基于IEEE1588協(xié)議的精確時鐘同步算法改進

通常來講，可以把主時鐘源認為是運行極其穩(wěn)定的系統(tǒng)，但時鐘系統(tǒng)都會有參數(shù)調(diào)整，比如在閏秒操作，就會造成主時鐘源“輕微”的時間跳躍。所以，授時的主時鐘信號是可能存在跳變的非穩(wěn)定基準信號。由于無法確定過于偏離期望值的數(shù)據(jù)是變質(zhì)的樣本還是參數(shù)調(diào)整后可能更優(yōu)的信號，倘若把參數(shù)調(diào)整后更優(yōu)的“標準”信號簡單舍棄，將造成從時鐘系統(tǒng)向主時鐘信號同步鎖定的滯后。而快速向其靠攏顯然也是不恰當?shù)?，因為這樣將可能使得從時鐘的相位發(fā)生較大的位移，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。時間同步操作時正確的做法應是逐漸信任并逐漸靠攏。這里考慮用方差閾值濾波的方法，只有當N個的方差D(公式8)小于方差閾值DThreshold，則第N個時間偏差△tdelay[N]才被接受，進入下一個循環(huán)計算。為了加快算法收斂速度同時又保證穩(wěn)定性，可根據(jù)算法狀態(tài)調(diào)整時間窗N的大小，在初始時算法還未進入穩(wěn)定狀態(tài)，設置為較小值，調(diào)整時間窗為N/2，這樣既保證了在從時鐘與主時鐘偏差較大時，算法能很快做出響應，盡快收斂，同時又保證在從時鐘與主時鐘同步穩(wěn)定時，不用頻繁調(diào)整從時鐘。

3 時鐘同步性能測試

Alcatel-Lucent 1850業(yè)務傳輸平臺TSS5R是一款簡潔，模塊化的包交換光傳輸PTN系統(tǒng)，支持IEEE1588時鐘同步。2012年TSS5R通過了中國移動PTN測試，TSS5R時鐘同步性能表現(xiàn)穩(wěn)定。在實驗室里，我們將兩個TSS5R網(wǎng)元背靠背光纖連接來測試時間同步。測試設備連接如圖3，時間測量儀TimeAcc接收GPS信號，同時輸出1PPS+TOD信號給TSS5R主時鐘Master網(wǎng)元，輸出10 MHz頻率參考信號給綜合測試儀HP37718，而綜合測試儀HP37718則提供2 MHz的頻率信號給主時鐘Master網(wǎng)元。從時鐘Slave網(wǎng)元與主時鐘Master網(wǎng)元利用SYNCE相位調(diào)頻，保持主從時鐘的頻率同步，利用IEEE1588進行時間同步，同時從時鐘Slave網(wǎng)元輸出1PPS+TOD到時間測量儀TimeAcc，在時間同步算法收斂穩(wěn)定后做了長時間的時間性能監(jiān)控試驗，測試的時間性能如圖4，實驗結果表明時鐘同步具有穩(wěn)定的性能，在主從同步穩(wěn)定后，時間偏差達到亞微妙級別。

4 結束語

本文在深入研究IEEE1588精確時間同步原理的基礎上，給出一種改進的時間同步方法，該改進的時鐘同步算法使時鐘同步性能更穩(wěn)定更抗干擾。該改進算法被應用在AIcatel-Lucent包交換光傳輸TSS5R系統(tǒng)中，并通過了中國移動基于分組網(wǎng)絡的分組時間同步特性測試。實驗結果表明TSS5R系統(tǒng)IEEE1588時鐘同步具有穩(wěn)定的性能，同步精度達到亞微秒級，可滿足PTN產(chǎn)品高精度時鐘同步的要求。