CN105467827B - 一种基于集中器的非对称时钟的校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于配电网运行安全技术领域，具体涉及一种基于集中器的非对称时钟的校正方法及系统，所述校正系统包括：包括前置采集机、时钟故障识别器、时钟校正机和NTS时钟装置，前置采集机负责接收集中器时钟报文发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器通过内部算法识别时钟故障，同时将识别结果发送至时钟校正机，所述时钟校正机与NTS时钟装置建立通信连接，所述时钟校正机接收校正指令和NTS时钟装置的时钟校正报文，根据非对称时钟算法进行时钟校正分析，将校正分析结果以及校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机下发至集中器进行时钟校正。本发明易于检查和纠错，应用于现场集中器时钟故障排除工作中供了一套方便、高效的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于配电网运行安全技术领域，具体涉及一种基于集中器的非对称时钟的校正方法及系统。
背景技术
传统居民电费结算过程中电能采集系统使用机械式抄表例日的管理模式，抄表时间的不固定，成功率低，随意性高，存在无法精确核算低压居民用户月度的电量、同时抄表数据无法有效溯源等问题。从2012年7月开始，国内全面开始实行居民月度阶梯电价政策，以居民的月度电量为结算依据，所以电费结算对采集设备的时钟准确率要求很高，若集中器时钟存在偏差，则电能采集系统通过集中器对电能表对时，也会造成电能表时间出现偏差，可能会影响结算电量，对居民月度电量结算造成极大的影响。
因此通过开发一种基于集中器的时钟故障校正系统，提出“非对称式”集中器时钟校正算法，根据该算法校正集中器设备的时钟，对于解决集中器时钟故障问题具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种准确率高、实行性强、校正过程中数量少的基于集中器的非对称时钟校正方法及系统，本发明的，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于集中器的非对称时钟的校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设定P为网络上相互连接的节点,设时钟故障识别器的本地时钟Hpr(t)；
(2)设定集中器的本地时钟为Hpi(t),前置采集机采集集中器的本地时钟信息，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器根据其内部算法进行计算；
(3)设定一个常数Δi，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值大于常数Δi，则集中器本地时钟异常，需要进行时钟校正，同时发送校正指令至时钟校正机，根据计算结果将集中器时钟信息发送至时钟校正机进行非对称时钟计算，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值小于常数Δi，表明该集中器时钟为精准时钟，不需要更新；
(4)时钟故障识别器发送时钟故障校正指令至时钟校正机，由时钟校正机根据非对称时钟进行计算得到校正指令，并将校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机将校正指令发送至集中器进行时钟校正。
优选地，所述非对称时钟计算按如下步骤进行：
(21)设置NTS时钟装置的本地时钟X1为最高一级基准时钟作为整个时钟同步源，而直接接收基准时钟的设备，其本地时钟为二级时钟，其余为三级时钟；
(22)每一级时钟都与其上一级同步，在整个网络中NTS时钟装置的基准时钟为一级时钟，将NTS时钟装置的基准时钟经同步分配网分配给下面的各级时钟，直接接收NTS基准时钟的为二级时钟设备，其负责下发时钟同步命令至三级时钟集中器；
(23)在时钟下发过程中，时钟X1每经过一个时钟设备，会记录传送的延迟值，在整个网络中同时会存在X2,X3…，Xn，由于X1携带信息有时钟信号以及其传送延迟值，各时钟设备根据接收到的时钟进行非对称计算最终得到需要校正的时钟。
