一種高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及時(shí)間應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中的一種高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法。本發(fā)明包括：在授時(shí)端完成授時(shí)信號(hào)的發(fā)送；在受時(shí)端得到授時(shí)端發(fā)送的同步信號(hào)；由本地晶振分頻計(jì)數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)周期和脈寬的本地同步脈沖；利用授時(shí)端同步信號(hào)觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)令計(jì)數(shù)器進(jìn)行強(qiáng)制清零并重新計(jì)數(shù)。本發(fā)明提供的以太網(wǎng)對(duì)時(shí)方法是利用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的差分特性，利用網(wǎng)絡(luò)變壓器的中間抽頭傳輸同步信號(hào)，與其他方法相比，對(duì)時(shí)幾乎不占用數(shù)據(jù)帶寬，而且由于同步建立不需要經(jīng)歷往返的數(shù)據(jù)包傳輸延遲，從而縮短了同步建立的時(shí)間。
【專利說明】一種高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及時(shí)間應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中的一種高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在許多分布式的應(yīng)用系統(tǒng)中，都有高精度的時(shí)鐘同步需求，采用GPS等硬接線同步方式，可以達(dá)到很高的精度，但是成本較高，不利于普通工程。而目前越來越多的分布式設(shè)備以局域網(wǎng)的方式相互連接，這也對(duì)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)的精度提出了更高的要求。但是網(wǎng)絡(luò)連接過程中會(huì)存在許許多多的對(duì)時(shí)精度問題，特別是以太網(wǎng)在負(fù)荷很重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率會(huì)很低，信息數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生幾毫秒到幾十毫秒不等的時(shí)間延遲，此外計(jì)算機(jī)主時(shí)鐘的時(shí)鐘漂移等問題也對(duì)同步精度產(chǎn)生一定影響。
[0003]時(shí)鐘同步技術(shù)是依靠精確的參考時(shí)鐘維持本地時(shí)鐘，對(duì)比本地時(shí)鐘與參考時(shí)鐘的差異，調(diào)整本地時(shí)鐘，使得本地時(shí)鐘時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的時(shí)間差保持在盡量小的范圍內(nèi)。
[0004]現(xiàn)有的以太網(wǎng)對(duì)時(shí)方法主要有NTP和IEEE1588協(xié)議，前者提供了一種低成本的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法，由于其時(shí)間標(biāo)記實(shí)在應(yīng)用層獲取的，對(duì)時(shí)精度較低，一般在1ms左右，不能滿足工程需求；后一種在協(xié)議底層獲取時(shí)間標(biāo)記，利用網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，有較高精度，最高可以達(dá)到100ns。但兩者都是通過在數(shù)據(jù)流中加入對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)包(時(shí)間戳)的方式，利用數(shù)據(jù)包雙向傳輸時(shí)延來對(duì)時(shí)。這種方法需要占用數(shù)據(jù)傳輸帶寬，會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)雙向傳輸負(fù)荷的影響，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)任意一個(gè)方向傳輸負(fù)荷較重時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響定時(shí)精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的以太網(wǎng)對(duì)時(shí)方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007](I)在授時(shí)端，將同步信號(hào)加入到以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈的中點(diǎn)，同步信號(hào)為+V到-V的方波信號(hào)，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)線的每一對(duì)雙絞線上為差分傳輸，一對(duì)差分信號(hào)的中值電平為同步信號(hào)的電平，完成授時(shí)信號(hào)的發(fā)送；
[0008](2)在受時(shí)端，信號(hào)在以太網(wǎng)絡(luò)變壓器的初級(jí)線圈中點(diǎn)處解調(diào)之后得到授時(shí)端發(fā)送的同步信號(hào)；
[0009](3)在數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送同步信號(hào)有邊沿變化的時(shí)候打開一個(gè)時(shí)間窗進(jìn)行關(guān)門，在時(shí)間窗內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)同步脈沖沿通過以后再重新開門發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；
[0010](4)根據(jù)預(yù)設(shè)的同步脈沖周期和脈寬，由本地晶振分頻計(jì)數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)周期和脈寬的本地同步脈沖；當(dāng)授時(shí)端的同步脈沖邊沿到達(dá)時(shí)，授時(shí)端同步信號(hào)和受時(shí)端同步信號(hào)相位不同步；利用授時(shí)端同步信號(hào)觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)令計(jì)數(shù)器進(jìn)行強(qiáng)制清零并重新計(jì)數(shù)。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]本發(fā)明提供的以太網(wǎng)對(duì)時(shí)方法是利用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的差分特性，利用網(wǎng)絡(luò)變壓器的中間抽頭傳輸同步信號(hào)，與其他方法相比，對(duì)時(shí)幾乎不占用數(shù)據(jù)帶寬，而且由于同步建立不需要經(jīng)歷往返的數(shù)據(jù)包傳輸延遲，從而縮短了同步建立的時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1以太網(wǎng)傳送同步信號(hào)示意圖；
[0014]圖2授時(shí)端同步發(fā)射信號(hào)波形；
[0015]圖3受時(shí)端解調(diào)后同步信號(hào)波形；
[0016]圖4抑制尖沖干擾示意圖；
[0017]圖5同步裝置工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0019]本發(fā)明是一種以太網(wǎng)同步對(duì)時(shí)技術(shù)。
[0020]授時(shí)端將同步對(duì)時(shí)信號(hào)加入到以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈的中點(diǎn)。
[0021]受時(shí)端在本地以太網(wǎng)絡(luò)變壓器初級(jí)線圈的中點(diǎn)接收同步對(duì)時(shí)信號(hào)。
