基于IEEE1588协议的网络同步时钟技术研究

摘要

IEEE1588协议在时间同步中起到了关键性的作用，取决于其协议规范的灵活和简易的实现条件，以及在同步时间服务上的高精度的保证。在不加重网络传输负荷的情况下，对各种不同精度，不同分辨率和稳定性需求的系统提供一整套同步实时性解决的方法。
　　 第1章介绍PTN网络传输技术的发展现状，列出各种网络时间同步技术并进行比较。为满足PTN网络高精度的网络同步传输精度的要求，提出了基于IEEE1588时钟同步协议的方案。
　　 第2章详尽描述了PTN网络同步时钟技术的内容，包括其基本原理、PTN分组传送网技术的应用情况以及在PTN网络中应用IEEE1588的实际需求，为本论文提出实际应用的背景。
　　 第3章首先给出了IEEE1588同步时钟网络的电路设计方案，包括IEEE1588时钟协议内容原理、协议本身的报文结构、协议的规格和链路承载方式;然后给出基于FPGA总体逻辑的IEEE1588协议实现的设计方案，对FPGA逻辑模块进行了功能划分和功能细化。
　　 第4章提出了基于IEEE1588同步时钟协议的从时钟同步算法的仿真，用Matlab对反馈神经网络PID控制算法进行仿真验证，实现从时钟跟踪同步主时钟的功能。并对可能导致主时钟和从时钟之间时间误差产生的原因作出了分析，通过仿真结果验证本算法具较高的精度和有效性。并设计了一种基于NIOSⅡ嵌入式软核系统，将算法进行软件和硬件的协同设计，具有实际应用价值。
　　 第5章分析了由于网络中的传输噪声可能对IEEE1588时间同步精度带来的影响，并对这种影响产生的各种原因做分析，在从时钟端分别采用平均滤波和卡尔曼滤波的方法设计FPGA模块，并对其做滤波仿真测试，添加了滤波模块的IEEE1588从时钟端系统可以有效提高同步网络的时间戳精度信息。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 课题研究的来源与现状

1．3 课题的研究内容

第2章 PTN网络中的同步时钟技术

2．1 PTN分组传送网技术简介

2．1．1 PTN分组传送网基本原理

2．1．2 PTN分组传送网技术应用

2．2 PTN网络中的同步时钟技术

2．3 本章小结

第3章 IEEE1588时钟同步的FPGA硬件模块方案

3．1 IEEE1588协议的原理

3．1．1 IEEE1588协议中的时钟报文格式

3．1．2 IEEE1588协议中的时钟类型

3．1．3 IEEE1588协议中的时钟同步机制

3．2 IEEE1588协议实现的功能模块设计

3．2．1 IEEE1588模块的功能规格

3．2．2 IEEE1588精准时钟源模块设计

3．2．3 IEEE1588报文总体处理模块设计

3．2．4 IEEE1588协议报文承载方式的解析过程

3．2．5 IEEE1588协议上行模块设计

3．2．6 IEEE1588协议下行模块设计

3．3 普通时钟功能模块设计

3．3．1 主时钟的普通时钟功能模块设计

3．3．2 从时钟的普通时钟功能模块设计

3．4 边界时钟功能模块设计

3．5 端到端透明时钟功能模块设计

3．5．1 端到端透明时钟模块中的Master为One-Step模式

3．4．2 端到端透明时钟模块中的Master为Two-Step模式

3．6 点到点透明时钟功能模块设计

3．6．1 点到点透明时钟模块中的Master为One-Step模式

3．6．2 点到点透明时钟模块中的Master为Two-Step模式

3．7 本章小结

第4章 从时钟计时系统的同步算法设计

4．1 从时钟时钟误差分析

4．2 反馈神经网络PID调节算法

4．3 从时钟模型的Matlab仿真

4．3．1 系统中从时钟端的仿真模型

4．3．2 时钟同步控制算法的仿真模型

4．3．3 仿真结果

4．4 基于NIOS II嵌入式软核的算法实现方案

4．5 本章小结

第5章 网络抖动误差的修正

5．1 网络传输过程中时间戳误差的原因分析

5．2 滤波算法的原理和FPGA硬件电路实现

5．2．1 平均滤波算法的FPGA设计

5．2．2 卡尔曼滤波算法的FPGA设计

5．3 算法仿真测试

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文