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近日，我公司生產(chǎn)的嵌入式PTP時鐘模塊在蘇州銀行成功投運

嵌入式PTP時鐘模塊（IEEE1588校時系統(tǒng),PTP網(wǎng)絡(luò)同步,PTP授時模塊）功能概述

    上海銳呈電氣有限公司研發(fā)生產(chǎn)的嵌入式PTP時鐘模塊采用“北斗+GPS”構(gòu)成雙導(dǎo)航的時間同步重要時鐘源，利用嵌入式實時軟硬件技術(shù)，提供準(zhǔn)確和種類豐富的時間同步信息。采用基于硬件的時間標(biāo)記，提供高水平的時間和頻率精度。全面支持新IEEE 1588v2網(wǎng)絡(luò)授時協(xié)議，時間精度優(yōu)于8ns，以保證高標(biāo)準(zhǔn)的時間運行。系統(tǒng)通過接收多種時鐘源的信號，對時間信息及其信號質(zhì)量進行自適應(yīng)分析處理，再將優(yōu)化后的時間同步信息轉(zhuǎn)換為不同類型的對時信號，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到站內(nèi)的各類對時設(shè)備，以使得全站的設(shè)備實現(xiàn)準(zhǔn)確時鐘同步。在外部時鐘源丟失后，系統(tǒng)還能進入準(zhǔn)確自守時狀態(tài)，保證對外輸出信號不丟失，并維持*的準(zhǔn)確度。

    IEEE 1588 協(xié)議的高精度對時主要通過對偏移和延時進行準(zhǔn)確的測量來保證別的時間運行，并且根據(jù)各節(jié)點上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時間）的可追溯性等特性，由優(yōu)化主時鐘算法來自動選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時鐘。在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是時鐘。每個系統(tǒng)只有一個時鐘，且每個子網(wǎng)內(nèi)只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步。

    產(chǎn)品具有多種輸入輸出接口，可作為主鐘、從鐘、邊界時鐘，以滿足現(xiàn)場的各種需求，并在業(yè)內(nèi)使用千兆IEEE 1588授時接口，可廣泛運用于電力系統(tǒng)35kV、110kV、220kV、500kV 及以上變電站（所）、發(fā)電廠，為無線以太網(wǎng)回程、電路仿真業(yè)務(wù)、無源光網(wǎng)絡(luò)以及電力系統(tǒng)二次設(shè)備和自動化裝置等提供時間信息及同步信號，如：調(diào)度自動化系統(tǒng)、微機繼電保護裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、遠(yuǎn)動裝置、計算機數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、雷電定位系統(tǒng)、智能電子設(shè)備IED等。

嵌入式PTP時鐘模塊關(guān)鍵技術(shù)與特點

1） IEEE 1588 精密對時

    IEEE 1588 協(xié)議的時鐘同步過程與NTP/SNTP 協(xié)議基本一致，區(qū)別在于同步報文SYNC 包含該報文離開主時鐘的時間的估計值，而同步報文離開主時鐘的準(zhǔn)確值將由主時鐘通過硬件或軟件進行記錄，以消除網(wǎng)絡(luò)協(xié)議堆棧和操作系統(tǒng)的影響。IEEE 1588協(xié)議中獲取時間標(biāo)簽的位置可以多樣，時間標(biāo)簽的準(zhǔn)確性直接決定了時鐘同步的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確的方法是使用硬件檢測同步報文幀（接近物理層），當(dāng)入口幀和出口幀經(jīng)過媒體獨立接口時，可以容易地將其捕獲和解碼，實現(xiàn)高精度授時。

2） 獨立千兆網(wǎng)口

    裝置具備多至4個帶硬件支持的IEEE 1588 10/100/1000 BASE-T（RJ-45）千兆網(wǎng)口，千兆網(wǎng)口的使用可使網(wǎng)段隔離，也可以實現(xiàn)網(wǎng)口冗余，更能實現(xiàn)8ns時間戳精度。

3） 支持IEEE 1588v2, NTP, SNTP多種網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議

    裝置支持NTP（Network Time Protocol），目前使用的標(biāo)準(zhǔn)是RFC1305（NTPv3）。SNTP為NTP的簡化版，標(biāo)準(zhǔn)為RFC2030（SNTPv4）。NTP主要用來同步網(wǎng)絡(luò)上的主機和路由器的時間。它的精度在廣域網(wǎng)上為數(shù)十毫秒，在局域網(wǎng)上則為微秒級甚至更高。

    裝置采用IEEE 1588精密對時協(xié)議，IEEE 1588 PTP協(xié)議借鑒了NTP技術(shù)，具有容易配置、快速收斂以及對網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點。它的主要原理是通過一個同步信號周期性地對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的時鐘進行同步校正，使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達到準(zhǔn)確同步，IEEE 1588 PTP時鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

