【摘要】：隨著多媒體娛樂系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用,大量的音視頻等時間敏感數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,這對時間敏感網(wǎng)絡(luò)的時間同步提出了更高的要求。為了給時間敏感網(wǎng)絡(luò)提供精準(zhǔn)的定時和時間同步,IEEE802.1工作組制定了IEEE802.1AS時間同步協(xié)議。它通過將網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的時間同步到一個共同的最佳主時鐘,從而保障時間敏感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t和時間同步。然而IEEE802.1AS協(xié)議在實施中通常遇到兩個問題,一個問題是,由于網(wǎng)絡(luò)多端口的調(diào)度復(fù)雜和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的限制,最佳主時鐘選擇算法在兩個以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間實現(xiàn)比較困難。另一個問題是,路徑延遲測量容易受到操作系統(tǒng)調(diào)用延遲不確定和鏈路傳輸不對稱的影響,產(chǎn)生較大的測量誤差,從而影響時間同步的精度。本文詳細研究了IEEE802.1AS精準(zhǔn)時間同步協(xié)議,分析了協(xié)議中最佳主時鐘選擇、路徑延遲測量和時間同步的原理,根據(jù)協(xié)議內(nèi)容提出了基于定時任務(wù)隊列調(diào)度的時間感知系統(tǒng)模型。首先,通過在Linux操作系統(tǒng)上構(gòu)建定時任務(wù)隊列和狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)接口,完成了協(xié)議的軟件實現(xiàn)。其次,通過時間感知系統(tǒng)的多端口調(diào)度,實現(xiàn)了兩個以上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的最佳主時鐘選擇。然后,結(jié)合實際的軟件實現(xiàn)分析了路徑延遲測量誤差的產(chǎn)生原因,通過確定并抵消系統(tǒng)調(diào)用延遲的方法,減小了系統(tǒng)調(diào)用延遲造成的延遲測量誤差。最后,使用NS-3網(wǎng)絡(luò)仿真軟件仿真了不同網(wǎng)絡(luò)拓撲的多節(jié)點之間的最佳主時鐘選擇算法,搭建硬件平臺在不同網(wǎng)絡(luò)負載下,測試了端對端的路徑延遲測量和時間同步。仿真結(jié)果表明,多端口的時間感知系統(tǒng)設(shè)計,能夠在多節(jié)點組成的不同網(wǎng)絡(luò)拓撲中正確的選擇出最佳主時鐘。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計并實現(xiàn)的時間感知系統(tǒng)減小了路徑延遲測量的誤差,時間同步達到了亞微秒級的精度。
【圖文】：

報文體和報文擴展域，報文長度通常包含 reserved 預(yù)留字節(jié)。（5）domainNumber：表示域號，用來表示報文發(fā)送設(shè)備所屬的 gPTP 域。（6）flags：占用兩個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點的一些特性，其中每個字節(jié)的每一位表示節(jié)點的一種特性。（7）correctionField：該字段表示報文駐留時間校正域，駐留時間的單位是 ns，通過校正域值乘以 216計算出。通常 correctionField 域的取值與報文的類型有關(guān)。（8）sourcePortIdentity：表示報文發(fā)送端口的信息，包含了端口號和 ClockIdentity，端口號用來區(qū)分同一個節(jié)點的不同端口，ClockIdentity 用來區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。（9）sequenceId：表示報文的序列號，同一種報文每發(fā)送一次 sequenceId 加一。（10）Control：用來表示硬件兼容，其值與報文類型有關(guān)。（11）logMessageInterval：報文發(fā)送間隔的對數(shù)形式，通常由時間間隔換算：logMessageInterval = log2Interval其中 Interval 單位為納秒表示報文發(fā)送時間間隔，，對數(shù)的表示形式減小了報文長度。(2-1)

1AS 的時間感知系統(tǒng)設(shè)計17圖3.2 時間感知系統(tǒng)框架如圖 3.2 所示，SiteSync 實體在時間感知系統(tǒng)中根據(jù) BMCA 的結(jié)果決定數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，一個時間感知系統(tǒng)在 gPTP 域中扮演的角色決定其數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的方向。根據(jù) BMCA的結(jié)果和時間感知系統(tǒng)所在節(jié)點的屬性，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通常有以下四種情況：(1) 當(dāng)該時間感知系統(tǒng)在 gPTP 域中為 GM 時，ClockMaster 定時發(fā)送時鐘源的時間信息信息給 SiteSync，然后 SiteSync 將時間信息發(fā)送給 ClockSlave 供時間敏感應(yīng)用使用，并通過端口和 MD 將時間信息發(fā)送給 gPTP 域中相連的時間感知系統(tǒng)。(2) 當(dāng)該時間感知系統(tǒng)在 gPTP 域是一個非 GM 的橋時，該系統(tǒng)通過 MD 實體接收時間同步報文
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.8

【參考文獻】

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本文編號：2710727