CN103812595A - 一种基于ieee1588同步机制的tps时间同步改进算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，属于精准时钟同步技术领域。本方法包括以下步骤：步骤一：统计计算时钟频率偏差，完成频率同步；步骤二：统计计算同步的时间偏差、通信时延以及达到指定精度时间同步所需最小报文的数量，完成基于对称性时延的初步时间同步；步骤三：用最小报文数量完成基于对称性时延精确时间同步，在后续的过程构建以传输误差和传输误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整。该方法能很好的兼容IEEE1588同步机制并且提供比IEEE1588同步机制更精准的时间同步，有效的抑制了时间同步中的频率漂移问题以及随机波动问题并能适应网络拓扑的突然变化，长期运行中能节省大量同步报文开销。

Description

一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法

技术领域

本发明属于精准时钟同步技术领域，特别涉及一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法。

背景技术

传统的IP网络中，米勒（Mills）提出了一种基于Internet网络的远程时间同步技术，即网络时间协议NTP。它是一种典型的主从同步方法。NTP客户端（或称为从时钟）发送的同步协议报文含有本地时间戳T1，它向指定的服务器传输。一旦服务器收到此报文，会记下此报文接收时间戳T2。如果下需要响应时间，会将响应的报文时间戳T3附在协议报文中传送给客户端。从时钟会记下此时报文的时间戳T4，此时，主从时钟间传递报文带有这些时间信息可以计算出它们时间的时间偏差，从而完成调整。

IEEE1588标准自身是一个比较复杂的主从同步机制，但它也能支持其它的单向广播模式。通常，我们又把它称为精确时间同步协议(PTP)，它同样通过主从时钟交换带有时间信息的报文来同步。由于PTP提供一种更加精确同步报文的发送时间戳，故它能提供亚毫秒的同步精确，这使得它适应于工业控制、测量等时间苛刻性环境，因此目前国际上的实时以太网标准都采用IEEE1588作为它的标准体系中的一部分。

IEEE1588时间同步协议隐含着以下的假设，但与实际情况并不完全相符，下面将分析说明：

（1）主时钟和从时钟自身的频率会有偏差，但是是稳定的。实际上节点晶振特性不一样，时钟频率不可能与参考频率相同。同时，受温度、环境的影响，频率还会产生一定的漂移。

（2）主时钟到从时钟的延时是等于从时钟到主时钟的延时的，D_s2m＝D_m2s。但是实际上它们并不相等，而且D_s2m和D_m2s本身也不是一个固定值，它们服从高斯分布,时延的随机误差部分服从均值为0高斯分布。

（3）同步通信过程没有外界的干扰。但是实际上存在各种外部干扰、或者某些偶然变化因素，比如说报文的丢失、读取时间戳时出现定时错误，网络吐吞量的突然变化，都会影响同步精度和稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，该算法通过线性回归的方法完成频率调整；采用概率同步的机制，用最小的报文数量完成指定精度的时间同步；构建以传输时延误差和传输时延误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，包括以下步骤：步骤一：统计计算时钟频率偏差，完成频率同步；步骤二：统计计算同步的时间偏差、通信时延以及达到指定精度时间同步所需最小报文的数量，完成基于对称性时延的初步时间同步；步骤三：用最小报文数量完成基于对称性时延精确时间同步，在后续的过程构建以传输误差和传输误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整。

进一步，步骤一具体包括：

a.从时钟首先发送Delay_Req（时延请求）报文（无需记下此时的本地时间）；

b.主时钟在收到Delay_Req（时延请求）报文后（此时收到报文的时间也无需记下），立刻将Delay_Resp（时延响应）报文回送给从时钟，并记下Delay_Resp（时延响应）报文发送完毕的时间T_km2；

c.从时钟接收到Delay_Resp（时延响应）报文后，立刻在接收中断里面打下此时时间戳T_ks2；

d.主时钟发送Delay_Follow（跟随）报文给从时钟，它里面含有Delay_Resp（时延响应）报文发送的精确时间T_km2；

e.循环操作：重复步骤a到d一共n次，得到数据T_ks2,T_km2，k＝1,2,3,…n，一共n组数据，利用线性回归算法分析这n组数据并计算出评估的最佳频率偏差η*；

f.根据最佳频率偏差η*调整从时钟，使之与主时钟保持频率一致。

进一步，步骤e中利用线性回归算法计算评估的最佳频率偏差η*的方法是：

首先根据以下两个公式算出n-1对(T_ks,T_km)，k＝1,2,…n-1数据，计算每组(T_ks,T_km)的时机应该从第二次循环就开始，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算：

