一種列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法，對同步協(xié)議獲取的時間偏差采用卡爾曼濾波提高偏差精度，然后對計時時鐘管理單元計時頻率進行調(diào)整，達到間接補償時間偏差的目的，提高了時鐘同步的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了出現(xiàn)“時間快進”和“時間逆流”等不穩(wěn)定現(xiàn)象，避免了在列車通信網(wǎng)絡中系統(tǒng)事件發(fā)生錯亂，從而保證了行車安全。
【專利說明】一種列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法。
【背景技術】
[0002]列車通信網(wǎng)絡系統(tǒng)是現(xiàn)代列車的技術核心，是在串行通信網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的集列車通信、控制和維護于一體的網(wǎng)絡技術。隨著列車控制技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，旅客對影音娛樂和信息咨詢的需求也越來越大。為提升旅途舒適性和高速列車行駛的安全性，列車網(wǎng)絡中需要支持大容量數(shù)據(jù)和更多類型數(shù)據(jù)的傳輸，要求網(wǎng)絡具有較高的通信帶寬，實時性、可靠性和可維護性。現(xiàn)在投入使用的工業(yè)現(xiàn)場總線式列車通信網(wǎng)絡中帶寬較大，傳輸速度較快的有鉸式列車總線(Wire Train Bus，WTB)、多功能車輛總線(Multifunction Vehicle Bus, MVB)、CAN 和 ARCNET。其中 WTB 最大傳輸速率為 lMbps，MVB最大傳輸速率為1.5Mbps，CAN在傳輸距離為40米時的最大傳輸速率也僅為lMbps，ARCNET在使用光纖傳輸時也只有2.5Mbps的傳輸速度?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡已不能滿足列車實時傳輸大容量數(shù)據(jù)的需求。以太網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，通信速率已經(jīng)從lOMb/s發(fā)展到1000Mb/S甚至更大，完全能夠滿足未來列車通信網(wǎng)絡高速傳輸大容量數(shù)據(jù)的需求，能夠在通信網(wǎng)絡中傳輸旅客信息，監(jiān)視信息和影音娛樂信息等多媒體信息。
[0003]列車以太網(wǎng)的時鐘同步模型如圖1所示，主節(jié)點為司機室，是整列車的控制中心，從節(jié)點是掛載車廂內(nèi)各種傳感器，視頻播放器，門控開關，空調(diào)控制等控制器的節(jié)點。列車上所有從節(jié)點都與主節(jié)點時鐘保持同步。在圖1中，假設車廂A是司機室主控端時，列車上所有的節(jié)點都與A車廂內(nèi)的主節(jié)點服務器同步，A車廂內(nèi)的的其他同步設備節(jié)點Al?An，以及B車廂內(nèi)節(jié)點BI?Bn都是從時鐘節(jié)點。主節(jié)點通常采用高性能高可靠性的服務器實現(xiàn)，本發(fā)明假設主節(jié)點節(jié)點性能穩(wěn)定，能提供精確的時間，對從時鐘節(jié)點的時間偏差補償進行研究。
[0004]根據(jù)IEEE1588協(xié)議，使用精確時鐘同步協(xié)議進行列車通信網(wǎng)絡時鐘同步需要用到四種基本同步數(shù)據(jù)報:
[0005]1.SYNC:由司機室主節(jié)點節(jié)點以廣播方式發(fā)出并記錄發(fā)出的準確時間，各個從節(jié)點收到后記錄其到達時間。
[0006]2.FolloW_UP:在SYNC同步數(shù)據(jù)報發(fā)送后由司機室主節(jié)點節(jié)點發(fā)出的跟隨數(shù)據(jù)報，該數(shù)據(jù)報內(nèi)含有SYNC發(fā)出時的時戳，以點對點方式發(fā)送給從節(jié)點。
[0007]3.Delay_Rep:由從節(jié)點以點對點方式發(fā)給司機室主節(jié)點的延遲測量請求數(shù)據(jù)包，從節(jié)點記錄數(shù)據(jù)報文離開的時間，司機室主節(jié)點標記其到達的時戳。
[0008]4.Delay_Resp:以點對點的方式從司機室主節(jié)點發(fā)給從節(jié)點的延遲測量回應數(shù)據(jù)報。
[0009]IEEE1588數(shù)據(jù)包使用UDP報文傳輸，其使用的固定端口號如表I所示:
[0010]表I列車通信網(wǎng)絡時鐘同步同步數(shù)據(jù)報文傳輸端口
[0011]
【權利要求】
1.一種列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法，其特征在于，該方法為:
.1)令n=l ； .2)利用η時刻的主節(jié)點與從節(jié)點的時間偏差校正量ue(η)和主節(jié)點與從節(jié)點的頻偏率校正量uY (η)建立以下狀態(tài)時鐘模型:
θ (η) = Θ (n-l)-Ug (n-l) + [ y (n_l) _u gamma (n_l) ] * Λ T+ ω 0 (n_l)；
Y (η) = y (η-1) -u gamma (η-1) +ν (η-1)； 其中，θ (η)為η時刻主節(jié)點與從節(jié)點的時間偏差，Θ (O)=O ; Y (η)為η時刻主節(jié)點與從節(jié)點的頻偏率，所述頻偏率是指η時刻主節(jié)點與從節(jié)點的計數(shù)頻率偏差除以η時刻從節(jié)點計數(shù)頻率;ΔΤ為ΙΕΕΕ1588同步報文Sync的報文間隔；ν(η)表示測量過程噪聲，是一個均值為零，呈高斯分布的隨機變量；ω 0 (η)為呈高斯分布的隨機過程噪聲，ω θ (η)的方差為和 Δ7_', = 10 Y ； .3)令Φ?= x(n)^ u(n) = [ue(n),uY(n)]T,利用下式進行卡爾曼濾波校正:.v(/7) =.v(/7 I
2.根據(jù)權利要求1所述的列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法，其特征在于，η時刻與n-Ι時刻之間相差1ms。
3.根據(jù)權利要求2所述的列車通信網(wǎng)的時鐘頻率間接補償方法，其特征在于，所述步驟 8)中，T 為 100 ms。
【文檔編號】H04J3/06GK103812591SQ201410037472
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】黃志武, 張曉勇, 楊迎澤, 李爍, 蔣富, 高凱, 劉偉榮, 朱正發(fā) 申請人:長沙瑞緯電氣有限公司