CN114221732A - 一种带同步质量的高精度乒乓同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，包括如下步骤：依次获取第一乒乓数据与第二乒乓数据，所述第一乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₁₁、对侧接收时间戳t₁₂、对侧发送时间戳t₁₃、本侧接收时间戳T₁₄，所述第二乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₂₁、对侧接收时间戳t₂₂、对侧发送时间戳t₂₃、本侧接收时间戳T₂₄；根据第一乒乓数据与第二乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M；根据比例M，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃；利用M、T₂₃、t₂₃，将待处理的对侧时间戳转换为本侧时间戳，以实现同步。本公开的有益效果在于乒乓同步计算出的数据误差小，可降低保护误动的风险。

Description

一种带同步质量的高精度乒乓同步方法及系统

技术领域

本发明属于继电保护领域，更具体的，涉及一种带同步质量的高精度乒乓同步方法及系统。

背景技术

差动保护因其保护范围清晰、动作快速可靠等优异性能而获得了广泛的应用。为了实现差动保护功能，继电保护装置需要两侧保护装置采样同步。常用的方法是通过乒乓同步法实现两端采样数据的同步。

乒乓同步法的原理是利用所处网络的通信延时稳定且通信路径固定，报文来回传输的延时相同的原理，通过发送一帧乒乓报文并由对侧收到后回复对方接收和发送时间戳的方式，计算出当前网络的通信延时等参数信息。利用这些参数，可通过调整采样时刻或拉格朗日插值重采样等方式，对齐两端的采样数据。

乒乓同步法一般基于两侧装置的晶振时钟，这种方式获取到的时间相对稳定，但如果装置不使用较为昂贵的温补晶振，在实际使用时不同设备的晶振会因温度等原因存在误差，从而造成设备两端的晶振时钟速率不一致的情况，因此使用乒乓同步法对齐的采样数据会存在一定的相角偏差。另外，如果通信网络本身因网络突发流量堵塞等原因，造成某次乒乓同步计算出的数据有较大误差的情况，会直接导致对齐的采样数据出现较大误差，存在保护误动的风险。因此，亟需一种带同步质量的高精度乒乓同步方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提出一种带同步质量的高精度乒乓同步方法。

本发明采用如下的技术方案。

一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，包括如下步骤：

步骤1，依次获取第一乒乓数据与第二乒乓数据，所述第一乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₁₁、对侧接收时间戳t₁₂、对侧发送时间戳t₁₃、本侧接收时间戳T₁₄，所述第二乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₂₁、对侧接收时间戳t₂₂、对侧发送时间戳t₂₃、本侧接收时间戳T₂₄；

步骤2，根据第一乒乓数据与第二乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M；

步骤3，根据比例M，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃；

步骤4，利用M、T₂₃、t₂₃，将待处理的对侧时间戳转换为本侧时间戳，以实现同步。

进一步的，所述第一乒乓数据与第二乒乓数据均通过乒乓法依次由本侧向对侧发送一帧数据产生。

进一步的，所述本侧发送时间戳与本侧接收时间戳基于本侧的晶振时间产生，所述对侧接收时间戳、对侧发送时间戳基于对侧的晶振时间产生。

进一步的，所述比例M＝((T₂₁-T₁₁)/(t₂₂-t₁₂)+(T₂₄-T₁₄)/(t₂₃-t₁₃))/2。

进一步的，所述对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃＝T₂₄-((T₂₄-T₂₁)-(t₂₃-t₂₂)×M)/2。

进一步的，所述方法进一步包括：

步骤5，计算所述待处理的对侧时间戳与转换后的本侧时间戳的绝对差值；

步骤6，计算本侧与对侧的第一误差

步骤7，若所述绝对差值大于所述第一误差D₁，重新获取2组乒乓数据以更新所述M、T₂₃、t₂₃。

进一步的，所述步骤6进一步包括：

获取第三乒乓数据，其中，所述第三乒乓数据早于所述第一乒乓数据产生，所述第三乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₀₁、对侧接收时间戳t₀₂、对侧发送时间戳t₀₃、本侧接收时间戳T₀₄；