T_ks＝T_(k+1)s2-T_ks2（1）、T_km＝T_(k+1)m2-T_km2（2）

其次记第k次的频率偏差值为η_k，根据如下公式计算η_k：

${\mathrm{\&eta;}}_k=\frac{T_{\mathrm{ks}}}{T_{\mathrm{km}}}-1,({\mathrm{\&eta;}}_k<\mathrm{\&rho;})---\left(3\right)$

ρ是晶振制造商最大的频率偏移值，计算η_k后过滤掉|η_k＞ρ|的数据对；计算η_k的时机应该从第二次循环开始，紧接着计算(T_ks,T_km)之后，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算；

最后根据以下公式计算出η*，η*即为评估的最佳频率偏差：

$\mathrm{\&eta;}*=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}(T_{\mathrm{im}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_m})(T_{\mathrm{is}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_s})}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{(T_{\mathrm{im}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_m})}^2}-1$ （4），其中 $\stackrel{\&OverBar;}{T_s}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{T}_{\mathrm{is}},\stackrel{\&OverBar;}{T_m}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{T}_{\mathrm{im}}.$

进一步，步骤二具体包括：1）从时钟发送Delay_burst_req报文给主时钟，并打下本地的时间戳T_js2，发送报文的时机为统计计算时钟频率差步骤结束后极短时间内，以确保从时钟频率不会发生太大的变化，与主时钟依然是频率同步的；2）主时钟收到Delay_burst_req报文打下此时接收的精确时间戳T_jm2，并回送Delay_Resp报文，将时间戳T_jm2发送给从时钟，记下发送Delay_Resp报文的精确时间T_jm3，随后发送Delay_Follow报文，将时间戳T_jm3发送给从时钟，从时钟收到Delay_Follow报文后打下时间戳T_js3；3）循环步骤：循环1）-2）循环L次，从时钟得到L组（T_js2,T_js3,T_jm2,T_jm3），j＝1,2,3…L数据，此时从时钟展开计算，利用统计平均的方法求得时间偏差

与通信时延

4）利用

完成初步的时间同步调整；5）采用概率同步的机制，计算出n_min。

进一步，在步骤3）中，利用以下公式计算的时间偏差

与通信时延

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&theta;}}=\frac{1}{2}[(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}3}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}3})-(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}2}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}2}\left)\right]---\left(5\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{D}=\frac{1}{2}[(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}3}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}3})+(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}2}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}2}\left)\right]---\left(6\right).$

进一步，在步骤5）中，计算n_min的方法为：

首先利用如下公式计算第j次的传输误差ε_j，j＝1,2,3…L

${\mathrm{\&epsiv;}}_j=(T_{\mathrm{js}3}-\stackrel{\&OverBar;}{D}-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&theta;}})-T_{\mathrm{jm}3},j=\mathrm{1,2,3}...L---\left(7\right),$

根据前面计算出来的结果，ε_max可以由max(ε₁,ε₂,…,ε_L)得出，σ_d由以下公式得到：

${\mathrm{\&sigma;}}_d=\sqrt{\frac{1}{L}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^L{({\mathrm{\&epsiv;}}_i-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&epsiv;}})}^2}---\left(8\right)$

从而利用高斯剪切值n_g以及以下公式中的n_e求得n_min=max(n_g,n_e)：

$n_e=\frac{2{\mathrm{\&sigma;}}_d^2{\left({\mathrm{erfc}}^{-1}\left(p\right)\right)}^2}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\max }^2}---\left(9\right)$

