IEEE1588校时系统

IEEE1588校时系统（PTP从时钟,IEEE1588授时系统,PTP时间服务器）功能概述

   上海锐呈电气有限公司研发生产的IEEE1588校时系统采用“北斗+GPS"构成双导航的时间同步重要时钟源，利用嵌入式实时软硬件技术，提供准确和种类丰富的时间同步信息。采用基于硬件的时间标记，提供高水平的时间和频率精度。全面支持新IEEE 1588v2网络授时协议，时间精度优于8ns，以保证高标准的时间运行。系统通过接收多种时钟源的信号，对时间信息及其信号质量进行自适应分析处理，再将优化后的时间同步信息转换为不同类型的对时信号，并通过网络传送到站内的各类对时设备，以使得全站的设备实现准确时钟同步。在外部时钟源丢失后，系统还能进入准确自守时状态，保证对外输出信号不丢失，并维持*的准确度。

IEEE 1588 协议的高精度对时主要通过对偏移和延时进行准确的测量来保证高级别的时间运行，并且根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC（通用协调时间）的可追溯性等特性，由优化主时钟算法来自动选择各子网内的主时钟。在只有一个子网的系统中，主时钟就是高级时钟。每个系统只有一个高级时钟，且每个子网内只有一个主时钟，从时钟与主时钟保持同步。

   产品具有多种输入输出接口，可作为主钟、从钟、边界时钟，以满足现场的各种需求，并在业内*使用千兆IEEE 1588授时接口，可广泛运用于电力系统35kV、110kV、220kV、500kV 及以上变电站（所）、发电厂，为无线以太网回程、电路仿真业务、无源光网络以及电力系统二次设备和自动化装置等提供时间信息及同步信号，如：调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统、智能电子设备IED等。

关键技术与特点

1) IEEE 1588 精密对时

IEEE 1588 协议的时钟同步过程与NTP/SNTP 协议基本*，区别在于同步报文SYNC 包含该报文离开主时钟的时间的估计值，而同步报文离开主时钟的准确值将由主时钟通过硬件或软件进行记录，以消除网络协议堆栈和操作系统的影响。IEEE 1588协议中获取时间标签的位置可以多样，时间标签的准确性直接决定了时钟同步的准确性。准确的方法是使用硬件检测同步报文帧（接近物理层），当入口帧和出口帧经过媒体独立接口时，可以容易地将其捕获和解码，实现高精度授时。

2) 独立千兆网口

装置具备多至4个带硬件支持的IEEE 1588 10/100/1000 BASE-T(RJ-45)千兆网口，千兆网口的使用可使网段隔离，也可以实现网口冗余，更能实现8ns时间戳精度。

3) 支持IEEE 1588v2, NTP, SNTP多种网络对时协议

装置支持NTP(Network Time Protocol)，目前使用的标准是RFC1305(NTPv3)。SNTP为NTP的简化版，标准为RFC2030(SNTPv4)。NTP主要用来同步网络上的主机和路由器的时间。它的精度在广域网上为数十毫秒，在局域网上则为微秒级甚至更高。

装置采用新IEEE 1588精密对时协议，IEEE 1588 PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。它的主要原理是通过一个同步信号周期性地对网络中所有节点的时钟进行同步校正，使基于以太网的分布式系统达到准确同步，IEEE 1588 PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。

PTP 协议定义了若干种多点传送的报文类型和管理报文，包括同步报文(Sync)、跟随报文(Follow_up)、延迟请求报文(Delay_Req)、延迟应答报文(Delay_Resp)等等。同步报文是从主时钟周期性发出的(一般为每两秒一次)，它包含了主时钟算法所需的时钟属性。

4) 基于多重误差补偿算法的高稳PPS产生电路

作为时间同步源的输入信号，如GPS 信号、北斗信号及B 码信号，自身发出的同步信息（通常为1PPS），可能因为故障或者本身的误差等原因，而存在一定的波动，使其准确度受到影响。装置采用多重误差补偿算法，对输入的有效同步源的同步信号进行数据的筛查和量化误差补偿，剔除错误信息，减小和消除同步源本身的粒度误差，提高同步信号的准确度，再利用此同步信号产生高稳定度的本地1PPS，提高了装置的准确度和可靠性。

5) 多端口超前延时补偿技术

当装置根据外部基准源同步本地PPS时，必然产生内部延时，而针对这个产生的延时，本机超前延时补偿技术能够使装置内部PPS 超前外部时钟源的秒沿，在PPS 经过装置处理后达到与外部时钟源同步。

其次，对于每个输出通道都能单独配置延时补偿。通常一台时间同步系统装置可同时通过不同的端口进行对时，例如，串口RS232、RS485、光口、电口、网口等，每个不同的端口都有不同的延时。因此，对于每种端口进行不同的超前延时补偿可以使不同端口输出的信号都能与外部时钟源同步。

本装置的多端口超前延时补偿技术根据装置内部标准的PPS 和各种不同通道输出的信号配置进行不同的超前延时补偿，使装置全面达到与外部时钟源同步，增强了装置的实时性和稳定性。

6) 高精度守时时钟

采用铷原子钟或OCXO实现高精度自守时，铷原子钟守时精度优于2μs/天，远远高于55μs/小时的标准要求。采用现代闭环控制守时理论和卡尔曼数字滤波技术，利用外部时间基准对铷钟或OCXO进行控制和驯服。系统输出的1PPS信号由内部频率源分频得到，并同步于外部时间基准输出的1PPS 信号的长期平均值，克服了由于外部时间基准源的秒脉冲信号跳变所带来的影响，使输出的时间同步信号具有很高的准确度和稳定度，时间准确度优于±0.1μs，真正复现了“UTC 时间基准"。

7) 采用冗余结构

支持双GPS 冗余对时、GPS 与北斗冗余对时以及IRIG-B 热备，且配置有高精度守时时钟。

   主时钟装置可同时接入GPS+GPS或GPS+北斗以及2路IRIG-B码外同步信号，互为热备用。扩展装置可同时接入2路IRIG-B码外同步信号，互为热备用。主时钟和扩展装置都采用了冗余化设计，保证了时间同步系统的可靠性和稳定性。

8) 可调节的传输延时补偿方式

装置采用了可调节的传输延时补偿方式，弥补了传统时间同步系统的缺陷，可灵活实现输出信号1秒以内的超前或者滞后的任意延时补偿，补偿分辨率达10ns，可*实现与主钟的时间同步，即达到零延迟，是真正复现的时间信号。

上海锐呈电气有限公司是设计和生产的单位，产品系列化、系统化，实现了从设计、选型、安装调试等一站式服务。