作为本发明进一步地优选技术方案，所述常数Δi不超过5分钟，以致不会影响集中器计量的精度，而造成时钟校正过程中不够精准的问题。
一种基于集中器的非对称时钟校正系统，其特征在于：包括前置采集机、时钟故障识别器、时钟校正机和NTS时钟装置，所述集中器与前置采集机通过GPRS/CDMA公用网络建立通信连接，前置机采集分别与时钟故障识别器、时钟校正机建立以太网通信连接，所述时钟故障识别器还与时钟校正机建立通信连接，所述前置采集机负责接收集中器时钟报文，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器通过内部算法识别时钟故障，由时钟故障识别器通过内部算法识别时钟故障，同时将识别结果发送至时钟校正机，所述时钟校正机与NTS时钟装置建立通信连接，所述时钟校正机同时接收校正指令和NTS时钟装置的时钟校正报文，并根据非对称时钟算法进行集中器时钟校正计算分析，将校正分析结果以及校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机下发至集中器进行时钟校正。
优选地，所述NTS时钟装置负责接收北斗以及GPS卫星授时报文同时下发至时钟校正机，其主要采用NTP广播方式，同时支持IPV4、IPV6、NTP、SNTP、FTP协议。
综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，本发明具有以下显著效果：本发明的校正方法具有优点准确率高，实行性强，校正过程中数量少。本发明易于检查和纠错，易于理解、可靠性高，可操作性强，应用于现场集中器时钟故障排除工作中，提升集中器数据采集的准确度和时钟准确性，为实现计量自动化集中器时钟故障处理提供了一套方便、高效的解决方案。同时该发明提出的方法具有可扩展性，不仅应用于集中器时钟校正，而且也可应用于配变监测终端、负荷管理终端、电能表、服务器等计量以及网络设备时钟校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于集中器的非对称时钟校正系统的原理图。
图2是本发明一种基于集中器的非对称时钟的校正方法的校正流程图。
图3是本发明一种基于集中器的非对称时钟的校正方法的非对称时钟计算流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1，对本发明的一种基于集中器的非对称时钟校正系统，其特征在于：包括前置采集机、时钟故障识别器、时钟校正机和NTS时钟装置，所述集中器与前置采集机通过GPRS/CDMA公用网络建立通信连接，前置机采集分别与时钟故障识别器、时钟校正机建立以太网通信连接，所述时钟故障识别器还与时钟校正机建立通信连接，所述前置采集机负责接收集中器时钟报文，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器通过内部算法识别时钟故障，同时将识别结果发送至时钟校正机，所述时钟校正机与NTS时钟装置建立通信连接，所述时钟校正机接收校正指令和NTS时钟装置的时钟校正报文，并根据非对称时钟算法进行集中器时钟校正分析计算，计算出最佳时钟，根据“越接近基准时钟越准确”原则进行最佳时钟匹配。所述时钟校正机根据校正分析结果以及校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机下发至集中器，所述NTS时钟装置负责接收北斗以及GPS卫星授时报文同时下发至时钟校正机，其主要采用NTP广播方式，同时支持IPV4、IPV6、NTP、SNTP、FTP协议。
所述时钟故障识别器，其主要负责接收前置机发送的集中器时钟型号，根据其时钟故障识别算法Hpr(t)-Hpi(t)＞Δi进行计算，同时计算结果发送至时钟校正机，其主要采用Xeon-E5-2600芯片组成，主频2000MHz；其本地时钟由时钟寄存器生成，采用DS1302结构时钟芯片以及普通32.768kHz晶振。
所述时钟校正机，接收时钟故障识别器发送的校正指令，同时接收NTS时钟装置的时钟校正报文，根据时钟校正机其核心算法“非对称”时钟算法进行校正分析，最后将校正结果以及校正指令发送至前置机采集机，再由前置机采集机下发至集中器进行时钟校正，其主要构成Intel Xeon E5-2690芯片组成，主频2900MHz；其本地时钟由时钟寄存器生成，采用DS1302结构时钟芯片以及普通32.768kHz晶振。
