立簇间同步和簇内同步机制,设计出精度好、效率高的UWSNs时钟同步算法;最后,采用仿真形式验证了该算法的相关性能.     

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。     

虚拟时钟指数逼近的无线传感器网络时钟同步协议

提出了一个基于虚拟时钟指数逼近的无线传感器网络时钟同步协议,采用一个虚拟时钟作为全网同步的基础,从而实现全网同步。由于采用虚拟时钟,使得各节点进入网络时有了统一的标准,对时钟扭曲和偏移采用指数逼近的方法,在相差较大时调整快,提高了同步效率。仿真数据证明,本协议能有效地提高同步效率,并适应于不同的网络拓扑。     

An Accurate and Scalable Clock Synchronization Protocol for IEEE 802.11-Based Multihop Ad Hoc Networks

This paper studies the fundamental problem of clock synchronization in IEEE 802.11-based multihop ad hoc networks. Clock synchronization is important for power saving, network throughput, and efficiency of many protocols in an IEEE 802.11-based mobile ad hoc network. The scalability problem of 802.11 timing synchronization has been studied extensively in single hop ad hoc networks, and good solutions are available. These solutions, however, do not perform well in a multihop environment. A few multihop solutions for clock synchronization have been proposed recently, but the performances are still not very good. The maximum clock offset is still more than 200 mus for these protocols. This paper proposes an adaptive protocol through beacon transmission prioritization, frequency adjustment, and construction of dominating set. The frequency adjustment is proved to be bounded. Simulation studies show that the proposed protocol is able to limit the maximum clock offset to under 50 mus after protocol stabilization. The improvement is more than 400 percent over the current solutions. The proposed protocol also shows great long-term stability, and it handles mobility very well.     

面向单向延迟测量的时钟同步技术研究

为测量网络传输中的单向延迟等性能参数以准确提供和分析网络的性能状况,时钟同步的精度要求已非时钟同步协议(NTP)所能完成。该文对近年来出现的各种针对此问题的时钟同步技术研究和实现展开综述性陈述,并在此基础上提出Altair&Vega(A&V)方法。该方法修正了Moon方法中理论推导的欠妥之处,建立两主机之间同步模型,能提供高精度的相对时钟偏移修正。     

一种处于任意时延非线性动态网络中的时钟振荡器快速平均同步算法

研究了处于任意时延非线性动态网络中的时钟振荡器的同步问题. 首先, 提出了一种基于一致性控制策略的动态同步算法, 即快速平均同步算法(FASA)来找到同步解. 该算法能够补偿时钟节点间的时钟偏移和时钟偏差, 使得和以前的同步方法比较后在较短的时间内实现时钟节点的同步. 其次, 由于FASA的动态特性, 我们从具有任意时延的分割动态系统角度来刻画这个算法. 该算法保证在动态网络中的所有时钟节点收敛到李亚普诺夫稳定平衡点. 最后, 数值仿真和实验结果证明了FASA的正确性和有效性, 这意味着时钟节点能达到全局一致, 并且使同步误差精度达到纳秒级别.     

高速网络测量系统时钟同步的研究与分析

在监测网络流量行为中，时钟同步是提供准确的网络测度测量值的前提保证．单向延迟等网络性能测度至少需要毫秒级的同步精度。然而，在高速、大规模、分布式的网络环境下，高速的网络流量影响了系统的时钟响应信号，使得原本是线性模型的相对时钟偏移模型受到影响，这一影响使得即便使用NTP或者GPS，都无法很好地解决时钟同步问题．本文以一个分布式的抽样测量监刚乐境PERME和CERNET地区网主干为依托，详细分析和讨论了高速IP网络中的时钟偏移问题．通过大量真实的实验数据时高速网络中的时钟同步问题进行了研究和分析．同时，对如何解决实验中出现的模型的非线性问题指出了自己的见解．