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基于PTP协议的高精度网络时间同步系统的设计与实现

作　者: 李红亮
导　师: 钟志军; 邢超
学　校: 天津大学
专　业: 软件工程
关键词: PTP协议 NTP协议 时间同步 同步精度
分类号: TP393.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
引　用: 0次
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内容摘要


网络时间同步是指通过网络将各节点的时钟同步到稳定、高精度时间源，整个系统达到时钟一致。PTP协议是IEEE-1588中定义的一种精确时钟同步协议，能达到亚微秒级的同步精度。随着网络技术的飞速发展和分布式系统的广泛应用，越来越多的行业都要求一致、稳定的系统时间，对时间精度的要求也越来越高，在金融、通信、电力、航天等领域已经提出了微秒级同步的要求。目前，网络时钟同步系统普遍采用NTP协议，同步精度只能达到毫秒级，不能满足高精度应用的需求。相比而言，PTP协议通过时间戳确认机制和MAC层时间戳加盖的方式，有效的提高了时间同步精度。然而，受实际传输物理链路上的传输延迟、网卡对数据包的缓存、本地时钟精度不高和同步进程调度时间不确定等因素的影响，PTP协议的同步精度依然不高。为了实现高精度的网络时间同步系统，本文通过对Windows系统环境下影响同步精度的因素进行深入分析，提出了同步数据的过滤和拟合处理算法，实现了同步报文的确认机制，构造了高精度的本地时钟，提高了同步进程的优先级，设计了时钟校正算法，有效的提升了PTP同步系统的同步精度，使本地时钟达到较高的精度。本文最后通过构造测试程序对系统的同步精度进行了测试，结果表明，同步系统可以有效的校正本地时钟，达到了微秒级的同步精度。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章 课题背景与意义  7-10
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 项目来源和研究意义  8-9
  1.3 论文的内容安排  9-10
第二章 网络时间同步协议  10-22
  2.1 网络时间同步技术  10-13
    2.1.1 标准时钟源  10-12
    2.1.2 时间同步方式  12-13
  2.2 NTP 协议  13-16
    2.2.1 NTP 协议同步原理  13-14
    2.2.2 NTP 网络层次结构  14-15
    2.2.3 NTP 协议报文格式  15-16
  2.3 PTP 协议  16-21
    2.3.1 PTP 协议同步原理  16-18
    2.3.2 PTP 网络层次结构  18
    2.3.3 PTP 协议报文格式  18-21
  2.4 NTP 与 PTP 的比较  21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 PTP 时间同步系统的设计  22-36
  3.1 设计分析  22-26
    3.1.1 PTP 协议分析  22
    3.1.2 同步精度影响因素  22-25
    3.1.3 需要解决的问题  25-26
  3.2 数据处理算法  26-28
    3.2.1 数据过滤  26-27
    3.2.2 数据拟合  27-28
  3.3 报文确认机制  28-30
  3.4 高精度本地时钟  30-32
    3.4.1 计算时钟走时  30-31
    3.4.2 获取基准时间  31-32
  3.5 同步进程优先级  32-34
    3.5.1 提高同步进程优先级  32-33
    3.5.2 提高同步线程优先级  33-34
  3.6 时钟校正算法  34-35
    3.6.1 时钟校正方法  34
    3.6.2 时钟校正算法  34-35
  3.7 本章小结  35-36
第四章 PTP 时间同步系统的实现  36-49
  4.1 系统功能模块  36
  4.2 实现环境  36
  4.3 系统 UML 建模  36-38
  4.4 数据处理算法模块的实现  38-41
  4.5 网络通信模块的实现  41-43
  4.6 高精度本地时钟模块的实现  43-44
  4.7 时钟校正算法  44-46
  4.8 系统界面  46-48
    4.8.1 显示同步服务状态  46-47
    4.8.2 配置同步参数  47
    4.8.3 记录同步日志  47-48
  4.9 本章小结  48-49
第五章 实验和测试结果  49-52
  5.1 实验环境  49-50
    5.1.1 硬件环境  49
    5.1.2 软件环境  49-50
  5.2 测试结果  50-51
  5.3 本章小结  51-52
第六章 总结  52-53
参考文献  53-55
发表论文和参加科研情况说明  55-56
附录  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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