如图2所示，一种基于集中器的非对称时钟的校正方法，本发明中，在整个网络中所有的需要时钟校正的设备称之为“节点”，其中基准时钟为一级节点，直接接收基准时钟的节点称之为二级节点，其余节点为三级节点，二级节点发送包含当前逻辑时钟值的信息给其他三级的节点；三级节点接收远处节点发来的含有时间信息的数据修正自己的逻辑时钟，根据节点之间发送信息时钟的所需要的虚拟路径进行计算，本发明中所述校正方法包括以下步骤：
(1)设定P＝(P1,P2,…Pn)为网络上相互连接的节点,设时钟故障识别器的本地时钟Hpr(t)；
(2)设定集中器的本地时钟为Hpi(t),前置采集机采集集中器器的本地时钟信息，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器根据其内部算法进行计算；
(3)设定一个常数Δi，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值大于常数Δi(即时钟故障识别内部根据|Hpr(t)-Hpi(t)|＞Δi进行计算)，则集中器时钟异常，需要进行时钟校正，同时发送校正指令至时钟校正机，根据计算结果将集中器时钟信息发送至时钟校正机进行非对称时钟计算，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值小于常数Δi，表明该集中器时钟为精准时钟，不需要更新；
具体地，在本发明中，时钟故障识别器对集中器时钟的故障识别，首先是由前置采集机以报文的方式发送集中器时钟信息至时钟故障识别器进行时钟故障识别器，其次，时钟故障识别器接收该报文后，进行解析得到集中器本地时钟Hpi(t)，同时时钟故障识别器读取自身时钟寄存器的本地时钟Hpr(t)，根据|Hpr(t)-Hpi(t)|＞Δi计算公式进行时钟故障判断，其中明确定义Δi初始化为5分钟。如果|Hpr(t)-Hpi(t)|大于Δi，则该集中器时钟异常，需要进行时钟校正，根据计算结果将集中器时钟信息发送至时钟校正机进行计算，如果|Hpr(t)-Hpi(t)|小于Δi，表明该集中器时钟为精准时钟，不需要更新。
(4)时钟故障识别器发送时钟故障校正指令至时钟校正机，由时钟校正机根据非对称时钟进行计算得到校正指令，并将校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机将校正指令发送至集中器进行时钟校正。
如图3所示，非对称时钟算法在整个网络中的最高一级时钟称为基准主时钟，即NTS时钟装置的本地时钟X1为基准时钟，是整个网络的时钟同步源，而直接接收基准时钟的节点，即该节点的本地时钟为二级时钟，其余为三级时钟，所述非对称时钟计算按如下步骤进行：
(一)设置NTS时钟装置的本地时钟X1为最高一级基准时钟作为整个时钟同步源，直接接收基准时钟本地设备的时钟为二级时钟，其余为三级时钟；
(二)每一级时钟都与其上一级同步，在整个网络中NTS时钟装置的基准时钟为一级时钟，将NTS时钟装置的基准时钟经同步分配网(即定时基准分配网)分配给下面的各级时钟，NTS基准时钟其发其本地时钟X1至二级时钟设备，同时二级时钟设备将二级时钟下发至三级时钟集中器。
(三)在时钟下发过程中，时钟X1每经过一个时钟设备，会记录传送的延迟值，在整个网络中同时会存在X2,X3…，Xn，由于X1携带信息有时钟信号以及其传送延迟值，在整个网络中一、二、三级时钟设备不仅仅只有一个，所以X1也不仅仅只有一个，同时会存在X2,X3…，Xn。本地时钟X1携带的时钟信号以及传送延迟值，各时钟设备根据接收到的时钟进行非对称计算最终得到需要校正的时钟。其算法具体的工作原理如下：
a)集中器首先接收前置机采集发送的时钟校正信息X1，然后集中器读取时钟存储器的本地时钟A1，如果A1是1级或2级时钟，即是基准时钟或者直接接收基准时钟的节点.则A1＝X1，即直接更新X1的时钟信息,即：
当A1！＝1、2级时钟级别，则A1＝X1；
b)如果集中器本地时钟A1的时钟不是1或2级时钟，则用需要比对A1和集中器收到的同步报文中(时钟校正信息)的X1，然后计算集中器A1和集中器接收到的数据集X＝(X1,X2,X3…，Xn)延迟值，延迟值是根据发送时间请求的起始时间T0以及接收时钟请求的截止时间T1来进行计算，延时值分别用A1lens、X2lens，……,Xnlens表示，则计算出A1lens，X2lens，分别根据A1、X1、X2,发送时间请求的起始时间T0，以及接收时钟请求的截止时间T1，则满足：