根据第三乒乓数据与第一乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M_old；

根据比例M_old，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₁₃对应的本侧时间戳T₁₃；

计算本侧与对侧的第二误差D₂＝|T₂₃-(t₂₃-t₁₃)×M-T₁₃|；

若所述第二误差D₂大于所述第一误差D₁，设置所述第一误差D₁为所述第二误差D₂。

进一步的，|T₁₁-T₂₁|设置为不低于500ms。

进一步的，|t₁₃-t₁₂|以及|t₂₃-t₂₂|设置为不低于100ms。

一种带同步质量的高精度乒乓同步系统，包括：定时发送模块、报文接收模块、对侧乒乓报文回复模块、本侧乒乓报文处理模块与对侧时间戳转换模块；

所述定时发送模块用于定时发送乒乓报文；

所述报文接收模块用于处理和解析收到的乒乓报文；

所述对侧乒乓报文回复模块用于记录报文的对侧接收时间戳、对侧发送时间戳以及本侧发送时间戳；

所述本侧乒乓报文处理模块用于逻辑计算；

所述对侧时间戳转换模块用于将将对侧时间戳转换为本地时间戳。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)乒乓同步计算出的数据误差小，降低保护误动的风险。

附图说明

图1是一种带同步质量的高精度乒乓同步方法的示意图。

图2是一种带同步质量的高精度乒乓同步装置的最简系统结构图。

图3是一种带同步质量的高精度乒乓同步方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

乒乓同步，是一种利用所处网络的通信延时稳定且通信路径固定，通过发送网络探针报文的方式，本侧发送一帧报文，再由对侧回复该报文，通过这样的方式获取当前通信网络的延时等信息，一般用于两侧装置的数据同步。

如图1所示，在其中一个实施例中，提供了一种带同步质量的高精度乒乓同步方法：

图1为连续的两次乒乓报文，其中T代表本侧装置产生的时间戳，t代表对侧装置产生的时间戳。本侧装置通过两次乒乓获取到了本侧和对侧的时间戳：第一次乒乓获取到T₁₁、t₁₂、t₁₃、T₁₄，第二次乒乓获取到T₂₁、t₂₂、t₂₃、T₂₄。

乒乓同步基于所用网络的通信延时稳定且通信路径固定，因此可视为ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄是相等的。其中，这ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄表示通信延时，代表乒乓报文从发送到对侧接收的实际通信延时时间。需要说明的是，T₁₂为对侧收到报文时间戳(即t₁₂)所对应的本侧时间戳。

因此可认为在绝对时间轴中，存在：

(T₂₁-T₁₁)＝(t₂₂-t₁₂)，计算误差只受ΔT₁、ΔT₃影响。

(T₂₄-T₁₄)＝(t₂₃-t₁₃)，计算误差只受ΔT₂、ΔT₄影响。

因此，通过这两组数据，可分别求得两组本侧T和对侧t的换算比例M₁和M₂：

M₁＝(T₂₁-T₁₁)/(t₂₂-t₁₂)

M₂＝(T₂₄-T₁₄)/(t₂₃-t₁₃)

分别使用M₁和M₂按对侧晶振时刻1s，各计算一次本地的晶振时长：

T_{1s_1}＝1s×M₁

T_{1s_2}＝1s×M₂

得出比例M＝(T_{1s_1}+T_{1s_2})/(2×1s)。需要说明的是，此处1s的值不是1，一般标准1s按晶振频率或者CPU主频，比如1s＝1GHz或者1s＝200MHz这样，误差D₁的单位要和时标T、t的单位统一。

