本發(fā)明涉及時鐘同步
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及主從時鐘同步方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：時鐘同步也叫“對鐘”。在多個設(shè)備構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，主從時鐘同步是非常重要的，多數(shù)設(shè)備設(shè)置有各自的時鐘信號，若這些設(shè)備無法高精度同步，必然會影響各個設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作。以微電網(wǎng)為例，微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，在解決能源枯竭、環(huán)保問題和電能質(zhì)量方面具有極大潛能。微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對微電網(wǎng)中的測量、控制設(shè)備提出了新的要求，特別是時鐘同步。這些設(shè)備在運(yùn)行時實時采樣、監(jiān)測、記錄各類電能質(zhì)量數(shù)據(jù)(如電壓、電流、頻率、有功)，如果沒有一個統(tǒng)一的時序和時鐘標(biāo)準(zhǔn)將難以滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采樣、系統(tǒng)穩(wěn)定性判別、故障定位、故障錄波、故障分析、時間順序記錄等時間一致性的要求。一般的主從時鐘同步方法是利用全球定位系統(tǒng)同步或編碼同步，這些主從時鐘同步方法需要設(shè)備添加接收機(jī)裝置，并且需要單獨的硬接線來支持時鐘同步的時間數(shù)據(jù)傳輸，時鐘同步過程復(fù)雜而且同步精度低。技術(shù)實現(xiàn)要素：基于此，有必要針對一般主從時鐘同步方法復(fù)雜且同步精度低的問題，提供一種簡單且同步精度高的主從時鐘同步方法與系統(tǒng)。一種主從時鐘同步方法，包括步驟：控制主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，并記錄第一報文離開主時鐘時間t1；記錄從時鐘接收到第一報文的時間t2，控制從時鐘向主時鐘反饋第二報文，并記錄第二報文離開從時鐘時間t3；記錄主時鐘接收到第二報文的時間t4；根據(jù)第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二的時間t4，計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移；通過指數(shù)平滑算法對主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移進(jìn)處理，獲得處理結(jié)果；根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。一種主從時鐘同步系統(tǒng)，包括：第一記錄模塊，用于控制主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，并記錄第一報文離開主時鐘時間t1；第二記錄模塊，用于記錄從時鐘接收到第一報文的時間t2，控制從時鐘向主時鐘反饋第二報文，并記錄第二報文離開從時鐘時間t3；第三記錄模塊，用于記錄主時鐘接收到第二報文的時間t4；計算模塊，用于根據(jù)第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二的時間t4，計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移；平滑處理模塊，用于通過指數(shù)平滑算法對主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移進(jìn)處理，獲得處理結(jié)果；同步模塊，用于根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。本發(fā)明主從時鐘同步方法與系統(tǒng)，主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，從時鐘反饋第二報文至主時鐘，記錄這個過程中第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二報文的時間t4，根據(jù)這些記錄的時間計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移，對路徑延時和時鐘偏移進(jìn)行指數(shù)平滑處理，并根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。整個過程中，計算主從時鐘之間路徑延時和時鐘偏移，并對路徑延時和時鐘偏移結(jié)果進(jìn)行指數(shù)平滑處理優(yōu)化，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)更加符合真實情況且具有適應(yīng)性，能夠自動調(diào)時調(diào)頻，實現(xiàn)高精度主從時鐘同步。