ptp對時設備在中國礦大的成功案例

2017年10月，集研發(fā)生產(chǎn)銷售為一體的西安同步電子生產(chǎn)的ptp對時設備在中國礦業(yè)大學已成功投入使用，已穩(wěn)定運行數(shù)月，設備運行穩(wěn)定，無一故障發(fā)生，已為該項目實現(xiàn)了必不可少的重要功能。

ptp對時設備簡介

1、ptp對時設備發(fā)展歷程

1.1 為解決局域網(wǎng)授時精度及傳輸距離的不足，美國一單位開發(fā)出網(wǎng)絡時間協(xié)議（NTP），以提高各設備之間的同步精度。后續(xù)NTP協(xié)議的授時精度可以達到μs 級，但是仍然不能滿足用戶所需的精度。為了解決測客戶對網(wǎng)絡定時同步的需要，1588同步時鐘標準誕生。

1.2 PTP同步時鐘協(xié)議的全稱是“精確時間同步協(xié)議”，是通用的提升網(wǎng)絡系統(tǒng)同步時間精度的規(guī)范協(xié)議，應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)。提供同步建立時間小于10μs的運用。

2、ptp對時設備的特點：

a.最早時候的網(wǎng)絡時間校時協(xié)議（NTP/SNTP）只有軟件校時，而1588時鐘既可以使用軟件，也可以硬件和軟件配合使用，獲得比較精準的時間信息；

b. GPIB總線校時沒有同步時鐘傳達，并且得依靠并行連接電纜和限制連接電纜長度不得超過5m來已確保延遲小于30μs；

c. ptp對時設備采用的是時間分布機制與時間調(diào)度兩種概方式，通過操作軟件與主時鐘保持時鐘同步，過程簡單傻瓜式操作，時間也比較精確。

ptp對時設備的應用

1、通過GPS 授時衛(wèi)星向客戶端提供標準世界時信號。然后將該時間作為PTP 時鐘源信號提供給ptp時鐘模塊，并將該模塊時鐘端口配置為主時鐘接口。由于過程層總線面向間隔配置，則需在網(wǎng)絡間隔之間加裝網(wǎng)絡交換機，并且在普通交換機上配置高精度的PTP從時鐘來解決使用網(wǎng)絡交換機所帶來的網(wǎng)絡時延，或者使用支持PTP協(xié)議的交換來提高精度。

2、在配置為邊界時鐘的PTP 網(wǎng)絡結構圖中，網(wǎng)絡交換機采用邊界時鐘，其內(nèi)部包含多個主時鐘、從時鐘端口和一個PTP 時鐘（所有端口共享）。對于相應的IEEE1588 主時鐘設備來說，網(wǎng)絡交換機相當于從時鐘；對于IEEE1588 從時鐘設備來說，網(wǎng)絡交換機又作為主時鐘。接在網(wǎng)絡交換機主時鐘端口的各個IED 的時鐘作為從時鐘同步于相應的網(wǎng)絡交換機PTP 時鐘。而該網(wǎng)絡交換機PTP時鐘又與上一級的網(wǎng)絡交換機PTP 時鐘對時。

3、當ptp主時鐘的精度下降或失效后，通過最佳主時鐘算法計算，對時網(wǎng)絡拓撲通過算法自動做出相應改變。 

測試了從衛(wèi)星到服務器系統(tǒng)時間之間的授時精度。對各階段的系統(tǒng)時延分析總結如下：

a）從衛(wèi)星天線到主時鐘的時間精度很高，在 100ns 以內(nèi)；

b) 主時鐘到服務器授時板卡之間的時延除了與網(wǎng)絡架構圖 6 20Hz 對時頻率下的數(shù)據(jù)曲線（以多級交換機）有關外，還與主時鐘及授時板卡的性能有一定關系，同時網(wǎng)線的傳輸性能也是需要考慮的因素，但此部分的試驗約在 500ns 以內(nèi)，對整個系統(tǒng)精度影響較小；

c) 授時板卡到服務器系統(tǒng)時間是整個對時網(wǎng)絡中時延較大的部分，此部分的對時精度不僅受主從時鐘對時頻率的影響，與服務器的性能也有很大的關系，試驗中選取了聯(lián)想和曙光兩種不同型號的服務器，發(fā)現(xiàn)兩者的試驗差異較大，初步分析是由于授時板卡與服務器自身的獨立磁盤冗余陣列均安裝在服務器的 PCI-E 插槽中，其工作機制所造成的差異。

不同服務器的同步精度有一定差異。一般情況下，當計算機本身時間頻率穩(wěn)定性較好時，采用較低的同步頻率，即可得到期望的同步精度，提高同步頻率對精度影響效果并不十分顯著。而當服務器本身時間頻率性不佳情況下，就會出現(xiàn)當同步頻率較低時同步精度很差，無法達到預期要求的情況。此時，提高同步頻率，會對同步精度有較明顯的提高。

方案證明基于 PTP 授時的時間同步精度可以滿足當前高時間精度的需求，但在具體實踐中發(fā)現(xiàn)，由于受到諸多因素的影響，時間同步精度在不同的服務器平臺上有一定的差異，這就需要根據(jù)系統(tǒng)的具體需求采取諸如提高對時頻率，選用更合適的網(wǎng)絡架構等多種措施解決同步精度問題。

時間是基本物理量，影響著國家高精尖領域的向前推進，以及國防建設的各個方面，因此值得我們繼續(xù)深入研究。

ptp對時設備特點

1) ptp對時設備適合用于分布式網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，同時提供單播消息協(xié)議技術支持。協(xié)議支持多種傳輸協(xié)議比如，網(wǎng)口、光纖等方式，協(xié)議采用短幀傳輸，且數(shù)據(jù)幀少，算法簡單，對網(wǎng)絡資源使用少，對計算性能要求低，適合于在各種高端低端設備上應用。

2) 無需布置或者組建時鐘系統(tǒng)專用的通訊網(wǎng)絡，通常的局域網(wǎng)就可以使用。降低組建同步系統(tǒng)的費用。

3) 在GPS時鐘相同的精度情況下，不需要為每個設備安裝GPS天線，只需要一個高精度的本地時鐘提供標準的時間源便可以，相對成本低。

4) ptp對時采用硬件與軟件相結合使用，并對有影響同步精度的部分進行有效矯正，以提供高精度的時間信息。

5) 獨立于具體的網(wǎng)絡技術，可采用多種傳輸協(xié)議。

6) ptp對時設備是一種主從時鐘設備的系統(tǒng),采用主從時鐘對時的方式，對時間信息進行嚴格的編碼，利用網(wǎng)絡的對稱性和網(wǎng)絡延時測量技術，從而實現(xiàn)主從時間的同步。

7) 在對時系統(tǒng)中的同步過程中，主時鐘將周期性發(fā)布1588時間同步協(xié)議及時間信息，從時鐘將在端口接收主時鐘發(fā)來的對時協(xié)議及時間信息，系統(tǒng)據(jù)此計算出主從線路時間延遲及主從時間差，并利用該時間差調(diào)整本地時間，使從設備時間保持與主設備時間一致的頻率與相位。