如果系统给定了同步失效概率P，则可以判断在下一个阶段中，我们只需最小n_min次sync同步报文就可以以1-P概率获得指定精度的时间同步效果。

进一步，步骤三具体包括：

A、主时钟发送Sync同步报文给从时钟，记下发送的精确时间戳T_m1，并在之后的Follow_UP跟随报文中嵌入时间戳T_m1发送给从时钟，从时钟接到Sync同步报文后打下接收时间戳T_s1；

B、由于已经评估出单向时延从时钟根据以下公式计算出时间偏差θ，

$\mathrm{\&theta;}=T_{s1}-T_{m1}-\stackrel{\&OverBar;}{D},---\left(10\right)$

之后从时钟按照θ进行时间调整；

C、循环步骤：循环步骤A，Bn_min次，则以概率1-P完成了指定精度的时间同步效果，其中P是系统给出的同步失效概率；

D、在n_min次循环步骤后，按照以下公式计算第j次的传输误差ε_j和传输误差变化率Δε_j：

${\mathrm{\&epsiv;}}_j=T_{\mathrm{js}1}-T_{\mathrm{js}1}^{\mathrm{est}}---\left(11\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_j=\frac{\mathrm{\&epsiv;}(j+1)-{\mathrm{\&epsiv;}}_j}{T_{(j-+1)m1}-T_{\mathrm{jm}}1}---\left(12\right)$

根据ε_j≤ε_max+ρR_sync和Δε_j≤ρ对传输误差和传输误差变化率进行异常检查，其中R_sync是周期同步间隔时间；如果满足两个条件就构建以ε_j和Δε_j为模糊系统的输入，主从时钟间的时间偏差θ_j和频率差η_j作为模糊系统的输出，进行微量调节，如果不满足，说明网络拓扑发生了大的变化，需要对网络时延进行重新评估。

本发明的有益效果在于：本发明能很好的工作于EPA实时以太网的控制系统中，兼容IEEE1588同步机制并且提供比IEEE1588同步机制更精准的时间同步，有效的抑制了时间同步中的频率漂移问题以及随机波动问题并能适应网络拓扑的突然变化，长期运行中能节省大量同步报文开销。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为主从时间同步过程；

图3为模糊控制的同步调整图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明方法的流程示意图，如图所示，本发明所述方法包括以下步骤：步骤一：统计计算时钟频率偏差，完成频率同步；步骤二：统计计算同步的时间偏差、通信时延以及达到指定精度时间同步所需最小报文的数量，完成基于对称性时延的初步时间同步；步骤三：用最小报文数量完成基于对称性时延精确时间同步，在后续的过程构建以传输误差和传输误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整。

图2是TPS时间同步改进算法主从时间同步过程：

S101.统计计算时钟频率偏差，完成频率同步；

a.从时钟首先发送Delay_Req（时延请求）报文（无需记下此时的本地时间）。

b.主时钟在收到Delay_Req（时延请求）报文后（此时收到报文的时间也无需记下），立刻将Delay_Resp（时延响应）报文回送给从时钟，并记下Delay_Resp（时延响应）报文发送完毕的时间T_km2。

c.从时钟接收到Delay_Resp（时延响应）报文后，立刻在接收中断里面打下此时时间戳T_ks2。

d.主时钟发送Delay_Follow（跟随）报文给从时钟，它里面含有Delay_Resp（时延响应）报文发送的精确时间T_km2。

e.循环操作：重复步骤a到dn次，得到数据(T_ks2,T_km2)，k＝1,2,3,…n，一共n组数据。利用线性回归算法分析这n组数据并计算出评估的最佳频率偏差η*。进一步，步骤e中利用线性回归算法计算评估的最佳频率偏差η*的方法是：首先根据公式（1）、（2），算出n-1对(T_ks,T_km)，k＝1,2,…n-1数据。计算每组(T_ks,T_km)的时机应该从第二次循环就开始，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算。其次记第k次的频率偏差值为η_k。根据公式（3）计算η_k，ρ是晶振制造商给出最大的频率偏移值。计算η_k后过滤掉|η_k＞ρ|的数据对。计算η_k的时机应该从第二次循环开始，紧接着计算(T_ks,T_km)之后，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算。最后根据公式（4）计算出η*，η*即为评估的最佳频率偏差。

