跟着核算机和互联网的迅速开展，依据网络的散布式运用越来越遍及。为了确保散布式网络化的终端能够完成准确的数据收集、运转操控等实时性使命，需求整个体系具有一致的参阅时刻，而且应该使一切散布式终端的本地时钟与该体系时刻坚持同步。越来越多的工业丈量和操控体系对时钟同步的精度要求也越来越高，尤其是在大多数以工业以太网为根底的操控体系中，现已对时钟同步提出了奇妙级的同步要求。特别是在散布式操控体系中，考虑到实时性的调度和操控，对时刻一致的要求就更为严厉。传统的时刻同步技能网络时刻协议(Network time protocol，NTP)现已无法满意这种精度要求，比方对时钟同步精度要求十分严苛的TDSCDMA网络就选用GPS卫星信号进行授时，尽管精度能够确保，可是GPS体系造价贵重、装置杂乱、兼容性差的缺陷使得运营商不得不考虑其代替计划。
为了彻底解决散布式网络化测控体系的实时性问题，许多研讨机构和测控公司纷繁投入人力、物力进行这方面的研讨与试验。美国电气和电子工程师协会(IEEE)开发并发布了“网络丈量和操控体系的精细时钟同步协议规范(Precision cloek synchronization Drotocol for networked measurement and control systems)”，即IEEE1588协议，简称为准确时刻同步协议(Precision Time Protocol，PTP)。IEEE15 88协议的开展和成熟供给了一种低成本高精度的网络时钟同步解决计划。IEEE1588界说了一种用于由网络通讯、本地核算和散布式目标等技能完成的现代丈量和操控体系的准确时钟同步协议。该协议支撑体系规模的时钟同步，即能够用于广域的以太网中，也可用于支撑多点欢迎的局域网中，能够完成亚奇妙级的时刻同步精度。IEEE1588协议选用了发布者和接纳者的P/S形式，主时钟担任时刻发布者的人物，从时钟担任接受者的人物。IEEE1588准确时钟同步算法因为其高同步精度、低成本完成、便利装置与保护等优越性，在供电办理、工业操控、测验和丈量、网络通信等邻域得到了广泛的运用。
1 IEEE1588同步原理
IEEE1588经过交流报文来确认主时钟Master和从时钟Slave之间的时刻差错及报文传输的网络推迟。首要，主时钟节点Master端周期性的发送同步报文(Sync音讯)给从时钟Slave端，Sync音讯中包括其脱离主时钟时的时刻t1，假如选用两步机制，则将同步包文时刻戳t1打包到跟从报文(Follow Up音讯)，紧接着发送Follow Up音讯。Slave接纳后记载该音讯抵达时刻戳t2;从时钟发Delay_Req音讯给主时钟，并记载Delay_Req的脱离时刻t3;主时钟记载Delay_Req抵达时刻t4，并经过Delay_Resp把t4发回给从时钟Slave。从时钟Slave依据时刻戳t1，t2，t3，t4来核算主从时钟的时刻差错及传输的网络推迟，并用时刻差错调整本身时钟，直到与主时钟同步，如图1所示。
这儿咱们把主从时钟的时刻差错记作△toffset，而发送同步报文Sync音讯传输需求的时刻记作△tdelay12，发送Delay_Req音讯传输需求的时刻记作△tdelay34，则它们有公式(1)联系。
从原理中能够看出传输的网络推迟严峻影响时钟同步精度。传输的网络推迟包括协议栈、存贮转发及物理网络上的传输时延。物理网络所产生的线路延时一般是安稳的，而协议栈及存贮转发在运转过程中因为受不确认要素影响会产生较大的颤动，这对同步的精度有较大的影响。为此IEEE1588协议提出了一种依据软件和硬件相结合的时刻同步办法，将时刻戳的符号点下移到MAC层和PHY层之间，即图2中的A点，下降协议栈及事务流量对同步时刻的影响，使同步过程中的首要延时为物理层延时，现在现已有许多Switch芯片、PHY芯片都支撑硬件打时刻戳。
2 时钟同步算法的改善
只有当网络双向传输是彻底对称的，即△tdelay=△tdelay12=△tdelay34时，才能够确保同步的准确性。但在实践中的网络体系中这只能是一种抱负状况，在网络上有较大负载的状况下，这种假定很难确保。为了有用减小长途结尾的串扰，现在运用网络电缆在规划时就选用了一些非对称的规划，而许多收发器选用的也是不对称的传送和接纳途径。在这种状况下，网络负载越大，不同传输方向上推迟Delay越不行能持平，这样就会使核算出的延时与实践的主从延时相差较大。别的，假如主时钟和从时钟运用的收发器的时刻特性不同，这种不对称性将是无法补偿的，然后严峻影响时钟同步精度。实践中的网络传输推迟肯定是非对称的，依据IEEE1588的规则，上文中给出的核算网络推迟的式(3)可在必要时作出修正，以满意实践状况的需求。
针对网络传输途径的不对称性，以及发送同步报文Sync音讯传输需求的时刻△tdelay12和发送Delay_Req音讯传输需求的时刻△tdelay34具有不同的更新周期，能够考虑一种依据加权平衡的同步改善算法，所以若将网络推迟△tdelay取为△tdelay12和△tdelay34的加权平均值，则可具有较好的准确度。无妨符号传输的网络推迟△tdelay34为网络推迟△tdelay12的w倍(w的丈量核算不在本文评论，文献给出了详细的完成办法)
在时刻源安稳运转下，主从时钟间的时刻差错△toffset丈量值在统计学理论上契合正态散布，或许散布近似高斯散布。依据IEEE1588规范同步算法核算得出的时刻差错丈量值△toffsset，若简略以为便是主从时钟间的相位差而直接进行相位的调整，因为时刻差错△toffset契合正态散布，则会出现从时钟相位的正负矢量方向上的无间歇运动，时钟的运转将很不安稳，不光起不到适中同步的作用，反而可能使体系的时刻产生严峻的紊乱。故在完成准确时刻同步算法的时刻同步体系中，因为网络延时等不行确认要素的影响，核算得出的主从时钟差错丈量值与理论值存在必定差错，为进一步进步时刻同步精度，一般运用统计学办法核算很多主从时钟差错样本的算术平均值，无限迫临主从相位差错的数学期望值，即式(7)。缺乏的是当收集到的△toffset丈量值不行抱负时，核算出的算术平均值可能会远离其期望值，或许在主时钟源时刻产生跳变时，一般的调相操作可能会使得从时钟相位产生较大位移，下降同步精度和体系的安稳性。