附圖說明圖1為本發(fā)明主從時鐘同步方法第一個實施例的流程示意圖；圖2為本發(fā)明主從時鐘同步方法第二個實施例的流程示意圖；圖3為主時鐘與從時鐘收發(fā)報文的時序圖；圖4為本發(fā)明主從時鐘同步系統(tǒng)第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明主從時鐘同步系統(tǒng)第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式多個設(shè)備構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，多數(shù)設(shè)備擁有自身的時鐘信號。以微電網(wǎng)為例，分層控制的微電網(wǎng)中加入時鐘同步系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)度中心與微網(wǎng)中央控制器通過規(guī)約實現(xiàn)精度大約為1毫秒的時鐘同步，主時鐘與從時鐘設(shè)備如智能網(wǎng)關(guān)斷路器、逆變器等基于IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，電氣和電子工程師協(xié)會)1588精密時鐘同步協(xié)議實現(xiàn)精度在微秒級的時鐘同步。主時鐘獲取北斗衛(wèi)星時間并且通過IEEE1588協(xié)議向底層設(shè)備授時，通過引入備用主時鐘，在主時鐘不可用時，微電網(wǎng)系統(tǒng)可以通過備用主時鐘實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的高精度的時鐘同步。具體來說，在一級交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)下微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備通過邊界時鐘分為兩個時鐘域，主時鐘和邊界時鐘的從時鐘端口構(gòu)成第一個時鐘域，邊界時鐘的主時鐘端口、智能網(wǎng)關(guān)短路器和逆變器構(gòu)成第二個時鐘域。下面將以微電網(wǎng)為例，詳細(xì)介紹本發(fā)明主從時鐘同步方法具體技術(shù)方案。如圖1所示，一種主從時鐘同步方法，包括步驟：S100：控制主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，并記錄第一報文離開主時鐘時間t1。主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，并且記錄第一報文離開主時鐘時間t1。具體來說，可以控制主時鐘以預(yù)設(shè)頻率向從時鐘發(fā)送第一報文，這里的預(yù)設(shè)頻率可以根據(jù)實際情況的需要進(jìn)行設(shè)定，例如可以設(shè)定為1秒一次，第一報文具體可以為Sync同步報文。主時鐘以預(yù)設(shè)頻率向從時鐘發(fā)送第一報文這樣主時鐘與從時鐘之間一直在進(jìn)行同步進(jìn)程，有利于確保主從時鐘之間實時同步。S200：記錄從時鐘接收到第一報文的時間t2，控制從時鐘向主時鐘反饋第二報文，并記錄第二報文離開從時鐘時間t3。從時鐘在接收到來自主時鐘的第一報文時，記錄下此時的時間t2，之后從時鐘向主時鐘反饋第二報文，并且記錄第二報文離開從時鐘時間t3。具體來說，第二報文為DelayReq報文。S300：記錄主時鐘接收到第二報文的時間t4。主時鐘接收來自從時鐘反饋過來的第二報文，并記錄接收到第二報文的時間為t4。S400：根據(jù)第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二的時間t4，計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移。基于步驟S100-S300獲得的時間t1、時間t2、時間t3以及時間t4，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移，具體來說，步驟S400的計算公式為：Delay+Offset=t2-t1Delay-Offset=t4-t3]]>將上述公式優(yōu)化之后即可得到：Offset=(t2-t1-t4+t3)/2Delay=(t2-t1+t4-t3)/2]]>其中，Delay為路徑延時，Offset為時鐘偏移。S500：通過指數(shù)平滑算法對主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移進(jìn)處理，獲得處理結(jié)果。指數(shù)平滑算法是布朗(RobertG..Brown)所提出，布朗認(rèn)為時間序列的態(tài)勢具有穩(wěn)定性或規(guī)則性，所以時間序列可被合理地順勢推延，他認(rèn)為最近的過去態(tài)勢，在某種程度上會持續(xù)的未來，所以將較大的權(quán)數(shù)放在最近的資料。指數(shù)平滑算法是生產(chǎn)預(yù)測中常用的一種方法。也用于中短期經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢預(yù)測，所有預(yù)測方法中，指數(shù)平滑是用得最多的一種。