ptp同步时钟设备在武汉某公司成功投运

2016年08月，我公司自主研发生产的ptp同步时钟设备在武汉地震科学仪器研究院有限公司成功投运。

PTP同步时钟设备简介

    ptp同步时钟设备支持IEEE1588-2008，PTP V2的主时钟（Grandmaster Clock），使用GPS作为时钟参考源，拥有纳秒级的时间传输精度，支持数千台PTP从时钟。为用户提供精确、标准、安全、可靠和多功能的时间服务，是一款实现时间同步的实用时钟设备。

产品功能

1)以GPS定时信号建立时间参考；

2)支持标准的PTP V2,IEEE1588-2008等网络对时协议；

3)串口授时，秒发送一次时、分、秒、年、月、日北京时间信息；

4)提供1路PTP授时网口,支持1 step 或 2 steps ；

5)提供1路IRIG-B(DC)码；

6)输出定时同步信号（1PPS），TTL接口输出；

7)LCD钟面（年月日、时分秒）显示；

产品特点

a)性价比高，应用广泛；

b)授时精度高；

c)整体功耗小，采用无风扇设计，运行可靠稳定；

d)可运行为主时钟源或从时钟源；

e)支持端到端(end to end)或点对点(peer to peer)模式；

f)支持Pre-Master模式，主时钟热备份，热切换功能。

PTP协议简介

PTP协议基于同步数据包被传播和接收时的最精确的匹配时间,每个从时钟通过与主时钟交换同步报文而与主时钟达到同步。这个同步过程分为两个阶段:偏移测量阶段和延迟测量阶段。

第一阶段修正主时钟与从时钟之间的时间偏差,称为偏移测量。为了提高修正精度,考虑主时钟到从时钟的报文传输延迟等待时间的因素,即延迟测量,这是同步过程的第二个阶段。与偏移测量不同,延迟测量是不规则进行的,其测量间隔时间比偏移值测量间隔时间要大。这样使得网络尤其是设备终端的负荷不会太大。

经过延时报文的请求和应答以及同步报文的时间标记,可以计算出两个方向的平均传输延时,在以后的计算中就可以使用。实际上偏移与延时值的测量是互相影响的,要经过多次测量和计算,才会逐步收敛到接近实际值。测量时间间隔的选取很重要,选择间隔短时通信负荷较重,间隔过长则不能保证同步的精度,所以同步和延时的测量间隔应根据同步要求和系统配置选择。

PTP同步时钟作为一种主从同步系统，在系统的同步过程中，主时钟周期性发布1588v2时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。IEEE1588可以同时实现频率同步和时间同步，时间传递的精度保证主要依赖于两个条件计数器频率准确和链路的对称性。

PTP同步时钟设备的特点

1)PTP适合用于支持多播消息的分布式网络通信系统，例如EtherNet。同时提供单播消息的支持。协议支持多种传输协议，例如UPD/IPv4，UDP/IPv6，Layer-2EtherNet，DeviceNet。协议采用短帧传输，且数据帧少，算法简单，对网络资源使用少，对计算性能要求低，适合于在低端设备上应用。

2)无需时钟专线传输时钟同步信号，利用数据网络传输时钟同步消息。降低组建同步系统的费用。

3) 在提供和GPS相同的精度情况下，不需要为每个设备安装GPS那样昂贵的组件，只需要一个高精度的本地时钟和提供高精度时钟戳的部件，相对成本低。

4) 采用硬件与软件结合设计，并对各种影响同步精度的部分进行有效矫正，以提供亚微秒级的同步精度。

5)独立于具体的网络技术，可采用多种传输协议。

6) PTP 是一种主从同步系统,采用主从时钟方式，对时间信息进行编码，利用网络的对称性和延时测量技术，实现主从时间的同步。

7)在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PTP时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。

8)早期的网络时间协议（NTP）只有软件，而ieee1588既使用软件，亦同时使用硬件和软件配合，获得更精确的定时同步；

9)GPIB总线没有同步时钟传送，依靠并行电缆和限制电缆长度（每器件距离）不超过5m来保证延迟小于30μs；

10)GPIB的数据线与控制线是分开的，VXI和PXI两种总线分别在VME和PCI计算机总线上扩展，都要增加时钟线。ieee1588无需额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，使组网连接简化和降低成本；

11)时钟振荡器随时间产生漂移，需要标准授时系统作校准，校准过程要缩短和安全可靠。目前常用的有GPS（全球定位系统）和IRIG-B（国际通用时间格式码），IRIG-B每秒发送一个帧脉冲和10MHz基准时钟，实现主控机/客户机的时钟同步。ieee1588采用时间分布机制和时间调度概念，客户机可使用普通振荡器，通过软件调度与主控机的主时钟保持同步，过程简单可靠，节约大量时钟电缆；

12)ieee1588推出的时间尚短，还有待完善和修正。例如，对集线器和交换机的透明网络可提供很好的定时同步，但还未克服装有路由器的带有不决定性的网络定时。目前正在设计和试产可测量引入延时和自动补偿延时的网络交换芯片。还有，ieee1588完整芯片还未推出，只有FPGA基的代用芯片，Intel公司已声称尽快生产可支持奔腾处理器的ieee1588完整芯片。

同样，采用ieee1588协议的以太网，解决了通用以太网延迟时间长和同步能力差的瓶颈，显然在测量仪器系统的应用中将发挥更大作用。事实上，以太网的仪器扩展接口LXI就是以采用ieee1588协议的以太网作为骨干的仪器应用，再配备测量仪器系统所需的其它条件，组成吸收了GPIB到VXI和PXI的特点而构建的新一代测量仪器接口。

使用方法如下：

1、根据装箱单检查设备及附件是否齐备完好，如果发现包装箱严重破损，可与厂家联系，直至仪器通过性能测试。

2、将设备从包装箱中取出，平放于操作台或机柜。将天线插入设备的天线输   入端，并保证天线可收到星。

3、连接好天线，开机，在3-5分钟内可收到星，显示屏里字母由V变A，可显示收星颗数。在收星2颗星以上时间有效，在收到星后从设备的网口接网线至交换机，根据说明书进行校时。

结束语

ptp同步时钟设备主要应用于相对本地化、网络化的系统，内部组件相对稳定，其优点是标准非常具有代表性，并且是开放式的。由于它的开放性，特别适合于以太网的网络环境。与其他常用于Ethernet TCP/IP网络的同步协议如SNTP或NTP相比，主要区别是PTP是针对更稳定和更安全的网络环境设计的，所以更为简单，占用的网络和计算资源也更少。