f.根据最佳频率偏差η*调整从时钟，使之与主时钟保持频率一致。

S102.统计计算同步的时间偏差、通信时延以及达到指定精度时间同步所需最小报文的数量，完成基于对称性时延的初步时间同步；

A.从时钟发送Delay_burst_req报文给主时钟，并打下本地的时间戳T_js2，发送报文的时机应该是统计计算时钟频率差步骤结束后极短时间内，以确保从时钟频率不会发生太大的变化，与主时钟依然是频率同步的。

B.主时钟收到Delay_burst_req报文打下此时接收的精确时间戳T_jm2，并回送Delay_Resp报文，将时间戳T_jm2发送给从时钟，记下发送Delay_Resp报文的精确时间T_jm3，随后发送Delay_Follow报文，将时间戳T_jm3发送给从时钟，从时钟收到Delay_Follow报文后打下时间戳T_js3。

C.循环步骤：循环A-B循环L次。从时钟得到L组（T_js2,T_js3,T_jm2,T_jm3），j＝1,2,3…L数据。此时从时钟展开计算，利用公式（5）和（6）计算时间偏差与通信时延

D.利用

完成初步的时间同步调整。

E.采用概率同步的机制，计算出n_min。

进一步的，步骤E采用概率同步的机制计算n_min的方法为：

首先利用公式（7）求第j次的传输误差ε_j，j＝1,2,3…L

根据前面计算出来的结果，ε_max可以由max(ε₁,ε₂,…,ε_L)得出，σ_d可以由公式（8）得到，从而利用高斯剪切值n_g以及公式（9）中的n_e求得n_min=max(n_g,n_e)。

如果系统给定了同步失效概率P，则可以判断在下一个阶段中，我们只需最小n_min次sync(同步)报文就可以以1-P概率获得指定精度的时间同步效果。

S103.用最小报文数量完成基于对称性时延精确时间同步。这只是算法第三阶段第一部分。

A.主时钟发送Sync（同步）报文给从时钟，记下发送的精确时间戳T_m1，并在之后的Follow_UP（跟随）报文中嵌入时间戳T_m1发送给从时钟。从时钟接到Sync（同步）报文后打下接收时间戳T_s1。

B.第二阶段已经评估出单向时延

从时钟根据公式（9）计算出时间偏差θ，之后从时钟按照θ进行时间调整。

C.循环步骤：循环步骤A，Bn_min次，则以概率1-P完成了指定精度的时间同步效果。其中P是系统给出的同步失效概率。

图3给出的是算法第三阶段第二部分，即构建以传输误差和传输误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整的模糊控制的同步调整图。

如图3所示，在对传输误差和传输误差变化率评估时，需要异常检查，即判断ε_j≤ε_max+ρR_sync和Δε_j≤ρ，其中R_sync是周期同步间隔时间。如果满足两个条件就进行微量调节，如果不满足，说明网络拓扑发生了大的变化，需要对网络时延进行重新评估。

由于已知了传输误差ε是会呈现高斯分布且在第二阶段已经算出了ε_max，那么传输误差的论域范围为(-|ε_max|,|ε_max|)。可以将传输误差高斯分布按照

中的分界点，将它分成7个区。根据高斯分布的特点，

区间所包围面积已经占到了总体面积的99%以上，故令它的模糊子集为；｛NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB｝，模糊子集的论域为：｛-3、-2、-1、0、1、2、3｝。

Δε_j的也可以按照上面的分析方法将论域范围为(-|ρ|,|ρ|),它的模糊子集为；｛NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB｝，模糊子集的论域为：｛-3、-2、-1、0、1、2、3｝。输出变量θ_j的论域、模糊子集、子集论域与ε_max相同，η的论域、模糊子集、子集论域与Δε_j相同。

