一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法及系统，对时装置分别对PTP报文发送装置和网络设备发送B码进行对时；PTP报文发送装置和网络设备完成B码对时后，PTP报文发送装置向网络设备发送PTP协议报文；网络设备的采集口进行PTP协议报文采集，对PTP协议报文打上本地时间戳；网络设备发送带有本地时间戳的PTP协议报文，采用网络封包分析软件进行抓包，打开采集的PTP协议报文，读取时间字段的时刻与本地时间戳的时刻进行比较，获得对时精度。本发明通过网络设备和PTP报文发送装置同时对时进行对时统一，再利用PTP报文发送装置对网络设备进行精度判定，方法简单，测试快捷且易于实现，适用范围广。

说明书

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，尤其涉及一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法及系统。

背景技术

变电站是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效的管理手段，目前，现有电力系统中的时钟大多由GPS精密时钟系统提供。

为配合国家电网公司开展统一坚强智能电网技术支持系统的建设，满足数字化变电站采用高精度网络对时方式，实现电子和光纤互感器与合并单元(MU)及全数字化的保护、测控、录波、计量、相量测量装置(PMU)、断路器智能操作箱、在线状态检测装置等电气一次和二次设备的网络精确对时技术，采用一种高精度并且兼容以太网的对时同步技术，PTP协议是IEEE-1588中定义的一种精密时钟同步协议，广泛应用于分布式系统中。PTP协议可以采用硬件实现，也可以采用软件实现。当采用硬件实现时可以达到ns级的精度。采用软件实现时通常可以达到ms级的精度。传统的时钟同步系统对时测量检测方法环境搭建复杂，需要协调多种设备并需要花费大量时间，且测试结果难以保证装置的真实情况。

发明内容

针对解决现有测试技术中测试手段复杂的问题，本发明提供一种基于 PTP协议的变电站网络设备对时检测方法及系统，通过网络设备和PTP报文发送装置同时对时进行对时统一，再利用PTP报文发送装置对网络设备进行精度判定，方法简单，测试快捷且易于实现。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法，包括：

对时装置分别对PTP报文发送装置和网络设备发送B码进行对时；PTP 报文发送装置和网络设备完成B码对时后，PTP报文发送装置向网络设备发送PTP协议报文；网络设备的采集口进行PTP协议报文采集，对PTP协议报文打上本地时间戳；网络设备发送带有本地时间戳的PTP协议报文，采用网络封包分析软件进行抓包，打开采集的PTP协议报文，读取时间字段的时刻与本地时间戳的时刻进行比较，获得对时精度。

进一步地，对时精度等于本地时间戳的时刻减去时间字段的时刻。

进一步地，还包括补偿本地时间戳的时刻，包括：本地时间戳的时刻减去补偿时间T作为补偿，T的获取包括：

PTP报文发送装置记录发出报文时间戳t1，网络设备接收到报文时记录接收时间戳t2；

PTP报文发送装置将t1报文时间戳通过跟进报文(follow_up)传递给网络设备；

网络设备发出发送时间读取报文(delay_req)时记录传输时间戳t3， PTP报文发送装置接收到发送时间读取报文(delay_req)时记录接收时间戳 t4，然后发出发送时间读取报文(delay_req)，将t4传回到网络设备；

网络设备计算补偿时间T：

T＝[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

进一步地，所述对时装置为GPS对时装置或北斗对时装置。

进一步地，网络封包分析软件采用wireshark网络封包分析软件，安装在所述网络设备中或者运行于独立设备上。

进一步地，所述PTP报文发送装置为PTP测试仪或者带PTP对时功能的交换机。

本发明另一方面提供一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测系统，包括：对时装置、PTP报文发送装置以及网络封包分析装置；

所述对时装置分别对PTP报文发送装置和网络设备发送B码进行对时；所述PTP报文发送装置和网络设备完成B码对时后，所述PTP报文发送装置向网络设备发送PTP协议报文；

网络设备的采集口进行PTP协议报文采集，对PTP协议报文打上本地时间戳；网络设备发送带有本地时间戳的PTP协议报文至网络封包分析装置；

网络封包分析装置进行抓包，打开采集的PTP协议报文，读取时间字段的时刻与本地时间戳的时刻进行比较，获得对时精度。

进一步地，对时精度等于本地时间戳的时刻减去时间字段的时刻，本地时间戳的时刻减去补偿时间T作为补偿；

T获取包括：

PTP报文发送装置记录发出报文时间戳t1，网络设备接收到报文时记录接收时间戳t2；

PTP报文发送装置将t1报文时间戳通过跟进报文(follow_up)传递给网络设备；

网络设备发出发送时间读取报文(delay_req)时记录传输时间戳t3， PTP报文发送装置接收到发送时间读取报文(delay_req)时记录接收时间戳 t4，然后发出发送时间读取报文(delay_req)，将t4传回到网络设备；

