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IEEE1588在分布式网络测量与控制系统中应用的研究

作　者: 邱芬
导　师: 朱宗玖
学　校: 安徽理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 时间同步 PTP协议 IEEE1588 分布式网络测量与控制系统
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
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内容摘要

高精密时间同步技术越来越多地应用于工程和技术领域,基于同步的数据采集技术、计算机支持的协同工作环境,以及多媒体信息同步等都需要高精度和高准确度的时间同步技术。而对于分布式网络测量与控制系统,时间同步是分布在不同地点的工作站之间协同工作的基础。由于各个设备之间的时钟差异和测控数据在网络中的传输延迟等因素造成分布式测控系统的同步精度差,达不到实时性的要求。这些问题是分布式系统的固有问题,难以用现有技术加以解决或抑制。2002年出现的IEEE1588协议标准是专门应用于分布式网路测量与控制系统中的协议,此标准对控制网络中的现场设备时间同步的高精度带来了希望,并使IEEE1588全面应用于工业控制领域成为可能。本文重点介绍了应用在网络中的时间同步技术,分别介绍了传统时间同步、NTP时间同步、IEEE1588时间同步标准,证明了在各种同步协议中,IEEE1588标准是时间同步精度最高的、最适用于分布式网络测量与控制系统中的时间同步标准。在此基础上,本文对IEEE1588时钟同步关键技术进行了认真的研究,对IEEE1588的同步过程作了详细的阐述,对IEEE1588协议的关键算法—最佳主时钟算法进行了详细的分析,完成了最佳主时钟算法的主程序。由于IEEE1588协议对系统和网路的资源占用较少,模块化的应用对原系统的改动较小,使得该协议有广泛的应用空间。本文分析了IEEE1588在分布式声与振动信号检测系统中的具体应用。由于实施方案的不同及各种因素的影响,该协议所能实现的同步精度也不一样,本文对影响时钟同步精度的因素进行了逐一分析,并给出了相应的解决方案。图[30]表[2]参[50]

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-20
  1.1 引言  14
  1.2 课题研究背景  14-15
  1.3 国内外研究现状  15-18
    1.3.1 IEEE588的应用领域  16-17
    1.3.2 国外应用实例  17-18
  1.4 论文结构  18-20
2 时间同步技术及其发展  20-32
  2.1 时间同步概述  20
  2.2 主要的时间同步技术  20-21
  2.3 传统网络时间同步技术  21-22
  2.4 NTP协议  22-25
    2.4.1 NTP的工作模式  23
    2.4.2 NTP的工作原理  23-24
    2.4.3 NTP的网络体系结构  24-25
  2.5 IEEE1588精确时钟同步协议概述  25-30
    2.5.1 IEEE1588协议产生的背景  25-26
    2.5.2 IEEE1588协议的特点  26-27
    2.5.3 IEEE1588协议的基本原理  27-30
  2.6 本章小结  30-32
3 IEEE1588精确时钟同步关键技术的研究  32-58
  3.1 IEEE1588标准规范  32-37
    3.1.1 IEEE1588时钟和报文  32-35
    3.1.2 IEEE1588的网络体系结构  35-37
  3.2 IEEE1588的系统结构和时钟同步模型  37-41
    3.2.1 IEEE1588的系统结构  38-39
    3.2.2 IEEE1588的同步模型  39-41
  3.3 IEEE1588关键算法  41-48
    3.3.1 最佳主时钟算法  41-47
    3.3.2 本地时钟同步算法  47-48
    3.3.3 时钟变量算法  48
  3.4 PTP时钟端口状态管理规范  48-57
    3.4.1 PTP协议引擎状态机模型  48-50
    3.4.2 PTP时钟端口状态的转换  50-52
    3.4.3 PTP报文接收流程  52-57
  3.5 本章小结  57-58
4 IEEE1588时钟同步性能分析及在分布式系统中的应用  58-68
  4.1 时钟同步实现的机制以及影响时钟同步精度的因素  58-61
    4.1.1 时钟同步的实现机制  58-59
    4.1.2 影响时钟同步精度的因素  59-61
  4.2 提高时钟同步精度的方案  61-64
    4.2.1 时钟晶振补偿  61-62
    4.2.2 修改时间戳的记录方式  62-63
    4.2.3 采用特殊的网络元器件  63-64
  4.3 IEEE1588在分布式网络测量与控制系统中的应用  64-67
    4.3.1 IEEE1588在分布式数据采集系统中的应用  64-65
    4.3.2 分布式声与振动信号监测系统结构和功能  65-66
    4.3.3 IEEE1588的模块化应用  66-67
  4.4 本章小结  67-68
5 总结与展望  68-70
  5.1 全文总结  68-69
  5.2 工作展望  69-70
参考文献  70-73
附录A BMC算法主程序  73-79
致谢  79-80
作者简介及读研期间主要科研成果  80

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