發(fā)布時間：2017-03-22 13:03

  本文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)精密授時若干關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)與社會生產(chǎn)生活已密不可分。在國防工業(yè)電力電信等領(lǐng)域越來越多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要高精度的時間同步,而傳統(tǒng)的以網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(Network Time Protocol, NTP)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)授時已不能滿足高精度的授時服務(wù)需要。以精密時間協(xié)議(Precise Time Protocol, PTP)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)精密授時是傳統(tǒng)NTP網(wǎng)絡(luò)授時服務(wù)的重要補充,其針對特定網(wǎng)絡(luò)的精密時間同步服務(wù),自2008年P(guān)TP協(xié)議第二版發(fā)布以來,其研究與應(yīng)用日益廣泛。NTP網(wǎng)絡(luò)授時對授時精度的控制是離散獨立的,這是限制其授時精度的主要原因。而PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時相對于傳統(tǒng)NTP網(wǎng)絡(luò)授時服務(wù)來說,其授時服務(wù)是作為一個整體系統(tǒng)來設(shè)計的,其需要考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時鐘性能、網(wǎng)絡(luò)報文傳輸與算法處理等系列問題,使得提高網(wǎng)絡(luò)授時精度成為一個整體問題,也造成了其分析與設(shè)計的復雜性。本文主要針對PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時在建模仿真與測試設(shè)計中的若干關(guān)鍵問題進行的分析研究。建模仿真是針對時鐘特性與網(wǎng)絡(luò)拓撲而做的算法優(yōu)化與方案評估,而測試設(shè)計面向于實際應(yīng)用環(huán)境,二者相輔相成,是PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時系統(tǒng)研究設(shè)計的重要組成。主要分析研究以下幾個方面：1.對PTP協(xié)議的同步機理、時間偏差與路徑延遲計算、與UTC時間尺度的關(guān)系等進行了分析研究。對于PTP普通時鐘、邊界時鐘與透明時鐘的結(jié)構(gòu)進行了解析,并對PTP本地時鐘修正及計數(shù)器結(jié)構(gòu)進行了分析。2.對網(wǎng)絡(luò)時鐘模型的建模進行了研究。由隨機微分方程推導的三態(tài)時鐘模型,并結(jié)合阿侖方差與擴散系數(shù)的關(guān)系,對時鐘模型進行了實驗分析,推導出雙態(tài)的時鐘模型。由頻率振蕩器的模型分析推導出時間同步的迭代方程。通過對時鐘同步的不確定性因素的分析,設(shè)計出同步時鐘時間模型。3.對時鐘伺服系統(tǒng)及濾波算法進行研究與分析。結(jié)合推導的雙態(tài)時鐘模型與同步時鐘時間模型結(jié)構(gòu),通過構(gòu)建卡爾曼濾波模型,結(jié)合阿侖方差分析方法,全面分析了針對直連單一時間戳的不確定度σs與綜合不確定度對于同步精度的影響。4.針對PTP邊界時鐘與透明時鐘的結(jié)構(gòu)特點,分別進行建模仿真,進行累積誤差的分析與研究,并根據(jù)時鐘結(jié)構(gòu)與仿真模型提出了改進同步精度,降低累積誤差的措施與方法。5.對網(wǎng)絡(luò)精密授時伺服性能測試的研究。在研究與設(shè)計網(wǎng)絡(luò)精密授時終端的基礎(chǔ)上,對其授時終端進行了性能評估,分析了不同拓撲下的同步性能,進行了α濾波測試。隨后針對非PTP網(wǎng)絡(luò)授時與PTP網(wǎng)絡(luò)授時拓撲進行了測試分析,給出測試結(jié)論。6.對網(wǎng)絡(luò)雙向延遲精密測試及度量方法進行研究。構(gòu)建PTP測試時鐘,并以此進行網(wǎng)絡(luò)精密測試儀的設(shè)計。對報文延遲抖動(Packet Delay Variation, PDV)數(shù)據(jù)分別進行分析,并進行了時間方差度量與最小時間散度分析方法的研究,給出了測試與分析結(jié)論。綜上所述,本論文對PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時在建模仿真與測試設(shè)計中的關(guān)鍵問題進行了分析研究。首先對PTP時鐘進行結(jié)構(gòu)分析,并建立合理可行的仿真時鐘模型,改進了卡爾曼濾波與阿侖方差曲線分析方法,對于影響同步精度與不確定性的因素進行了全面的仿真分析,進而對PTP邊界時鐘與透明時鐘的級聯(lián)誤差進行建模仿真分析。