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分组网时间同步的实现技术研究

作　者: 李心朝
导　师: 王文鼐
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: PTP系统 FPGA 硬件时戳原型设计与实现同步精度
分类号: TN915.09
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前,作为网络基础的传送网已经由TDM向分组化传送网络演进。为兼容基于TDM的PSTN业务,满足3G/LTE无线移动回传网的时间同步要求,分组传送网需要引入高精度的时间同步与定时能力。IEEE1588制定的用于局域网的精确时间协议(PTP),已被扩展到各种分组传送网应用场景。PTP系统及模块的实现技术,是分组传送网同步技术研究与应用的重要课题之一。本文以FPGA嵌入式系统为基础,设计了PTP实现原型。原型系统的FPGA芯片配置了MicroBlaze软核CPU,操作系统采用了PetaLinux,应用程序以开源PTPd软件包为基础。针对PTP系统的硬件取时戳技术,本文采用VHDL语言设计了PTP时钟及时戳的处理软核,并对PTPd的时戳提取流程进行了改进,新增了监测调试功能。在此基础上,开发了能兼容10Mbps和100Mbps的MII的原型系统,可使时间同步精度达到亚微秒级别。本文进一步利用原型系统对四种联网环境的同步性能进行了实验分析,研究了影响同步精度的因素,包括:时戳获取方式、组网方式和无线中继结构。结果表明,相比于软件时戳方法,基于硬件时戳的PTP原型系统,其同步精度最大可提高3个量级;而存在无线中继的网络环境,同步精度存在3个量级的劣化。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-11
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 分组网时钟同步的研究进展  9-10
  1.3 研究目标和论文结构  10-11
第二章精确时间协议  11-22
  2.1 IEEE1588 的同步方式  11-13
  2.2 延时测量精度的技术因素  13-14
  2.3 IEEE1588 的实现技术  14-21
    2.3.1 数据类型  14-15
    2.3.2 时钟特性  15-16
    2.3.3 时钟数据集  16-17
    2.3.4 PTP协议状态机  17-18
    2.3.5 报文的格式  18-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章嵌入式系统的硬件方案设计  22-30
  3.1 基于EDK的嵌入式FPGA开发流程  22-24
  3.2 MII接口  24-26
  3.3 系统方案选择  26-27
  3.4 系统总体架构  27-29
  3.5 本章小结  29-30
第四章 PTP软核的设计  30-35
  4.1 接收时戳获取模块  30-32
  4.2 时钟调整模块  32-33
  4.3 FE接口的采样同步  33-34
  4.4 本章小结  34-35
第五章 PTP系统的软件实现  35-43
  5.1 PTPd的工作流程  35-38
  5.2 定时器的实现  38-39
  5.3 系统调试  39
    5.3.1 命令行的处理  39
    5.3.2 测试数据的存储  39
  5.4 系统配置  39-42
    5.4.1 系统上电自启的过程  40-41
    5.4.2 系统上电自启的实现  41-42
  5.5 本章小结  42-43
第六章测试与分析  43-52
  6.1 PTP软核取时戳功能的测试  43-45
  6.2 软/硬件时戳对同步性能的影响  45-48
  6.3 交换机对同步性能的影响  48-50
  6.4 无线中继对同步性能的影响  50-51
  6.5 本章小结  51-52
第七章总结和展望  52-54
  7.1 本文总结  52
  7.2 研究展望  52-54
参考文献  54-56
致谢  56-57
攻读硕士期间发表的论文  57-58
缩略语  58

分组网时间同步的实现技术研究

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