网络设备计算补偿时间T：

T＝[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

进一步地，所述对时装置为GPS对时装置或北斗对时装置。进一步地，所述PTP报文发送装置为PTP测试仪或者交换机。

进一步地，网络封包分析装置安装wireshark网络封包分析软件进行抓包。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明是通过网络设备本地网卡或者专有的采集卡进行报文采集记录，并且环境搭建简单，能够适应多种设备的应用场景，并且所支持的对时方式很多，不局限于B码对时(包括PPS脉冲对时、NTP网络对时等)，授时装置亦支持多种包括GPS和BD对时装置等，适用于多种应用场景，极大地扩大了本发明的应用范围。

(2)本发明通过网络设备和PTP报文发送装置同时对时进行对时统一，再利用PTP报文发送装置对网络设备进行精度判定，方法简单，测试快捷且易于实现。

附图说明

图1基于PTP协议的变电站网络设备对时检测原理示意图；

图2为PTP测试仪与网络设备之间的网络延迟示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的目的在于提供一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法，网络设备通过对时装置进行B码对时，同时PTP协议测试仪也通过对时装置进行B码对时。PTP协议测试仪与网络设备通过同一时刻的B码进行对时，保证对时的一致性。网络设备对时成功后，对时信号灯亮。

二者均完成对时后，PTP协议测试仪向网络设备的网口广播PTP报文，网络设备的网口进行抓包采集，记录下PTP报文的同时对报文打上时间戳。网络设备本地打开wireshark报文分析工具打开所记录的报文进行分析，分别比对PTP报文中的SYNC时间字段的时间值和该条报文的时间戳，即可获得该网络设备的对时精度。

PTP为精确时钟同步协议，PTP适合用于支持多播消息的分布式网络通信系统，同时提供单播消息的支持。协议支持多种传输协议，例如UPD/IPv4， UDP/IPv6，Layer-2EtherNet，DeviceNet。协议采用短帧传输，且数据帧少，算法简单，对网络资源使用少，对计算性能要求低，适合于在低端设备上应用。PTP报文包含Sync字段，为发送时间标签。

网络设备打上了接收时刻的时间戳，与PTP报文中的时间标签进行对比能够获得对时精度。

进一步地，由于PTP报文中的时间标签为发送时间，而时间戳为网络设备打上的接收时刻，考虑到发送时间和接收时间的时间差，可以进行如下补偿：

根据图2，PTP测试仪与网络设备之间的网络延迟。测试仪在发出sync 报文时，将记录发出报文时间戳t1，网络设备接收到sync报文时记录接收时间戳t2，t1通过follow_up报文传递给网络设备。网络设备发出delay_req 报文时记录传输时间戳t3，PTP测试仪接收到delay_req报文时记录接收时间戳t4，然后发出delay_resp报文，将t4传回到网络设备。网络设备有了上述4个时间戳，就可以计算PTP测试设备到网络设备之间的网络延迟了。延迟时间为：

T＝[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

所以网络设备给报文打上的时间戳时间再减掉T，这个时间与PTP报文 sync时间戳相减即为对时精度。进一步地，所述对时装置，包括GPS对时装置或BD对时装置，均能够发送B码。

进一步地，所述的PTP报文发送装置，包括PTP测试仪或者交换机，其对时精度较高，可以作为判别基准。所述网络设备指变电站中的网络设备，具备B码对时、BD对时功能，同时具备普通网口或者专门的网络采集口，采集口采集方式包括网卡采集、FPGA硬件采集等。

进一步地，wireshark报文分析工具可安装于网络设备中在线打开保存下的抓包报文，也可单独运行在电脑上，将网络设备采集的报文拷贝下来通过wireshark工具进行分析。

本发明另一方面提供一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测系统，包括：对时装置、PTP报文发送装置以及网络封包分析装置；

所述对时装置分别对PTP报文发送装置和网络设备发送B码进行对时；所述PTP报文发送装置和网络设备完成B码对时后，所述PTP报文发送装置向网络设备发送PTP协议报文。

网络设备的采集口进行PTP协议报文采集，对PTP协议报文打上本地时间戳；网络设备发送带有本地时间戳的PTP协议报文至网络封包分析装置。

网络封包分析装置进行抓包，打开采集的PTP协议报文，读取时间字段的时刻与本地时间戳的时刻进行比较，获得对时精度。

综上所述，本发明涉及一种基于PTP协议的变电站网络设备对时检测方法及系统，对时装置分别对PTP报文发送装置和网络设备发送B码进行对时； PTP报文发送装置和网络设备完成B码对时后，PTP报文发送装置向网络设备发送PTP协议报文；网络设备的采集口进行PTP协议报文采集，对PTP协议报文打上本地时间戳；网络设备发送带有本地时间戳的PTP协议报文，采用网络封包分析软件进行抓包，打开采集的PTP协议报文，读取时间字段的时刻与本地时间戳的时刻进行比较，获得对时精度。本发明通过网络设备和PTP 报文发送装置同时对时进行对时统一，再利用PTP报文发送装置对网络设备进行精度判定，方法简单，测试快捷且易于实现，适用范围广。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。