CN205283557U - 一种基于同步以太网的ptp时间同步装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，包括主端时间同步部分、从端时间同步部分和连接光纤；主端时间同步部分通过连接光纤以点对点方式连接从端时间同步部分；主端时间同步部分与从端时间同步部分结构相同；该装置具有良好的安全性能，结构简单，成本低，传输距离远，时间同步精度高，可兼容现有以太网络，使用光纤作为传输媒介，在高速以太网基础上增加高精度远距离时间同步功能，在分布式同步数据采集传输中，数据传输距离远、传输的时间同步精度高、数据的传输速率高同时保证数据传输安全可靠，还可在单条链路上实现网络数据传输与时间同步。

Description

一种基于同步以太网的PTP时间同步装置

技术领域

本发明属于网络通信领域，特别涉及一种基于同步以太网的PTP时间同步装置。

背景技术

随着无线通信、软件无线电等技术的发展，分布式天线应用越来越广泛，基于软件无线电尽量靠近天线的设计思想，AD采样模组需要尽量靠近天线端，这就产生了分布式采集节点，每个采集节点都有其各自的本地时钟，在某些应用中必须确保数据的相关性，这就要求各个节点满足一定的时间同步要求。而时间同步，指的就是既要保持各节点的时钟频率同步，也要保证各节点的时钟相位相同。

有一种简单可行的解决方案可以解决不同节点间的同步问题，那就是所有设备共用一个物理振荡器，且振荡器到达各个节点距离相同，但是它的局限性非常大，例如，高频时钟信号无法实现长距离可靠传输，而且，如果同步采集网络所需节点越多，则所连接的电缆就越密集。这种方法仅对距离很近且节点较少的分布式系统可行。因此，在分布式数据同步采集系统中大部分采用时钟同步技术，其可以大大提高系统中各个采集节点采集数据的时间一致性和准确性，从而提高了分布式数据同步采集系统的稳定性和可靠性。

目前分布式时间同步网络主要有三种：

基于卫星导航的时间同步技术，基于卫星导航的时间同步是将所有节点的时钟同步于整个导航系统，虽具有覆盖面广等特点，但安全性不能很好的保证。

基于数据链路层和网络层的时钟同步技术，基于数据链路层和网络层的时钟同步主要有NTP和PTP协议，主要应用于网络上的节点同步，NTP协议是基于应用层的时间同步协议，其精度仅能达到毫秒等级，PTP的工作原理是在一个子网中，根据最佳时钟算法确定某节点的时钟为主时钟，然后主时钟将周期性地发送同步报文，从时钟接受该同步报文，同时也将随即发送延迟请求报文给主端时钟，然后通过同步算法来对自身时钟进行调整。PTP时间戳的加盖与测量在链路层完成，时间同步精度不高。若将加盖时间戳在与物理层连接的MII层实现还可进一步提高精度。

基于IRIG-B码的时钟同步技术，IRIG-B码携带的信息经过译码后即可获得即时的日、时、分、秒等时间信息，该编码已经具有国际通用性，其对时精度可达到微秒级别，但基于IRIG-B码的同步装置结构复杂，需要专用同步链路。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，该装置具有良好的安全性能，结构简单，成本低，传输距离远，时间同步精度高，可兼容现有以太网络。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，包括为主端时间同步部分、从端时间同步部分和连接光纤；

主端时间同步部分提供时钟参考并向从端时间同步部分发送同步报文，从端时间同步部分将本地时钟同步于主端时间同步部分参考时钟，主端时间同步部分与从端时间同步部分结构相同，主端时间同步部分通过连接光纤以点对点方式连接从端时间同步部分。

主端时间同步部分，包括主端处理器、主端以太网MAC层模块、主端时间同步模块、主端时钟模块、主端GTX模块和主端SFP模块；

主端以太网MAC层模块分别与主端处理器、主端时间同步模块、主端GTX模块和主端SFP模块相连接。

从端时间同步部分，包括从端处理器、从端以太网MAC层模块、从端时间同步模块、从端时钟模块、从端GTX模块和从端SFP模块；

从端以太网MAC层模块分别与从端处理器、从端时间同步模块、从端GTX模块和从端SFP模块相连接，从端时间同步模块与从端时钟模块相连接；从端将本地时钟同步于主端参考时钟。

所述处理器用于实现网络协议栈以及对以太网MAC层的控制，使用总线方式与以太网MAC层模块连接；

所述以太网MAC层用于实现以太网数据链路层功能，与时间同步模块连接将接收到的时间戳送入时间同步模块进行处理，与GTX模块连接用于将上层数据或时间同步信息传入后续电路；

所述时钟模块用于将与主端同步后的秒脉冲输出；

所述GTX模块作用是实现高速并行数据与串行数据的转换，与SFP模块连接实现高速串行数据的接收与发送；

所述SFP模块实现平台内GTX模块与光纤链路连接，用于光电信号转换；

所述光纤链路将两端SFP模块连接，用于光信号传输。

所述的主、从端时间同步部分，通过不同配置，可实现主、从端功能交换；

有益效果

本实用新型提供了一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，该装置具有良好的安全性能，结构简单，成本低，传输距离远，时间同步精度高，可兼容现有以太网络，使用光纤作为传输媒介，在高速同步以太网基础上增加高精度远距离时间同步功能，在分布式同步数据采集传输中，数据传输距离远、传输的时间同步精度高、数据的传输速率高同时保证数据传输安全可靠，还可在单条链路上实现网络数据传输与时间同步。

因此设计一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，该装置将时间同步与高速数据传输融合

时间同步原理基于IEEE1588PTP协议的硬件实现并改良，在物理层上加盖时间戳提高时间精度，将测量计数器增加为两个相差半时钟周期的测量计数器，增加恢复时钟相位测量能力，提高时间差测量精度。