另比较T_{1s_1}和T_{1s_2}，可得到误差

利用M，可将(t₂₃-t₂₂)换算为(T₂₃-T₂₂)：(T₂₃-T₂₂)＝(t₂₃-t₂₂)×M。

然后可求出ΔT₃+ΔT₄，参照默认ΔT₃＝ΔT₄，得出ΔT₄和T₂₃：ΔT₃＝ΔT₄＝((T₂₄-T₂₁)-(T₂₃-T₂₂))/2

T₂₃＝T₂₄-ΔT₄

定义本次(根据第一次乒乓的数据T₁₁、t₁₂、t₁₃、T₁₄，以及第二次乒乓的数据T₂₁、t₂₂、t₂₃、T₂₄)同步参数的起始点T、t分别为T₂₃、t₂₃。通过参数T、t、M，计算t₁₃时刻对应的本侧时间戳T_13new：

T_13new＝T-(t-t₁₃)×M

若当前已进行过至少3次乒乓，那么之前基于T₁₁、t₁₂、t₁₃、T₁₄，以及更早的一次乒乓T₀₁、t₀₂、t₀₃、T₀₄，使用相同的方式也可计算出一组参数T_old、t_old、M_old。其中T_old为基于t_old和M_old计算出的t₁₃时刻对应的本侧时间戳T_13old。比较T_13new和T_13old，可得到误差D₂＝|T_13new-T_13old|。

使用D₁和D₂中的最大值，记录为本次计算的误差D。

在实际使用中，可利用计算出的参数T、t、M，将对侧近期任意某时刻的时间戳t_x转换为本地时间戳T_x，通过采样时刻调整或拉格朗日插值重采样等方式实现两侧采样数据的同步，并根据误差D，对当前同步计算结果的精度进行评估，确认当前的同步数据是否可满足后续继电保护功能对采样数据的同步精度需求。

如图2所示，在其中一个实施例中，提供了一种带同步质量的高精度乒乓同步装置的最简系统结构图：

一种带同步质量的高精度乒乓同步装置，最少需包含以下几个模块：

S201，定时发送模块：用于定时发送一帧乒乓报文到对侧对侧，包含本侧装置发送时刻的数据。

S202，报文接收模块：用于处理和解析收到的乒乓报文，需负责：

2.1，分辨此报文是由哪个对侧装置发送的；

2.2，分别此报文是对侧主动发送的乒乓报文，还是对侧回复的报文；

2.3，将对侧主动报文交给模块S203，将对侧回复报文交给模块S204。

S203，对侧乒乓报文回复模块：记录报文中的对侧发送时刻的时间戳(例如：t₁₃、t₂₃)，记录本侧接收此报文时刻的时间戳(例如：t₁₂、t₂₂)，延迟一段时间后，将带上述数据的报文回复给对侧装置，并附带本帧报文发送时刻的时间戳(例如：T₁₁、T₂₁)。

S204，本侧乒乓报文处理模块：记录此帧报文接收时刻的时间戳，并从报文中获取本侧发送时刻的时间戳、对侧接收时刻的时间戳、对侧发送时刻的时间戳，按带同步质量的高精度乒乓同步方法计算得出新的同步参数T、t、M。

S205，对侧时间戳转换模块：使用模块S204更新的参数T、t、M，将对侧时间戳转换为本地时间戳。

基于此，一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，解决现有乒乓同步精度不高，因网络异常等问题造成同步数据有较大误差时，容易造成保护误动的问题。

一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，包括以下步骤：

步骤1，定时使用乒乓法收集本侧发送时间戳、对侧接收时间戳、对侧发送时间戳、本侧接收时间戳；

优选地，对于步骤1，使用乒乓法收集的本侧发送时间戳、对侧接收时间戳、对侧发送时间戳、本侧接收时间戳，均基于本侧和对侧装置的晶振时间产生。

优选地，使用乒乓法收集本侧发送时间戳、对侧接收时间戳、对侧发送时间戳、本侧接收时间戳还包括：

步骤1.1，由本侧发送一帧乒乓报文到对侧，并记录发送时间戳。

步骤1.2，由对侧装置接收到这帧报文，记录对侧接收时间戳。

步骤1.3，对侧延迟一段时间后回复此报文，并在报文中附带对侧装置的对侧接收时间戳和对侧发送时间戳。

步骤1.4，本侧装置收到回复报文，记录本侧接收时间戳，并从报文中获取到对侧接收时间戳和对侧发送时间戳。

优选的，对于步骤1，乒乓法收集本侧发送时间戳、对侧接收时间戳、对侧发送时间戳、本侧接收时间戳的操作需要定时执行，并最少连续记录最近的2组数据。

步骤2，使用连续两次的乒乓数据计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M，并计算出误差值D₁；