A1lens＝A1+(T0-T1)/2；
X2lens＝X2,+(T0-T1)/2；
c)若集中器的则设本地时钟为精准时钟，不需要更新，则用非对称时钟算法计算集中器A1与集中器接收到的时钟报文中其他X集比较，直到X集，所有值计算结束，最终得到集中器接收到的所有时钟指令中的最佳时钟X2，即X2lens<A1lens，表示延迟值最小；
当
则A1＝A1；
当或(X2lens<A1lens)；
则A1＝X2；
上述非对称计算中，集中器根据接收到的报文进行本地时钟更新，同时将本地时钟相关参数对当前数据集、父数据集进行传送。当则集中器接收时钟同步报文后，不立即更新，等待集中器接收的所有时钟报文中后，根据计算得到最佳时钟X2进行更新。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于集中器的非对称时钟的校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设定P为网络上相互连接的节点,设时钟故障识别器的本地时钟Hpr(t)；
(2)设定集中器的本地时钟为Hpi(t),前置采集机采集集中器的本地时钟信息，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器根据其内部算法进行计算；所述内部算法包括：
(3)设定一个常数Δi，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值大于常数Δi，则集中器本地时钟异常，需要进行时钟校正，同时发送校正指令至时钟校正机，根据计算结果将集中器时钟信息发送至时钟校正机进行非对称时钟计算，如果Hpr(t)与Hpi(t)差的绝对值小于常数Δi，表明该集中器时钟为精准时钟，不需要更新；
(4)时钟故障识别器发送时钟故障校正指令至时钟校正机，由时钟校正机根据非对称时钟进行计算得到校正指令，并将校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机将校正指令发送至集中器进行时钟校正；
所述非对称时钟计算按如下步骤进行：
(21)设置NTS时钟装置的本地时钟X1为最高一级基准时钟，作为整个时钟同步源，而直接接收基准时钟的设备，其本地时钟为二级时钟，其余为三级时钟；
(22)每一级时钟都与其上一级同步，在整个网络中NTS时钟装置的基准时钟为一级时钟，将NTS时钟装置的基准时钟经同步分配网分配给下面的各级时钟，直接接收NTS基准时钟的为二级时钟设备，其负责下发时钟同步命令至三级时钟集中器；
(23)在时钟下发过程中，时钟X1每经过一个时钟设备，会记录传送的延迟值，在整个网络中同时会存在X2,X3…，Xn，由于X1携带信息有时钟信号以 及其传送延迟值，各时钟设备根据接收到的时钟进行非对称计算最终得到需要校正的时钟。
2.根据权利要求1所述的一种基于集中器的非对称时钟的校正方法，其特征在于：所述常数Δi不超过5分钟。
3.一种基于集中器的非对称时钟校正系统，其特征在于：包括前置采集机、时钟故障识别器、时钟校正机和NTS时钟装置，所述集中器与前置采集机通过GPRS/CDMA公用网络建立通信连接，前置机采集分别与时钟故障识别器、时钟校正机建立以太网通信连接，所述时钟故障识别器还与时钟校正机建立通信连接，所述前置采集机负责接收集中器时钟报文，发送至时钟故障识别器，由时钟故障识别器通过内部算法识别时钟故障，同时将识别结果发送至时钟校正机，所述时钟校正机与NTS时钟装置建立通信连接，所述时钟校正机同时接收校正指令和NTS时钟装置的时钟校正报文，并根据非对称时钟算法进行集中器时钟校正计算分析，将校正分析结果以及校正指令发送至前置采集机，再由前置采集机下发至集中器进行时钟校正。
4.根据权利要求3所述的一种基于集中器的非对称时钟校正系统，其特征在于：所述NTS时钟装置负责接收北斗以及GPS卫星授时报文同时下发至时钟校正机，其主要采用NTP广播方式，同时支持IPV4、IPV6、NTP、SNTP、FTP协议。
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