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IEEE1588时间同步协议在故障测距中的设计与实现

作　者: 张婷
导　师: 陈剑云
学　校: 华东交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 故障测距 时钟同步 IEEE1588 最佳主时钟算法
分类号: U270.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


现在列车的行车安全性越来越受到人们的关注,供电系统的稳定性和可靠性会影响列车的安全行驶,所以准确的定位故障点表现的尤为重要。不仅可以减少大量的人力、物力、财力,还可以缩短维修时间,从而提高供电的可靠性,保证行车的安全性[7]。现代行波故障测距中的D型双端行波原理是利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值,计算故障点到两端测量点之间的距离。为了准确标定故障初始行波浪涌到达故障线路两端测量点的绝对时间,在线路两端均需装设行波采集系统。目前在我国电力系统中广泛应用的同步时钟技术是采用全球定位系统(GPS)作为同步时钟源。然而GPS提供的时钟精度与GPS接收机锁定跟踪卫星的数目、卫星时钟的精度、选择性干扰的强弱：GPS接收机的性能等因素有关,这些因素会导致GPS时钟信号的误差过大或稳定性差,使得两端的秒脉冲信号之间的相对误差可能达到几百微秒到几毫秒或短时间内不能接收到卫星信号,必然会导致测距结果误差过大或测距结果不具有实用性。2002年发布的IEEE1588定义了一种用于分布式测量和控制系统的精密时间协议(precision time protocol PTP),其并不需要很多的资源就可以达到亚微秒级的同步精度。IEEE1588是建立在网络基础上的,但它并不需要为时钟传递建立特别的网络,实现IEEE1588协议只需要在原有的网络上添加时间同步报文,这些报文只占用少量的网络资源,它们只是和控制数据包或其他信息包共享网络。本文主要是研究基于IEEE1588网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准来实现时钟的同步。研究了PTP系统的组成、PTP协议的时钟同步机制、PTP的通信拓扑结构、PTP协议中的最佳主时钟算法、PTP系统的时钟状态管理规范以及PTP系统设备间的时钟同步过程。分析影响时钟同步精度因素:网络元件因素、操作系统与协议栈因素、时钟的不稳定性因素,并提出了相应的补偿方法,实现了IEEE1588协议的纯软件时间同步。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-10
  1.1 课题的背景意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-8
  1.3 本文主要研究内容  8-10
第二章 故障测距与时钟同步技术简介  10-27
  2.1 行波基本理论  10-14
    2.1.1 单相线路行波  10-11
    2.1.2 三相线路行波  11-13
    2.1.3 行波的反射与折射  13-14
  2.2 行波测距基本原理  14-16
    2.2.1 单端行波测距原理  14-15
    2.2.2 双端行波测距原理  15-16
  2.3 IEEE1588在行波故障测距中的应用方案  16-27
    2.3.1 时钟同步系统的各个模块及其功能的设计  18-27
      2.3.1.1 PTP 发送控制模块的实现  20-22
      2.3.1.2 同步报文接收模块  22-23
      2.3.1.3 跟随报文接收模块  23-24
      2.3.1.4 延迟请求响应报文接收模块  24-27
第三章 IEEE1588 时间同步协议的研究  27-38
  3.1 IEEE 1588 的 PTP 协议规范  27
  3.2 IEEE1588 的实现原理  27-38
    3.2.1 同步过程  30-32
      3.2.1.1 偏移测量  30-31
      3.2.1.2 延迟测量  31-32
    3.2.2 最佳主时钟算法  32-38
      3.2.2.1 现场设备 PTP 端口状态分析  33
      3.2.2.2 时钟的状态改变机制  33-34
      3.2.2.3 数据集比较算法  34-36
      3.2.2.4 状态决定算法  36-38
第四章 IEEE1588 时钟同步的实现  38-48
  4.1 引言  38
  4.2 IEEE 1588 时钟同步的软件实现  38-42
    4.2.1 时间戳软件实现方案  39
    4.2.2 软件时钟方案  39-40
    4.2.3 PTP 主要代码  40-42
  4.3 时钟同步精度测试结果  42-43
  4.4 影响时钟同步精度的因素及补偿方法  43-48
    4.4.1 网络元件因素  43-45
      4.4.1.1 对同步精度的影响  43
      4.4.1.2 消除影响的方法  43-45
    4.4.2 操作系统与协议栈因素  45-46
      4.4.2.1 产生原因  45-46
      4.4.2.2 补偿方法  46
    4.4.3 时钟的不稳定性因素  46-48
      4.4.3.1 对同步精度的影响  46-47
      4.3.3.2 补偿方法  47-48
第五章 总结  48-49
  5.1 主要工作回顾  48
  5.2 本课题今后需要进一步研究的地方  48-49
参考文献  49-51
个人简历 在读期间发表的学术论文  51-52
致谢  52-54
附录A BMC 算法主要程序  54-63

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 车辆工程 > 一般性问题 > 车辆测试技术及仪器
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