优选的，对于步骤2，使用连续两次的乒乓数据计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M，M的计算方式为：

步骤2.1，计算两次乒乓数据中本侧发送时间间隔，以及对侧接收时间间隔，得到两侧时间比例M₁。

步骤2.2，同理，使用两次乒乓数据中对侧发送时间间隔和本侧接收时间间隔，得出两侧时间比例M₂。

步骤2.3，利用M₁和M₂分别计算对侧晶振时间1秒时间对应本侧的时间长度，按两个时间长度的平均值，与对侧1秒长度，计算出两侧晶振时间的比例M。

优选的，对于步骤2，误差值D₁的计算方式为：使用M₁和M₂分别计算对侧1秒时间对应本侧的时间长度，两个时间长度的差，作为误差值D₁。

步骤3，使用时间比例M计算得到通信延时ΔT，并得到最新一次乒乓数据中对侧发送时间戳t对应的本侧时间戳T；

优选的，对于步骤3，使用时间比例M计算得到通信延时ΔT的计算方式为：

步骤3.1，将最新一次乒乓的对侧发送时间戳减去对侧接收时间戳，得到对侧装置延时，按比例M换算为本侧延时。

步骤3.2，将本侧接收时间戳减去本侧发送时间戳，得到本次乒乓的时长，扣除对侧装置延时，为本次乒乓发送和回复的总通信延时。

步骤3.3，因乒乓同步法的基础是利用报文来回传输的延时相同，因此可视为发送报文的通信延时等于回复报文的通信延时，将总通信延时除以2，得到单次通信延时ΔT。

优选的，对于步骤3，对侧发送时间戳t对应的本侧时间戳T的计算方式为：将本侧接收时刻减去单次通信延时ΔT，可得到对侧发送时间戳t对应的本侧时间戳T。

步骤4，若已有连续记录最近3组以上的乒乓数据，可使用参数T、t、M，计算上一次乒乓数据中对侧发送时间戳t_old对应的本侧时间戳T_old，与上一次的计算结果比较，计算出误差值D₂；

优选的，对于步骤4，使用参数T、t、M，计算上一次乒乓数据中对侧发送时刻t_old对应的本侧时间戳T_old的计算方式为：

步骤4.1，基于参数t，计算t到t_old的时差。

步骤4.2，使用参数M，将对侧时差换算为本侧时差。

步骤4.3，基于参数T，偏移时差得到t′时刻对应的本地时间戳T_old。

优选的，对于步骤4，计算误差值D₂的方法为，读取上一次乒乓计算得出的参数T_old，与本次使用新参数计算出的本地时间戳T′相减，得出误差值D₂。

步骤5，使用D₁和D₂的最大值，作为本次计算的误差值D。

优选的，对于步骤5，误差值D的计算方法为：将D₁和D₂求绝对值，并取其中的最大值，记录为D。

优选的，为减小误差，每两次乒乓的触发间隔可设置为不低于500ms，对侧收到报文后的回复报文间隔时间可设置为不低于100ms。

优选的，通过T、t、M参数可计算得出对侧近期任意某时刻对应的本侧时间戳，计算方法同步骤4，通过这种方式可以将对侧某采样时刻的时间戳转换为本侧时间戳，用于采样时刻调整或拉格朗日插值重采样，实现两侧采样数据的同步。

