基于IEEE1588协议时钟同步精度影响因素的研究

随着分布式测试技术的快速发展,对地理位置分散的测试设备协同完成测试任务的需求也越来越大,而设备之间的时钟同步精度成为制约测试效果的关键因素;为了对时钟同步精度的影响因素进行研究,提出了基于IEEE1588协议的网络时钟同步实现方案;首先对IEEE1588基本原理进行分析,然后提出了IEEE1588协议的实现方案,最后搭建实验平台对影响同步精度的因素进行研究;研究结果表明,同步间隔和网络拓扑结构影响时钟同步精度的两个主要因素。     

不同机载测试网络环境对IEEE 1588时钟同步系统性能的影响分析

为深入研究不同机载测试网络环境对IEEE 1588时钟同步系统性能的影响,提出了使用正态分布曲线描绘时钟同步误差的方法。通过分析IEEE1588时钟同步系统的工作原理,决定采用硬件方式测量时钟同步误差分布,并利用统计学的分析方法,分析不同的机载测试网络环境对IEEE 1588时钟同步系统性能的影响。分析结果表明网络拓扑结构、网络节点负载和外部环境温度都对IEEE 1588时钟同步系统的性能有一定影响,其中网络拓扑结构的变化对IEEE1588时钟同步精度的影响比较大。这一研究成果对网络化机载测试系统的设计与使用具有一定的借鉴意义。     

基于STM32F407的时钟同步系统的实现

随着电力系统复杂程度的提高,智能化变电站对系统内各节点时钟同步精度的要求越来越高;IEEE1588 精确时钟同步协议的应用使得系统内时钟同步精度达到纳秒级别;文章对IEEE1588时钟同步的原理进行了分析,设计了基于STM32F407处理器的时钟同步系统;介绍了本地时钟向量调节与频率调节两种时钟调节方式;最后测试主从时钟同步精度,结果表明同步精度在200 ns以内,满足智能变电站对系统内时钟同步精度的要求。     

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60 ns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。     

基于PTP的多节点微震数据同步采集技术研究

为了同步微震监测系统中各分布式采集节点时钟和提高其精度,提出一种基于PTP(precision time protocol)时钟协议的微震数据同步采集设计方案。该方案将计算机时钟作为系统主时钟,以STM32为处理器,IP178CH为网卡驱动设计时钟分配器,并在其中植入PTP时钟协议,然后通过时钟分配器向网络中各采集节点周期性发送同步信号,最后通过时间偏差和网络延迟时间对每个节点的RTC时钟进行校准,使其与主时钟保持一致,从而实现了节点数据同步采集,其时钟同步精度达到了μs级。     

基于IEEE 1588的多基地声呐湿端时钟同步技术研究

多基地声呐技术将会在未来发挥越来越重要的作用;而基于以太网的声呐湿端数据采集与传输系统在多基地声呐应用中对时间同步技术提出了更高的要求和挑战;文章提出了基于IEEE1588 v2标准的精确时间同步协议方案,并用支持IEEE1588的以太网交换机和PHY芯片实现了多基地声呐设备间的同步;测试结果表明,同步精度达到了亚微秒级别。     

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。本文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。     

Linux下的PCIE同步时钟卡的设备驱动程序开发

为了给系统提供准确的同步时间,向各种自动化装置（如故障录波和数据采集等设备）提供高精度同步绝对时标,能够统一系统中各部分的时间基准,可以在系统发生故障后,为分析故障的情况及开关动作的先后次序提供有力的依据。因此设计了GPS 北斗双系统接收机制作而成的同步时钟源,可接收美国GPS（全球定位系统）卫星和我国北斗卫星发出的定位和时间信息。采用了当今计算机最新PCIE总线用来将计算机与时钟卡进行通讯,获取时间信息。介绍了Linux下PCIE同步时钟卡的驱动程序设计,简要分析了同步时钟卡的系统框架和工作原理,详细阐述了Linux下字符设备驱动开发流程,最后完成了Linux下PCIE设备驱动程序的开发和实现。通过实验验证了驱动程序的完备性和正确性,能够准确读取GPS或者是北斗系统接收机的时间信息。     

Linux下PCI同步时钟卡的驱动程序设计

为了解决在电力系统中存在的故障录波问题;能够向整个电力系统提供高精度的同步时标,统一整个系统的时间,为分析当系统发生故障后的故障发生地点提供有力的依据;为此设计了PCI同步时钟卡,该时钟卡可以接收GPS或者北斗卫星提供的时间信息;上位机采用PCI总线协议与时钟卡获取的数据进行交互;将电力系统发生行波故障时产生的峰值电压作为中断信号,在Linux下当中断信号到来时就读取同步时钟卡的时间信息以此判断故障发生的位置;为此详细介绍了Linux下字符设备开发与中断机制的实现。最后在Linux下编写PCI设备驱动程序,通过实验验证了在中断信号到来时,该设备能够准确的读取GPS或者北斗卫星发出的时间信息并且经过多次测试未发现中断丢失的情况,证明该驱动程序的正确性和可靠性。     

无线光链路快速同步技术

介绍了一种小型无线激光通信系统的硬件结构以及针对该硬件的物理层收发协议。具体阐述了该协议中采用的快速同步技术,该技术能够降低通信终端间同步过程中的带宽浪费。在硬件结构中,主要介绍了激光驱动系统、信号放大和整形系统以及信号接口。硬件相关的物理层协议主要用于外部信号接口、数据流的串行化和解串行化、传输错误在线检测以及传输调度。系统主要针对地基无线光通信设计,使用多相位采样技术在本地生成接收端的采样时钟,与基于PLL的时钟复原方法相比具有更快的同步速度,有效提高了无线光通信系统的带宽利用率,降低了通信误码率。     