[0022]受時(shí)端在本地以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈接收數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0023]接收同步信號(hào)作為本地鎖相環(huán)的校正信號(hào)。
[0024]接收數(shù)據(jù)信號(hào)中含有因?yàn)榧尤胪叫盘?hào)產(chǎn)生的尖沖干擾，通過關(guān)門去除。
[0025]具體為:
[0026](I)在授時(shí)端，將需要傳輸?shù)耐叫盘?hào)加入到以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈的中點(diǎn)，完成授時(shí)信號(hào)的發(fā)送。
[0027](2)在受時(shí)端，信號(hào)在以太網(wǎng)絡(luò)變壓器的初級(jí)線圈中點(diǎn)處解調(diào)之后得到授時(shí)端發(fā)送的同步信號(hào)。
[0028](3)為了解決同步信號(hào)的尖沖干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，在同步信號(hào)邊沿變化期間打開一個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間窗進(jìn)行關(guān)門，在時(shí)間窗內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0029](4)為了消除本地晶振時(shí)鐘漂移的誤差，利用授時(shí)端同步信號(hào)觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，清零信號(hào)使得計(jì)數(shù)器強(qiáng)制清零并重新計(jì)數(shù)，以保持時(shí)間同步。
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本專利作進(jìn)一步具體說明:
[0031](I)如圖1所示，本專利的對(duì)時(shí)方法利用網(wǎng)線傳輸對(duì)時(shí)信號(hào)，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)制到對(duì)時(shí)方波的直流電平上，可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)與對(duì)時(shí)，對(duì)時(shí)幾乎不占用數(shù)據(jù)帶寬，不受網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)荷的影響。
[0032](2)在授時(shí)端，將同步信號(hào)加入到以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈的中點(diǎn)，同步信號(hào)為+V到-V的方波信號(hào)，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)線的每一對(duì)雙絞線上為差分傳輸，一對(duì)差分信號(hào)的中值電平為同步信號(hào)的電平，相當(dāng)于將數(shù)據(jù)調(diào)制到同步電平上。如圖2所示，為同步對(duì)時(shí)時(shí)的發(fā)射信號(hào)。
[0033](3)而在受時(shí)端，網(wǎng)絡(luò)交流數(shù)據(jù)通過隔離變壓器傳輸出去，而初級(jí)線圈的中點(diǎn)即相當(dāng)于解調(diào)之后的同步信號(hào)。圖3所示為受時(shí)端接收到的同步信號(hào)。
[0034](4)根據(jù)變壓器通交流，阻直流的特性，可以知道交流數(shù)據(jù)可以無失真的傳輸?shù)阶儔浩骱蠖?，而同步信?hào)的頻率很慢，大部分時(shí)間內(nèi)保持一個(gè)直流電平(+V或者+V)，當(dāng)跳變沿產(chǎn)生時(shí)，會(huì)在數(shù)據(jù)段產(chǎn)生一個(gè)尖沖干擾，本專利的解決辦法是在數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送同步信號(hào)有邊沿變化的時(shí)候打開一個(gè)時(shí)間窗進(jìn)行關(guān)門，在時(shí)間窗內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)同步脈沖沿通過以后再重新開門發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，如圖4所示。由于同步信號(hào)的周期通常很大，頻率很低，因此，占空比很低的關(guān)門時(shí)間幾乎不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速率造成影響。
[0035](5)為了能夠精確對(duì)時(shí)，在受時(shí)端要將本地時(shí)鐘與同步信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，以消除本地晶振時(shí)鐘漂移帶來的時(shí)鐘累計(jì)誤差。具體做法如圖5所示:首先根據(jù)預(yù)設(shè)的同步脈沖周期和脈寬，由本地晶振分頻計(jì)數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)周期和脈寬的本地同步脈沖；當(dāng)授時(shí)端的同步脈沖邊沿(如上升沿)到達(dá)時(shí)，由于晶振時(shí)鐘的震蕩漂移，計(jì)數(shù)器通常不能恰好等于實(shí)際計(jì)算值，即授時(shí)端同步信號(hào)和受時(shí)端同步信號(hào)相位不同步；此時(shí)利用授時(shí)端同步信號(hào)觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)令計(jì)數(shù)器進(jìn)行強(qiáng)制清零并重新計(jì)數(shù)，以消除晶振不精準(zhǔn)帶來的累積誤差，時(shí)間同步得以保持。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方法，其特征在于: (1)在授時(shí)端，將同步信號(hào)加入到以太網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)線圈的中點(diǎn)，同步信號(hào)為+V到-V的方波信號(hào)，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)線的每一對(duì)雙絞線上為差分傳輸，一對(duì)差分信號(hào)的中值電平為同步信號(hào)的電平，完成授時(shí)信號(hào)的發(fā)送； (2)在受時(shí)端，信號(hào)在以太網(wǎng)絡(luò)變壓器的初級(jí)線圈中點(diǎn)處解調(diào)之后得到授時(shí)端發(fā)送的同步信號(hào)； (3)在數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送同步信號(hào)有邊沿變化的時(shí)候打開一個(gè)時(shí)間窗進(jìn)行關(guān)門，在時(shí)間窗內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)同步脈沖沿通過以后再重新開門發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)； (4)根據(jù)預(yù)設(shè)的同步脈沖周期和脈寬，由本地晶振分頻計(jì)數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)周期和脈寬的本地同步脈沖；當(dāng)授時(shí)端的同步脈沖邊沿到達(dá)時(shí)，授時(shí)端同步信號(hào)和受時(shí)端同步信號(hào)相位不同步；利用授時(shí)端同步信號(hào)觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)令計(jì)數(shù)器進(jìn)行強(qiáng)制清零并重新計(jì)數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04L7/00GK104168103SQ201410431781
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】王逸林, 邱龍皓, 梁國(guó)龍, 張光普, 王晉晉, 馬世龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)