优选的，对侧设备也可使用相同的方式，实现对侧与本侧设备的采样同步。

优选的，某装置可与多个与之相连的装置之间，可通过独立的给每个装置发送乒乓报文的方式，并独立计算与每个装置之间的T、t、M参数，实现与多个装置之间的采样数据同步。

图3给出了一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，包括如下步骤：

步骤1，依次获取第一乒乓数据与第二乒乓数据，所述第一乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₁₁、对侧接收时间戳t₁₂、对侧发送时间戳t₁₃、本侧接收时间戳T₁₄，所述第二乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₂₁、对侧接收时间戳t₂₂、对侧发送时间戳t₂₃、本侧接收时间戳T₂₄；

步骤2，根据第一乒乓数据与第二乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M；

步骤3，根据比例M，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃；

步骤4，利用M、T₂₃、t₂₃，将待处理的对侧时间戳转换为本侧时间戳，以实现同步。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，依次获取第一乒乓数据与第二乒乓数据，所述第一乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₁₁、对侧接收时间戳t₁₂、对侧发送时间戳t₁₃、本侧接收时间戳T₁₄，所述第二乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₂₁、对侧接收时间戳t₂₂、对侧发送时间戳t₂₃、本侧接收时间戳T₂₄；

步骤2，根据第一乒乓数据与第二乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M；

步骤3，根据比例M，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃；

步骤4，利用M、T₂₃、t₂₃，将待处理的对侧时间戳转换为本侧时间戳，以实现同步。

2.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述第一乒乓数据与第二乒乓数据均通过乒乓法依次由本侧向对侧发送一帧数据产生。

3.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述本侧发送时间戳与本侧接收时间戳基于本侧的晶振时间产生，所述对侧接收时间戳、对侧发送时间戳基于对侧的晶振时间产生。

4.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述比例M＝((T₂₁-T₁₁)/(t₂₂-t₁₂)+(T₂₄-T₁₄)/(t₂₃-t₁₃))/2。

5.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述对侧发送时间戳t₂₃对应的本侧时间戳T₂₃＝T₂₄-((T₂₄-T₂₁)-(t₂₃-t₂₂)×M)/2。

6.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述方法进一步包括：

步骤5，计算所述待处理的对侧时间戳与转换后的本侧时间戳的绝对差值；

步骤6，计算本侧与对侧的第一误差

步骤7，若所述绝对差值大于所述第一误差D₁，重新获取2组乒乓数据以更新所述M、T₂₃、t₂₃。

7.根据权利要求6所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：所述步骤6进一步包括：

获取第三乒乓数据，其中，所述第三乒乓数据早于所述第一乒乓数据产生，所述第三乒乓数据包括：本侧发送时间戳T₀₁、对侧接收时间戳t₀₂、对侧发送时间戳t₀₃、本侧接收时间戳T₀₄；

根据第三乒乓数据与第一乒乓数据，计算对侧晶振时间和本地晶振时间的比例M_old；

根据比例M_old，计算出第二乒乓数据中对侧发送时间戳t₁₃对应的本侧时间戳T₁₃；

计算本侧与对侧的第二误差D₂＝|T₂₃-(t₂₃-t₁₃)×M-T₁₃|；

若所述第二误差D₂大于所述第一误差D₁，设置所述第一误差D₁为所述第二误差D₂。

8.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：|T₁₁-T₂₁|设置为不低于500ms。

9.根据权利要求1所述的一种带同步质量的高精度乒乓同步方法，其特征在于：|t₁₃-t₁₂|以及|t₂₃-t₂₂|设置为不低于100ms。

10.一种带同步质量的高精度乒乓同步系统，用于执行如权利要求1至9所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：定时发送模块、报文接收模块、对侧乒乓报文回复模块、本侧乒乓报文处理模块与对侧时间戳转换模块；

所述定时发送模块用于定时发送乒乓报文；

所述报文接收模块用于处理和解析收到的乒乓报文；

所述对侧乒乓报文回复模块用于记录报文的对侧接收时间戳、对侧发送时间戳以及本侧发送时间戳；

所述本侧乒乓报文处理模块用于逻辑计算；

所述对侧时间戳转换模块用于将将对侧时间戳转换为本地时间戳。

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