模糊控制器模块会依据传输误差的高斯分布曲线图，按照一定的规则生成从时钟调整本地时间偏差θ和频率偏差η规则调整表，完成这一微量调节。两调整表分别见表1和表2。在实际同步调整时，也可以用以下等式进行处理第k次最终的时间偏差和频率差的清晰量分别为

和

等式中的ω_k和λ_k可以根据网络负载的具体情况进行调整。

${\mathrm{\&eta;}}_k^{\mathrm{cal}}={\mathrm{\&omega;}}_k{\mathrm{\&eta;}}_{(k-1)}+(1-{\mathrm{\&omega;}}_k){\mathrm{\&eta;}}_k$

${\mathrm{\&theta;}}_k^{\mathrm{cal}}={\mathrm{\&lambda;}}_k{\mathrm{\&theta;}}_{(k-1)}+(1-{\mathrm{\&lambda;}}_k){\mathrm{\&theta;}}_k+D_{m2s}{\mathrm{\&eta;}}_k.$

表1从时钟时间差θ调整规则

表2从时钟本地频率差η调整规则

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：统计计算时钟频率偏差，完成频率同步；

步骤二：统计计算同步的时间偏差、通信时延以及达到指定精度时间同步所需最小报文的数量，完成基于对称性时延的初步时间同步；

步骤三：用最小报文数量完成基于对称性时延精确时间同步，在后续的过程构建以传输误差和传输误差变化率为输入的模糊控制，进行在线的时间偏差和频率变化的调整。

2.根据权利要求1所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：

步骤一具体包括：

a.从时钟首先发送Delay_Req报文；

b.主时钟在收到Delay_Req报文后，立刻将Delay_Resp报文回送给从时钟，并记下Delay_Resp报文发送完毕的时间T_km2；

c.从时钟接收到Delay_Resp报文后，立刻在接收中断里面打下此时时间戳T_ks2；

d.主时钟发送Delay_Follow报文给从时钟，它里面含有Delay_Resp报文发送的精确时间T_km2；

e.循环操作：重复步骤a到d一共n次，得到数据T_ks2,T_km2，k＝1,2,3,…n，一共n组数据，利用线性回归算法分析这n组数据并计算出评估的最佳频率偏差η*；

f.根据最佳频率偏差η*调整从时钟，使之与主时钟保持频率一致。

3.根据权利要求2所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：步骤e中利用线性回归算法计算评估的最佳频率偏差η*的方法是：

首先根据以下两个公式算出n-1对(T_ks,T_km)，k＝1,2,…n-1数据，计算每组(T_ks,T_km)的时机应该从第二次循环就开始，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算：

T_ks＝T_(k+1)s2-T_ks2、T_km＝T_(k+1)m2-T_km2

其次记第k次的频率偏差值为η_k，根据如下公式计算η_k：

${\mathrm{\&eta;}}_k=\frac{T_{\mathrm{ks}}}{T_{\mathrm{km}}}-1,({\mathrm{\&eta;}}_k<\mathrm{\&rho;})$

ρ是最大的频率偏移值，计算η_k后过滤掉|η_k＞ρ|的数据对；计算η_k的时机应该从第二次循环开始，紧接着计算(T_ks,T_km)之后，而不应认为是等到n次循环结束后一并计算；最后根据以下公式计算出η*，η*即为评估的最佳频率偏差：

$\mathrm{\&eta;}*=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}(T_{\mathrm{im}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_m})(T_{\mathrm{is}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_s})}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{(T_{\mathrm{im}}-\stackrel{\&OverBar;}{T_m})}^2}-1$ 其中 $\stackrel{\&OverBar;}{T_s}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{T}_{\mathrm{is}},\stackrel{\&OverBar;}{T_m}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{n-1}{T}_{\mathrm{im}}.$

4.根据权利要求1所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：

步骤二具体包括：

1）从时钟发送Delay_burst_req报文给主时钟，并打下本地的时间戳T_js2，发送报文的时机为统计计算时钟频率差步骤结束后极短时间内，以确保从时钟频率不会发生太大的变化，与主时钟依然是频率同步的；