簡單的全期平均法是對時間數(shù)列的過去數(shù)據(jù)一個不漏地全部加以同等利用，移動平均法則不考慮較遠(yuǎn)期的數(shù)據(jù)，并在加權(quán)移動平均法中給予近期資料更大的權(quán)重，而指數(shù)平滑算法則兼容了全期平均和移動平均所長，不舍棄過去的數(shù)據(jù)，但是僅給予逐漸減弱的影響程度，即隨著數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)離，賦予逐漸收斂為零的權(quán)數(shù)，也就是說指數(shù)平滑算法是在移動平均法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種時間序列分析預(yù)測法，它是通過計算指數(shù)平滑值，配合一定的時間序列預(yù)測模型對現(xiàn)象的未來進(jìn)行預(yù)測。其原理是任一期的指數(shù)平滑值都是本期實際觀察值與前一期指數(shù)平滑值的加權(quán)平均。具體來說，指數(shù)平滑算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：st+1(x)＝αyt(x)+(1-α)st(x)。式中，st+1(x)為y(x)在(t+1)時刻的預(yù)測值，yt(x)為y(x)在t時刻的實際值，st(x)為y(x)在t時刻的預(yù)測值，α為預(yù)設(shè)平滑系數(shù)。加入指數(shù)平滑算法對路徑延時和時鐘偏移進(jìn)行處理，這樣對時間數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，一方面是不同時間的數(shù)據(jù)的非等權(quán)處理更符合主從時鐘時間同步過程中的實際情況，另一方面指數(shù)平滑算法的預(yù)測過程具有適應(yīng)性，能自動識別數(shù)據(jù)模式的變化而加以調(diào)整，進(jìn)而調(diào)時調(diào)頻實現(xiàn)主從時鐘高精度同步。S600：根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。本發(fā)明主從時鐘同步方法，主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，從時鐘反饋第二報文至主時鐘，記錄這個過程中第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二報文的時間t4，根據(jù)這些記錄的時間計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移，對路徑延時和時鐘偏移進(jìn)行指數(shù)平滑處理，并根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。整個過程中，計算主從時鐘之間路徑延時和時鐘偏移，并對路徑延時和時鐘偏移結(jié)果進(jìn)行指數(shù)平滑處理優(yōu)化，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)更加符合真實情況且具有適應(yīng)性，能夠自動調(diào)時調(diào)頻，實現(xiàn)高精度主從時鐘同步。如圖2所示，在其中一個實施例中，步驟S100之后還包括：S120：控制主時鐘向從時鐘發(fā)送攜帶有第一報文離開主時鐘時間t1的第三報文。步驟S300之后還包括：S320：控制主時鐘向從時鐘發(fā)送攜帶有主時鐘接收到第二報文的時間t4的第四報文。第一報文離開主時鐘時間t1是記錄在主時鐘上的，從時鐘接收到第一報文的時間t2是記錄在從時鐘上的，第二報文離開從時鐘時間t3是記錄在從時鐘上的，主時鐘接收到第二報文的時間t4是記錄在主時鐘上的。在執(zhí)行步驟S400時，需要將這些時間數(shù)據(jù)歸集，具體來說，可以將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送至第三方；或者將記錄在主時鐘上的時間t1和時間t4發(fā)送至從時鐘，以在從時鐘的設(shè)備上執(zhí)行步驟S400，又或者將記錄在從時鐘上的時間t2和時間t3發(fā)送至主時鐘，以在主時鐘的設(shè)備上執(zhí)行步驟S400。在本實施例中，將記錄在主時鐘上的時間t1和時間t4發(fā)送至從時鐘，在從時鐘的設(shè)備上計算主從時鐘之間路徑延時和時鐘偏移。這樣實際應(yīng)用中，當(dāng)有大量從時鐘數(shù)據(jù)需要計算時，可以顯著降低對主時鐘設(shè)備計算能力的要求，降低主時鐘設(shè)備數(shù)據(jù)處理量，有利于高效實現(xiàn)主從時鐘同步。非必要的，第三報文可以為FollowUp報文，第四報文可以為DelayResp報文，從時鐘在接收到第一報文并記錄接收時間t2后，再接收主時鐘發(fā)送的第三報文(FollowUp報文)并在解析第三報文(FollowUp報文)獲得時間t1后，再向主時鐘反饋第二報文。從時鐘在接收到第四報文(DelayResp報文)后，解析第四報文(DelayResp報文)獲得時間t4。為更進(jìn)一步詳細(xì)解釋本發(fā)明主從時鐘同步方法下面將結(jié)合如圖3所示的時序圖進(jìn)行解釋說明。步驟一：主時鐘周期性以多播以太網(wǎng)報文的方式向從時鐘發(fā)送Sync同步報文，并在隨后發(fā)送FollowUp報文將Sync報文離開主時鐘的時刻t1包含在FollowUp報文中。步驟二：從時鐘接收到Sync報文后記錄Sync報文到達(dá)的時刻t2，并解析緊隨Sync報文的FollowUp報文獲取t1，完成FollowUp報文解析后從時鐘向主時鐘發(fā)送DelayReq報文并且記錄報文離開從時鐘的時刻t3。