附图说明

图1本装置结构连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但不是对本实用新型的限定。

如图1所示，

一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，包括为主端时间同步部分1、从端时间同步部分2和连接光纤9；

主端时间同步部分1通过连接光纤9以点对点方式连接从端时间同步部分2。

主端时间同步部分1与从端时间同步部分2结构相同；

主端时间同步部分1，包括主端处理器3、主端时钟模块4、主端以太网MAC层模块5、主端GTX模块6、主端时间同步模块7和主端SFP模块8；

主端以太网MAC层模块5分别与主端处理器3、主端GTX模块6、主端时间同步模块7和主端SFP模块相连接8，主端时间同步模块7与主端时钟模块4相连接；主端时间同步部分1提供时钟参考并向从端时间同步部分2发送同步报文。

从端时间同步部分2，包括从端时钟模块10、从端处理器11、从端时间同步模块12、-从端SFP模块13、从端以太网MAC层模块14和从端GTX模块15；

从端以太网MAC层模块14分别与从端处理器11、从端时间同步模块12、从端SFP模块13和从端GTX模块相连接15，从端时间同步模块12与从端时钟模块相10连接；从端时间同步部分2将本地时钟同步于主端时间同步部分1参考时钟。

主端时间同步部分1与从端时间同步部分2配置相同，以下进行统一叙述：

所述处理器用于实现网络协议栈以及对以太网MAC层的控制，使用总线方式与以太网MAC层模块连接；

所述以太网MAC层用于实现以太网数据链路层功能，与时间同步模块连接将接收到的时间戳送入时间同步模块进行处理，与GTX模块连接用于将上层数据或时间同步信息传入后续电路；

所述时钟模块用于将与主端同步后的秒脉冲输出；

所述GTX模块作用是实现高速并行数据与串行数据的转换，与SFP模块连接实现高速串行数据的接收与发送；

所述SFP模块实现平台内GTX模块与光纤链路连接，用于光电信号转换；

所述光纤链路将两端SFP模块连接，用于光信号传输。

所述的主、从端时间同步部分，通过不同配置，可实现主、从端功能交换；

本实用新型运用FPGA技术、网络通信技术和时间同步技术，采用光纤通信大大提高传输距离，通过采用IEEE1588协议实现精准同步，通过物理时间戳以及双测量计数器设计提高时间测量精度。

本实用新型提供的基于PTP的时间同步网络模块，分为主、从端两个平台，两个平台硬件配置相同。运行过程为：主端相隔一段时间向从端发送时间戳T1，若从端支持时间同步功能，则记录时间戳到达时间T2，从端向主端发送延迟请求报文并记录发送时间T3，主端收到延迟请求报文时间为T4，并将T4发送给从端，从端根据得到的T1、T2、T3、T4计算出链路延迟和时钟偏移量从而调整本地时钟。

运行操作举例：假设有两套该新型时间同步部分，主端时间同步部分1在上升沿计数器为10，下降沿计数器为10，发送时钟与本地时钟相位差180度，记录同步报文发送时间T1为10.5并将T1发送给从端时间同步部分2；从端时间同步部分2在上升沿计数器为8，下降沿计数器为7，接收恢复时钟与本地时钟相位差0度，接收到同步报文并得到T1，T2记为8；从端时间同步部分2在上升沿计数器为11，下降沿计数器为11，发送时钟与本地时钟相位差180度，记下发送完成延迟请报文时间T3为11.5；主端时间同步部分1在上升沿计数器为17，下降沿计数器为16收到延迟请求报文，接收恢复时钟与本地时钟相位差0度，记下时间T4为17；主端时间同步部分1发送延迟响应报文将T4发给从端；从端时间同步部分2收到包含T4的延迟响应报文后，由计算得到，将上升沿计数器值强行增加4，无需进行本地时钟相位调整，就此完成主从端的一次同步过程。

本新型设计的时间同步原理采用IEEE1588同步原理完成同步，在此基础上采用双测量时钟设计，并增加了相位检测器，两个测量计数相差半时钟周期，测量同步数据帧到达和离开时间的精度相较与单个测量计数器精度明显提高，并使调相器的相位调整范围较少为正负半个本地时钟周期。

本新型设计的同步对象为同样支持该同步方式的应用平台，仅支持点对点连接的两个平台的时间同步，本新型设计同步装置若与普通网络平台连接则只能实现远距离高速数据传输而无法实现时间同步。

Claims (2)

1.一种基于同步以太网的PTP时间同步装置，其特征在于，包括主端时间同步部分和从端时间同步部分，所述主端时间同步部分提供时钟参考并向从端时间同步部分发送同步报文，从端时间同步部分将本地时钟同步于主端时间同步部分参考时钟，主端时间同步部分与从端时间同步部分结构相同，主端时间同步部分通过连接光纤以点对点方式连接从端时间同步部分。

2.根据权利要求1所述的基于同步以太网的PTP时间同步装置，其特征在于，所述主端时间同步部分包括主端处理器、主端时钟模块、主端以太网MAC层模块、主端GTX模块、主端时间同步模块和主端SFP模块；

主端以太网MAC层模块分别与主端处理器、主端GTX模块、主端时间同步模块连接，主端时间同步模块与主端时钟模块相连接，主端GTX模块与主端SFP模块连接；

所述从端时间同步部分包括从端时钟模块、从端处理器、从端时间同步模块、从端SFP模块、从端以太网MAC层模块和从端GTX模块；

从端以太网MAC层模块分别与从端处理器、从端时间同步模块、从端GTX模块相连接，从端时间同步模块与从端时钟模块相连接，从端GTX模块与从端SFP模块连接；

主端SFP模块与从端SFP模块连接。