IEEE1588时钟同步技术在分布式系统中的应用

摘要

随着计算机网络技术的飞速发展，以太网技术在分布式工业控制领域得到了广泛的应用，但是实时性不强的缺点也制约着以太网在工控领域的进一步应用。在传统的分布式控制系统中，数据采样周期能够达到秒级或者毫秒级已经满足要求，但是随着系统分布化程度越来越高、系统越来越复杂，用户对分布式系统的同步精确度要求也越来越高，例如机械精加工、飞机测控系统等往往要求达到微秒级的时钟同步。可是由于以太网自身机制等影响以太网实时性的问题并没有得到根本的解决，仍旧不能满足快速系统的同步要求，而IEEE1588协议的出现则很好的解决了这个问题。
　　 本文对分布式系统中主从时钟不能够实现同步的原因进行了分析，深入研究了使用IEEE1588网络精确时钟同步协议解决分布式系统中主从设备时钟无法同步问题的方法。在对IEEE1588协议时钟同步原理仔细分析的基础上，还对相应的时钟同步模型和最佳主时钟算法及基于Linux的以太网数据传输问题进行了分析。同时通过对时钟同步算法和时钟同步过程的分析计算出了主从设备的时间偏移和报文传输过程中的网络延迟，实现了本地时钟的同步校准。
　　 本文还对嵌入式LinuX操作系统进行了研究，搭建了时钟同步系统的软件平台。同时根据时钟同步过程和时钟校正机制设计了时钟同步的软件程序和硬件电路。实现了时钟同步算法、最佳主时钟算法和系统对PTP报文传输的控制。在本文的最后对时钟同步的结果进行了测试，说明同步结果达到了10μs同步。
　　 本课题为下一步将IEEE1588大规模应用到分布式工业控制系统中起到了借鉴的作用。