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)精密授時終端進行實際的測試驗證,并針對網(wǎng)絡(luò)精密測試與分析的需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)精密測試儀,并進行測試比對研究,對精密測試度量方法進行了分析。通過對以上關(guān)鍵問題的研究,建立起PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時的合理可行的理論仿真與測試設(shè)計平臺,對進一步提高網(wǎng)絡(luò)精密授時同步精度與優(yōu)化時鐘伺服算法,拓展PTP網(wǎng)絡(luò)精密授時研究與應(yīng)用有著重要意義。
【關(guān)鍵詞】：網(wǎng)絡(luò)授時 網(wǎng)絡(luò)延遲 時間同步 精密時間協(xié)議
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（國家授時中心）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN915.04
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-17
• 縮略語17-20
• 1 緒論20-30
• 1.1 論文研究背景及意義20-23
• 1.1.1 研究背景20-22
• 1.1.2 研究意義22-23
• 1.2 國外相關(guān)研究成果23-26
• 1.2.1 國外仿真與性能優(yōu)化研究24
• 1.2.2 國外時鐘功能設(shè)計研究24-26
• 1.3 國內(nèi)相關(guān)研究成果26-27
• 1.3.1 國內(nèi)仿真與性能優(yōu)化研究26
• 1.3.2 國內(nèi)時鐘功能設(shè)計研究26-27
• 1.4 基本思路和論文結(jié)構(gòu)27-30
• 2 網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議與時鐘結(jié)構(gòu)分析30-46
• 2.1 NTP網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議30-32
• 2.1.1 NTP同步過程30-31
• 2.1.2 NTP時間偏差與路徑延遲31
• 2.1.3 RTT指標分析31-32
• 2.1.4 NTP與UTC時間32
• 2.2 PTP網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議32-37
• 2.2.1 PTP報文與延時機制32-33
• 2.2.2 PTP同步過程33-34
• 2.2.3 PTP時間偏差與路徑延遲34-36
• 2.2.4 PTP與UTC時間36-37
• 2.3 PTP時鐘類型分析37-41
• 2.3.1 PTP普通時鐘37
• 2.3.2 PTP邊界時鐘37-38
• 2.3.3 PTP透明時鐘38-41
• 2.4 PTP本地時鐘結(jié)構(gòu)41-43
• 2.4.1 相移與頻率補償時鐘41-42
• 2.4.2 相移與頻率補償計算42
• 2.4.3 時間計數(shù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計42-43
• 2.5 本章小結(jié)43-46
• 3 網(wǎng)絡(luò)時鐘模型建模研究46-66
• 3.1 時鐘模型與擴散系數(shù)46-56
• 3.1.1 時鐘模型與隨機微分方程46-50
• 3.1.2 時鐘模型與阿侖方差50-53
• 3.1.3 三態(tài)與雙態(tài)時鐘模型53
• 3.1.4 時鐘模型的仿真分析53-56
• 3.2 時鐘同步迭代過程分析56-59
• 3.2.1 頻率振蕩器模型分析56-57
• 3.2.2 相位偏移與頻率偏斜57-59
• 3.2.3 時鐘同步的迭代方程59
• 3.3 同步時鐘時間模型設(shè)計59-64
• 3.3.1 時間戳不確定分析60-61
• 3.3.2 網(wǎng)絡(luò)延遲的抖動與非對稱性分析61-62
• 3.3.3 同步時鐘時間模型62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 4 時鐘伺服系統(tǒng)及濾波算法的研究與分析66-78
• 4.1 卡爾曼濾波器設(shè)計66-69
• 4.1.1 卡爾曼濾波器介紹66-67
• 4.1.2 卡爾曼濾波器構(gòu)建67-68
• 4.1.3 卡爾曼濾波器參數(shù)68-69
• 4.2 不確定度σ s卡爾曼濾波仿真分析69-74
• 4.2.1 相位偏差與頻率偏斜卡爾曼濾波69-70
• 4.2.2 時間戳不確定度的影響比較70-72
• 4.2.3 相同時間戳不確定度σ s的時鐘模型比較72
• 4.2.4 同步周期△T可變的時鐘模型方差分析72-73