    PTP 協(xié)議定義了若干種多點傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文（Sync）、跟隨報文（Follow_up）、延遲請求報文（Delay_Req）、延遲應(yīng)答報文（Delay_Resp）等等。同步報文是從主時鐘周期性發(fā)出的（一般為每兩秒一次），它包含了主時鐘算法所需的時鐘屬性。總的來說，同步報文包含了一個時間戳，準(zhǔn)確地描述了數(shù)據(jù)包發(fā)出的預(yù)計時間。PTP協(xié)議基于同步數(shù)據(jù)包被傳播和接收時的準(zhǔn)確的匹配時間，每個從時鐘通過與主時鐘交換同步報文而與主時鐘達到同步。這個同步過程分為偏移測量階段和延遲LACEH測量階段。對時間信息進行編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時測量技術(shù)，實現(xiàn)主從時鐘的同步，PTP的關(guān)鍵在于延時測量。IEEE 1588v2的優(yōu)點主要有支持時間和頻率同步，同步精度高，可達納秒級。

4） 基于多重誤差補償算法的高穩(wěn)PPS產(chǎn)生電路

    作為時間同步源的輸入信號，如GPS 信號、北斗信號及B 碼信號，自身發(fā)出的同步信息（通常為1PPS），可能因為故障或者本身的誤差等原因，而存在一定的波動，使其準(zhǔn)確度受到影響。裝置采用多重誤差補償算法，對輸入的有效同步源的同步信號進行數(shù)據(jù)的篩查和量化誤差補償，剔除錯誤信息，減小和消除同步源本身的粒度誤差，提高同步信號的準(zhǔn)確度，再利用此同步信號產(chǎn)生高穩(wěn)定度的本地1PPS，提高了裝置的準(zhǔn)確度和可靠性。

5） 多端口延時補償技術(shù)

    當(dāng)裝置根據(jù)外部基準(zhǔn)源同步本地PPS時，必然產(chǎn)生內(nèi)部延時，而針對這個產(chǎn)生的延時，本機延時補償技術(shù)能夠使裝置內(nèi)部PPS 外部時鐘源的秒沿，在PPS 經(jīng)過裝置處理后達到與外部時鐘源同步。

    其次，對于每個輸出通道都能單獨配置延時補償。通常一臺時間同步系統(tǒng)裝置可同時通過不同的端口進行對時，例如，串口RS232、RS485、光口、電口、網(wǎng)口等，每個不同的端口都有不同的延時。因此，對于每種端口進行不同的延時補償可以使不同端口輸出的信號都能與外部時鐘源同步。

    本裝置的多端口超前延時補償技術(shù)根據(jù)裝置內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的PPS 和各種不同通道輸出的信號配置進行不同的超前延時補償，使裝置全面達到與外部時鐘源同步，增強了裝置的實時性和穩(wěn)定性。

6） 高精度守時時鐘

    采用銣原子鐘或OCXO實現(xiàn)高精度自守時，銣原子鐘守時精度優(yōu)于2μs/天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于55μs/小時的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用現(xiàn)代閉環(huán)控制守時理論和卡爾曼數(shù)字濾波技術(shù)，利用外部時間基準(zhǔn)對銣鐘或OCXO進行控制和馴服。系統(tǒng)輸出的1PPS信號由內(nèi)部頻率源分頻得到，并同步于外部時間基準(zhǔn)輸出的1PPS 信號的長期平均值，克服了由于外部時間基準(zhǔn)源的秒脈沖信號跳變所帶來的影響，使輸出的時間同步信號具有很高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，時間準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.1μs，真正復(fù)現(xiàn)了“UTC 時間基準(zhǔn)”。

7） 采用冗余結(jié)構(gòu)

    支持雙GPS 冗余對時、GPS 與北斗冗余對時以及IRIG-B 熱備，且配置有高精度守時時鐘。

    主時鐘裝置可同時接入GPS+GPS或GPS+北斗以及2路IRIG-B碼外同步信號，互為熱備用。擴展裝置可同時接入2路IRIG-B碼外同步信號，互為熱備用。主時鐘和擴展裝置都采用了冗余化設(shè)計，保證了時間同步系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

8） 可調(diào)節(jié)的傳輸延時補償方式

裝置采用了可調(diào)節(jié)的傳輸延時補償方式，彌補了傳統(tǒng)時間同步系統(tǒng)的缺陷，可靈活實現(xiàn)輸出信號1秒以內(nèi)的超前或者滯后的任意延時補償，補償分辨率達10ns，可實現(xiàn)與主鐘的時間同步，即達到零延遲，是真正復(fù)現(xiàn)的時間信號。

上海銳呈電氣有限公司是研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)嵌入式PTP時鐘模塊的單位，產(chǎn)品系列化、系統(tǒng)化，實現(xiàn)了從設(shè)計、選型、安裝調(diào)試等一站式服務(wù)。更詳細(xì)介紹，請參閱