步驟三：主時鐘接收到DelayReq報文后記錄報文到達(dá)的時刻t4，隨后響應(yīng)DelayReq報文向從時鐘發(fā)送DelayResp報文，該報文中包含DelayReq報文的到達(dá)時刻t4。步驟四：從時鐘接收到DelayResp報文后解析獲取t4時刻。從時鐘通過獲取的t1、t2、t3、t4四個時刻計算出主從時鐘間的路徑延時和時鐘偏移。在實際工程應(yīng)用中，主時鐘與從時鐘記錄同步報文離開或到達(dá)設(shè)備的時刻稱之為“打時間戳”，獲取時間戳的位置不同，對測量路徑延時和時鐘偏移的影響很大?？梢圆捎妹襟w訪問層IEEE1588模塊實現(xiàn)時間戳的獲取，測量的精度在亞微秒級。當(dāng)有數(shù)據(jù)報文通過媒體訪問層與物理層之間的媒體獨立接口時，記錄報文離開或到達(dá)的時刻返回到應(yīng)用層任務(wù)中。如圖4所示，一種主從時鐘同步系統(tǒng)，包括：第一記錄模塊100，用于控制主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，并記錄第一報文離開主時鐘時間t1。第二記錄模塊200，用于記錄從時鐘接收到第一報文的時間t2，控制從時鐘向主時鐘反饋第二報文，并記錄第二報文離開從時鐘時間t3。第三記錄模塊300，用于記錄主時鐘接收到第二報文的時間t4。計算模塊400，用于根據(jù)第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二的時間t4，計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移。平滑處理模塊500，用于通過指數(shù)平滑算法對主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移進(jìn)處理，獲得處理結(jié)果。同步模塊600，用于根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。本發(fā)明主從時鐘同步系統(tǒng)，主時鐘向從時鐘發(fā)送第一報文，從時鐘反饋第二報文至主時鐘，第一記錄模塊100記錄第一報文離開主時鐘時間t1，第二記錄模塊200記錄從時鐘接收到第一報文的時間t2以及第二報文離開從時鐘時間t3，第三記錄模塊300記錄主時鐘接收到第二報文的時間t4，計算模塊400根據(jù)這些記錄的時間計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移，平滑處理模塊500對路徑延時和時鐘偏移進(jìn)行指數(shù)平滑處理，同步模塊600根據(jù)處理結(jié)果同步主時鐘與從時鐘。整個過程中，計算主從時鐘之間路徑延時和時鐘偏移，并對路徑延時和時鐘偏移結(jié)果進(jìn)行指數(shù)平滑處理優(yōu)化，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)更加符合真實情況且具有適應(yīng)性，能夠自動調(diào)時調(diào)頻，實現(xiàn)高精度主從時鐘同步。在其中一個實施例中，第一記錄模塊100具體用于控制主時鐘以預(yù)設(shè)頻率向從時鐘發(fā)送第一報文，并記錄第一報文離開主時鐘時間t1。主時鐘以預(yù)設(shè)頻率向從時鐘發(fā)送第一報文這樣主時鐘與從時鐘之間一直在進(jìn)行后續(xù)同步過程，有利于確保主從時鐘之間實時同步。在其中一個實施例中，計算模塊400具體用于根據(jù)第一報文離開主時鐘時間t1、從時鐘接收到第一報文的時間t2、第二報文離開從時鐘時間t3以及主時鐘接收到第二的時間t4，采用路徑延時和時鐘偏移計算公式計算主時鐘與從時鐘之間的路徑延時和時鐘偏移；路徑延時和時間偏移計算公式為：Offset=(t2-t1-t4+t3)/2Delay=(t2-t1+t4-t3)/2]]>其中，Delay為路徑延時，Offset為時鐘偏移。在其中一個實施例中，指數(shù)平滑算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：st+1(x)＝αyt(x)+(1-α)st(x)式中，st+1(x)為y(x)在(t+1)時刻的預(yù)測值，yt(x)為y(x)在t時刻的實際值，st(x)為y(x)在t時刻的預(yù)測值，α為預(yù)設(shè)平滑系數(shù)。如圖5所示，主從時鐘同步系統(tǒng)還包括：第三報文發(fā)送模塊120，用于控制主時鐘向從時鐘發(fā)送攜帶有第一報文離開主時鐘時間t1的第三報文；第四報文發(fā)送模塊320，用于控制主時鐘向從時鐘發(fā)送攜帶有主時鐘接收到第二報文的時間t4的第四報文。第一報文離開主時鐘時間t1是記錄在主時鐘上的，從時鐘接收到第一報文的時間t2是記錄在從時鐘上的，第二報文離開從時鐘時間t3是記錄在從時鐘上的，主時鐘接收到第二報文的時間t4是記錄在主時鐘上的。在本實施例中，第三報文發(fā)送模塊120和第四報文發(fā)送模塊320將記錄在主時鐘上的時間t1和時間t4發(fā)送至從時鐘，在從時鐘的設(shè)備上計算主從時鐘之間路徑延時和時鐘偏移。這樣實際應(yīng)用中，當(dāng)有大量從時鐘數(shù)據(jù)需要計算時，可以顯著降低對主時鐘設(shè)備計算能力的要求，降低主時鐘設(shè)備數(shù)據(jù)處理量，有利于高效實現(xiàn)主從時鐘同步。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3