2）主时钟收到Delay_burst_req报文打下此时接收的精确时间戳T_jm2，并回送Delay_Resp报文，将时间戳T_jm2发送给从时钟，记下发送Delay_Resp报文的精确时间T_jm3，随后发送Delay_Follow报文，将时间戳T_jm3发送给从时钟，从时钟收到Delay_Follow报文后打下时间戳T_js3；

3）循环步骤：循环1）-2）循环L次，从时钟得到L组（T_js2,T_js3,T_jm2,T_jm3），j＝1,2,3…L数据，此时从时钟展开计算，利用统计平均的方法求得时间偏差与通信时延

4）利用

完成初步的时间同步调整；

5）采用概率同步的机制，计算出n_min。

5.根据权利要求4所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：在步骤3）中，利用以下公式计算的时间偏差

与通信时延

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&theta;}}=\frac{1}{2}[(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}3}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}3})-(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}2}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}2}\left)\right]$

$\stackrel{\&OverBar;}{D}=\frac{1}{2}[(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}3}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}3})+(\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{js}2}-\frac{1}{n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^L{T}_{\mathrm{jm}2}\left)\right]$

6.根据权利要求4所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：在步骤5）中，计算n_min的方法为：

首先利用如下公式计算第j次的传输误差ε_j，j＝1,2,3…L

${\mathrm{\&epsiv;}}_j=(T_{\mathrm{js}3}-\stackrel{\&OverBar;}{D}-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&theta;}})-T_{\mathrm{jm}3},j=\mathrm{1,2,3}...L,$

根据前面计算出来的结果，ε_max可以由max(ε₁,ε₂,…,ε_L)得出，σ_d由以下公式得到：

${\mathrm{\&sigma;}}_d=\sqrt{\frac{1}{L}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^L{({\mathrm{\&epsiv;}}_i-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&epsiv;}})}^2}$

从而利用高斯剪切值n_g以及以下公式中的n_e求得n_min=max(n_g,n_e)：

$n_e=\frac{2{\mathrm{\&sigma;}}_d^2{\left({\mathrm{erfc}}^{-1}\left(p\right)\right)}^2}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\max }^2}$

如果系统给定了同步失效概率P，则可以判断在下一个阶段中，我们只需最小n_min次sync同步报文就可以以1-P概率获得指定精度的时间同步效果。

7.根据权利要求1所述的基于IEEE1588同步机制的TPS时间同步改进算法，其特征在于：步骤三具体包括：

A、主时钟发送Sync同步报文给从时钟，记下发送的精确时间戳T_m1，并在之后的Follow_UP跟随报文中嵌入时间戳T_m1发送给从时钟，从时钟接到Sync同步报文后打下接收时间戳T_s1；

B、由于已经评估出单向时延从时钟根据以下公式计算出时间偏差θ，

$\mathrm{\&theta;}=T_{s1}-T_{m1}-\stackrel{\&OverBar;}{D},$

之后从时钟按照θ进行时间调整；

C、循环步骤：循环步骤A，Bn_min次，则以概率1-P完成了指定精度的时间同步效果，其中P是系统给出的同步失效概率；

D、在n_min次循环步骤后，按照以下公式计算第j次的传输误差ε_j和传输误差变化率Δε_j：

${\mathrm{\&epsiv;}}_j=T_{\mathrm{js}1}-T_{\mathrm{js}1}^{\mathrm{est}}$

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_j=\frac{\mathrm{\&epsiv;}(j+1)-{\mathrm{\&epsiv;}}_j}{T_{(j-+1)m1}-T_{\mathrm{jm}}1}$

根据ε_j≤ε_max+ρR_sync和Δε_j≤ρ对传输误差和传输误差变化率进行异常检查，其中R_sync是周期同步间隔时间；如果满足两个条件就构建以ε_j和Δε_j为模糊系统的输入，主从时钟间的时间偏差θ_j和频率差η_j作为模糊系统的输出，进行微量调节，如果不满足，说明网络拓扑发生了大的变化，需要对网络时延进行重新评估。

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