导言
跟着信息技能和微电子技能的迅猛发展，在电力体系、制造业、进程操控等范畴中呈现了越来越多的建立在网络环境下的分布式测控体系，时钟同步技能因而成为保证分布式体系功用的必要手法。IEEE 1588准确时钟同步协议(Precision Time Protocol，PTP)因为所具有的高精度(可完成亚微秒级时钟同步)、高可靠性以及根据以太网(UDP/IP)的同步方法，必将在分布式操控范畴得到广泛的运用。但是在现有条件下，IEEE 1588协议还远未发挥其运用的潜能。因为该协议界说的时钟同步网络中，需求运用价格很高的通明时钟交流机作为网络衔接设备。因而，IEEE 1588现在主要是在相似数字化变电站这样的重要设备中发挥作用。而关于大多数的分布式测控体系，假如都选用通明时钟交流机，必然导致体系本钱大幅度进步，因而在很大程度上约束了该协议的运用。
事实上，不同的分布式体系关于时钟精度的要求有很大不同，只要少数对丈量精度和操控功用要求很高的硬实时(Hard real time)体系才需求微秒级的时钟同步精度。以电力体系为例，IEC 61850规范界说了5个等级的时钟同步精度(T1～T5)，只要最高的T5要求同步精度为1μs。而现有的支撑IEEE 1588的微处理器器和物理层芯片，能够保证两个嵌入式智能电气设备(IED)的点对点同步精度到达微秒级。即便遭到网络传输推迟的影响，仍有或许完成T1～T4等级的同步精度。在未来的分布式测控体系中，也将会呈现越来越多的以嵌入式微操控器为中心的传感器、执行器和操控单元。因而，能够满意分布式体系中不同运用关于时钟同步要求的高性价比的技能计划，将具有十分广泛的运用价值。
为此，本文探讨了具有很多嵌入式设备的分布式体系中，在IEEE 1588时钟同步网络中选用一般交流机的运用计划。经过很多的试验数据来剖析IEEE 1588体系中运用一般交流机所导致的同步报文推迟关于时钟同步精度的影响，以及运用不同功用交流机的IEEE 1588体系所能够完成的时钟同步作用。本文的作业可认为IEEE 1588协议在分布式测控体系中的进一步推行遍及供给参阅根据。
1 IEEE 1588时钟同步机制
IEEE 1588协议的时钟同步机制规则，体系作业于主从形式，由主时钟(Master)向从时钟供给时钟基准。详细完成方法为：主时钟周期性发送同步报文(Sync)，从时钟根据收到Sync报文的时刻来核算该报文传输的时刻推迟以及主从时钟之间的差错，并调整本地时刻以坚持与主时钟共同。
IEEE 1588体系的主从时钟偏移丈量如图1所示，主从时钟差错的核算方法为：
offsetFromMaster=[(TS1-TM1)-(TM2-TS2)]/2
2 时钟同步测验体系
本文所运用的支撑IEEE 1588协议的IED操控器的硬件结构如图2所示。主控芯片选取的是装备以太网MAC层接口模块(MII)的ARM C0rtex —M3系列的STM32F107VC，与之相连的外设模块还有USB接口、串行口EEPROM和实时时钟等。PHY层以太网芯片选取的是DP83640，该芯片内装备有高精度IEEE 1588时钟，并配有硬件时标功用，能够在物理层为接纳/发送的报文打上时刻戳，因而能够消除由MAC层和IEEE 1588协议栈发生的延时和颤动，然后有用保证时钟同步的精度。
时钟同步测验体系的构成及试验设备别离如图3和图4所示。主时钟节点经过串行口接纳来自GPS授时模块的基准时刻信息，再经过一般交流机向从节点发送IEEE 1588协议的时钟同步报文。经过主、从节点所发生的秒脉冲的时刻差来查验该体系的时钟同步精度。
3 试验成果及剖析
本文的时钟同步测验试验分为两个环节：①由主时钟节点经过1000M以太网交流机与两个从节点相连;②主、从时钟别离经过100M和1000M交流机衔接。
在IEEE 1588体系中，同步报文发送周期越短，时钟同步精度越高，但跟着同步报文发送周期的减小，体系内网络流量随之添加，在实践运用中网络担负也会随之加剧，在运转中或许会下降体系时钟同步功用。因而，本文的试验都挑选主节点同步报文发送周期为2 s。
3.1 时钟同步测验数据
图5是试验1中两个从节点的时钟同步差错曲线(合计500次时钟同步)，表1是相关的试验数据计算。试验数据标明，在平等测验条件下，两个从节点都能完成亚微秒级的同步精度(秒脉冲平均差错约270 ns，最大差错均为450 ns)。
试验2的时钟同步差错曲线如图6所示，相关的试验数据计算如表2所列。试验数据标明，当两个从节点经过同一个交流机与主节点衔接，且没有其他网络流量时，选用100M以太网交流机的主从节点之间时钟同步平均差错约300纳秒，最大差错为500 ns，略低于1000M交流机的同步精度(平均差错273 ns，最大差错为450 ns)。
3.2 测验成果剖析
为了对时钟同步测验的成果进行进一步剖析，本文列出了以下数据进行比照：①两组试验测验成果的典型数据计算，别离如表1和表2所列;②试验2中运用100M和1000M以交流机得到的同步差错柱状图，如图7所示。
由表1和图5可见，在平等测验条件下(即两个从节点与主节点由同一个交流机衔接，且没有其他网络流量)，两个从节点的时钟同步作用根本相同，同步差错都能到达亚微秒级。由图6中的时钟同步差错曲线和图7中的同步差错柱状图比照可见，在没有其他网络流量的情况下，运用100M交流机和1000M交流机都能够完成亚微秒级的时钟同步精度，1000M交流机在同步精度方面略好于100M交流机。
本文所进行的时钟同步测验成果是根据以下网络条件进行的：①主从时钟节点之间经过简略的网络结构相连;②体系中没有其他网络流量。上述条件看似挨近抱负状况，但与实践的测控体系网络环境仍是很挨近的。其原因在于：①分布式测控体系中的传感器、操控器和执行器等IED节点一般都是经过拓扑结构简略的网络衔接的，即节点之间经过单级网络衔接设备(如交流机)就近衔接;②分布式体系的通讯网络中所传递的信息主要是各种丈量数据和操控指令，数据内容很少，所以网络流量也很小。因而，这些数据传输进程中的网络推迟颤动很小，经过交流机时不会发生拥塞，并且交流机内部因不同端口之间数据流量不同而导致的传输推迟不对称问题也可忽略不计。
综上所述，关于通讯网络拓扑结构相对简略(如节点之间选用单级交流机衔接)，且网络流量很小(一般只传输少数的丈量信息、操控指令等数据)的分布式测控体系，运用一般的以太网交流机也能够完成较高的时钟同步精度。本文的研讨成果可认为IEEE 1588协议在分布式测控体系中的进一步推行遍及供给参阅根据。
结语
探讨了通讯网络结构相对简略的分布式测控体系中，选用一般以太网交流机完成IEEE 1588时钟同步运用计划。经过很多的试验数据来剖析IEEE 1588体系中运用一般交流机所导致的同步报文推迟关于时钟同步精度的影响，以及运用不同功用交流机的IEEE 1588体系所能够完成的时钟同步作用。研讨成果标明，在主从时钟节点经过交流机直接衔接、以及网络流量很小的情况下，仍能够完成微秒级的时钟同步精度，由此验证了一般交流机的可行性。因而，本文的研讨作业可认为IEEE1588协议在分布式测控体系中的进一步推行遍及供给参阅根据。