IEEE1588v2时间同步技术在新一代电力骨干网中应用研究

针对传统的时钟同步方法已经无法适应新一代电力系统对时钟同步提出的更高要求,引入了一种能达到亚微秒级同步精度的1588v2时间同步技术,可以完全满足新一代电力系统中数字化变电站等电力二次终端设备高精度时间同步的要求;在对OTN和PTN进行同步技术分析的基础上,提出了基于OTN+PTN统一同步网络组网模型的应用场景,探讨了1588v2时钟信号在混合网络中的传递方式,并在现网中进行了时间同步性能测试验证,时间精度优于±100 ns;研究结果表明,基于1588v2时间同步技术的OTN+PTN组网模型能够满足电力系统业务的同步需求。     

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1 ms的数据,分析得到系统时钟误差维持在55 ns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。     

基于实时嵌入式系统的串口设备驱动技术研究

针对基于VxWorks嵌入式系统的设备驱动的设计与实现展开研究。在分析系统层次结构和设备驱动调用关系的基础上,对基于VxWorks嵌入式系统的设备驱动框架结构设计,提出了虚拟设备驱动层这一理念,虚拟设备驱动层处在I/O系统和真实驱动程序之间,通过虚拟设备驱动层来统一管理各真实硬件驱动,同时还管理着I/O系统和真实驱动程序之间的通信;通过给出的读写环形缓冲区解决了低速设备和处理器两者的速度同步问题,大大降低了系统开销,提高了驱动程序的性能;通过使用虚拟设备驱动层这一理念开发设备驱动在可靠性和实时性方面都能满足应用要求。     

化工装置多控制系统间时钟同步设计与应用

针对化工装置有DCS,SIS,CCS等多套控制系统的情况,采用GPS时间服务器,设计了一个通过SNTP协议完成多控制系统时钟同步的技术方案;介绍了GPS时间服务器的设置,DCS时间组的设置,CCS系统时钟同步软件的设置以及SIS系统时钟同步的两种设置方案;实现了不同装置多控制系统之间的全局时钟同步;保障了工艺参数趋势记录,SOE记录,工艺人员操作记录时间基准的一致性和准确性;有利于生产事故原因的查找与分析。     

一种NMR谱仪控制台软件系统的多层架构设计

提出了一种用于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）谱仪控制台软件系统的多层架构设计. 该设计在逻辑功能上将系统抽象为Linux硬件设备驱动、驱动接口、业务逻辑、网络传输和协议控制5层,每一层完成系统中特定的功能,并且独立维护. 这种采用分层的设计方式降低了系统的耦合性,简化了系统结构; 并且能多层同时开发,提高了编程效率,缩短了开发周期. 严格测试后,该软件系统与实验室自主研发的硬件联合调试,运行良好,能够长期稳定的进行实验操作,满足设计要求.     

数字BPM时钟锁相电路的设计与实现

为实现数字BPM时钟系统的锁相,设计了一种基于锁相环同步原理的低抖动、低相位噪声的时钟同步系统。根据锁相环电路工作原理,对数字BPM时钟同步系统的硬件及固件程序进行了设计,实现了外部输入时钟信号与系统内部产生的主工作时钟信号的锁相,并且时钟信号输出的频率及相位均可调整以满足后端ADC采样的要求。测试结果表明,设计可以完成对一定频率范围内变化的外部输入时钟信号的锁相,输出时钟信号抖动满足束流实验要求,为数字BPM后续算法研究提供了基础。     

基于PCI-E总线的北斗导航授时卡Linux驱动设计

为提高Linux系统时间的精确度,设计了PCI-Express接口的北斗授时卡以及驱动程序。简要介绍了授时卡硬件和Linux系统设备驱动程序设计,包括驱动的编译、加载,同时利用图形界面开发工具GTK 编写授时测试软件。试验结果证明：在Ubuntu kylin系统平台下授时测试软件运行稳定、界面简洁,且授时精度达到100纳秒。     

基于精确时间协议的HL-2M装置定时同步网络研究

基于 HL-2M 装置对时序精度的要求,参考 ITER 的设计方案,设计了基于精确时间协议(PTP)的 HL-2M 分布式时间通讯网络,使 HL-2M 装置的时钟同步和事件触发的精度从微秒级提高到亚微秒级,最终优于 100ns。     

无线传感器网络的分布扩散时钟自同步协议研究

针对大规模无线传感器网络同步协议的精度较低、可扩展性差的问题,提出一种分布式扩散时钟自同步协议(DDCSS);DDCSS是一个局部、并行执行的协议,基于分布式扩散的思想,以节点能量、分布和平均传输时延为依据,每轮动态地选取执行局部扩散的一组主节点和扩散节点,把主节点域内的节点平均时钟扩散有限的跳数,周围节点以接收的所有主节点域平均时钟取平均更新本地时钟,采用互扩散的方法使节点时钟近似同步到网络节点的平均时钟上,从而实现全网的时间同步;与RBS、TPSN协议相比较,该协议收敛速度较快,另外消除了误差累积,同步误差较低,扩展性较好。     

基于硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发

在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学Norbert Lütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.