分布式系統(tǒng)時(shí)鐘同步協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,該技術(shù)進(jìn)入工控領(lǐng)域已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢(shì),但是由于介質(zhì)的延遲特性和協(xié)議棧運(yùn)行等多方面的因素的影響,分布式控制系統(tǒng)(DCS)多控制站之間交互的實(shí)時(shí)性難以保證,這極大地阻礙了其在工業(yè)自動(dòng)化控制、通訊和測(cè)量等領(lǐng)域的發(fā)展。這些都是分布式系統(tǒng)的固有問題,很難通過自身現(xiàn)有技術(shù)來解決。如果DCS每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘能夠高度同步,那么其執(zhí)行效率將會(huì)大大提高,IEEE1588協(xié)議(網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn))的出現(xiàn)很好地解

2、決了這個(gè)問題。IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)用作實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步的精密時(shí)鐘協(xié)議(Precision Time Protocol,簡(jiǎn)稱PTP),可以很好地實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)亞微秒級(jí)的時(shí)間同步。
　　本文對(duì)分布式系統(tǒng)各控制站、I/O模板等節(jié)點(diǎn)之間時(shí)鐘不能同步的原因進(jìn)行了深度闡述,介紹了近些年時(shí)鐘同步技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用狀況,重點(diǎn)介紹了應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)同步里的時(shí)鐘同步技術(shù)并進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了IEEE1588協(xié)議是現(xiàn)有時(shí)鐘同步精度最高、最適合分布式系統(tǒng)的時(shí)鐘同

3、步標(biāo)準(zhǔn)。然后對(duì)IEEE1588協(xié)議的一些關(guān)鍵技術(shù)做了詳細(xì)的研究和描述,包括PTP協(xié)議規(guī)范、同步報(bào)文及其格式、時(shí)鐘同步機(jī)制、時(shí)鐘同步模型、最佳主時(shí)鐘算法等等。
　　本文研究了使用IEEE1588協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)中主從設(shè)備的時(shí)鐘不能同步問題的方法,PTP報(bào)文發(fā)送和接收時(shí)對(duì)時(shí)間的標(biāo)記精度直接影響采用該協(xié)議取得的同步精度,需要硬件輔助來獲取物理層時(shí)間戳,本文利用意法半導(dǎo)體公司的STM32F107VCT6來作為輔助硬件,設(shè)計(jì)并搭建了一個(gè)以STM

4、32F107VCT6為主控制器的時(shí)鐘同步硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它包括電源模塊、串口模塊、主控制器模塊和以太網(wǎng)模塊,各塊同步硬件板通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接,組成一個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)來模擬一個(gè)小型的分布式系統(tǒng),利用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的精確時(shí)鐘同步。
　　最后,本文對(duì)基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的同步網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了時(shí)鐘同步測(cè)試,測(cè)試在多種網(wǎng)絡(luò)情況(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn))下進(jìn)行。測(cè)試情況表明:各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步精度達(dá)到400納秒以內(nèi),可以很好的滿足分布式系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘同步的