• 4.2.5 不確定度σ s卡爾曼濾波結(jié)論73-74
• 4.3 綜合不確定度卡爾曼濾波仿真分析74-76
• 4.3.1 綜合不確定度卡爾曼濾波比較分析74-75
• 4.3.2 網(wǎng)絡(luò)抖動不確定度影響分析75-76
• 4.3.3 綜合不確定度卡爾曼濾波結(jié)論76
• 4.4 本章小結(jié)76-78
• 5 PTP邊界時鐘與透明時鐘的累計誤差分析78-94
• 5.1 PTP邊界時鐘累計誤差分析78-84
• 5.1.1 PTP邊界時鐘誤差產(chǎn)生及更新78-80
• 5.1.2 PTP邊界時鐘建模研究80-81
• 5.1.3 邊界時鐘偏差修正設(shè)計81-82
• 5.1.4 PTP邊界時鐘仿真分析82-84
• 5.2 PTP透明時鐘累計誤差分析84-92
• 5.2.1 PTP透明時鐘橋延時分析84-85
• 5.2.2 P2P透明時鐘建模85-87
• 5.2.3 抖動與量化誤差對于透明時鐘的影響87-90
• 5.2.4 P2P透明時鐘模型仿真與結(jié)論90-92
• 5.3 本章小結(jié)92-94
• 6 網(wǎng)絡(luò)精密授時伺服性能測試分析94-112
• 6.1 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端研究與設(shè)計94-99
• 6.1.1 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端硬件結(jié)構(gòu)94-96
• 6.1.2 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端功能結(jié)構(gòu)96-98
• 6.1.3 網(wǎng)絡(luò)精密授時網(wǎng)絡(luò)拓撲控制98-99
• 6.2 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端性能分析99-103
• 6.2.1 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端測試結(jié)構(gòu)99-100
• 6.2.2 網(wǎng)絡(luò)精密授時終端測試分析100-102
• 6.2.3 網(wǎng)絡(luò)精密授時α濾波測試分析102-103
• 6.3 非PTP網(wǎng)絡(luò)授時測試分析103-108
• 6.3.1 非PTP網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)103-104
• 6.3.2 非PTP網(wǎng)絡(luò)授時延遲抖動測試分析104-107
• 6.3.3 非PTP網(wǎng)絡(luò)授時秒脈沖比對測試分析107-108
• 6.3.4 非PTP網(wǎng)絡(luò)授時秒脈沖測試結(jié)論108
• 6.4 PTP網(wǎng)絡(luò)授時測試分析108-110
• 6.4.1 PTP網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)108-109
• 6.4.2 PTP網(wǎng)絡(luò)授時秒脈沖比對測試分析109
• 6.4.3 PTP網(wǎng)絡(luò)授時秒脈沖測試結(jié)論109-110
• 6.5 本章小結(jié)110-112
• 7 網(wǎng)絡(luò)雙向延遲精密測試及度量方法研究112-130
• 7.1 PTP測試時鐘與單播模式112-114
• 7.1.1 PTP測試時鐘112-113
• 7.1.2 PTP單播模式113-114
• 7.2 網(wǎng)絡(luò)精密測試儀設(shè)計114-117
• 7.2.1 網(wǎng)絡(luò)精密測試儀結(jié)構(gòu)114-116
• 7.2.2 PDV測試軟件設(shè)計116-117
• 7.3 PDV數(shù)據(jù)分析117-122
• 7.3.1 直連PDV數(shù)據(jù)分析117-118
• 7.3.2 局域網(wǎng)PDV數(shù)據(jù)分析118-119
• 7.3.3 城域網(wǎng)PDV數(shù)據(jù)分析119-122
• 7.4 網(wǎng)絡(luò)度量方法分析122-128
• 7.4.1 時間方差度量分析方法122-125
• 7.4.2 最小時間散度分析方法125-128
• 7.5 本章小結(jié)128-130
• 8 總結(jié)與展望130-132
• 8.1 總結(jié)130
• 8.2 展望130-132
• 參考文獻132-140
• 附錄A140-142
• 附錄B142-148
• 附錄C148-152
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果152-154

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)精密授時若干關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：261536