一種基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高精度的時(shí)鐘同步要求在工業(yè)控制領(lǐng)域的某些場合有重要的意義，如時(shí)間順序記 錄系統(tǒng)，或者多伺服器的控制環(huán)境中。傳統(tǒng)的操作站同步法和簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（Simple NetworkTimeProtocol,SNT巧盡管實(shí)現(xiàn)方法簡單，但沒有解決W太網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)延時(shí)不 確定性和帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD)控制機(jī)制引起的沖突延時(shí)不確定性， 同步精度不高，難W實(shí)現(xiàn)真正意義上的時(shí)鐘同步。全球定位系統(tǒng)（GP巧同步，是在時(shí)鐘同 步接收設(shè)備加載GPS模塊，雖然標(biāo)稱精度可W達(dá)到1yS，但受外部因素的影響較大，很難時(shí) 刻保持很高的精度。IEEE1588協(xié)議利用W太網(wǎng)或其他支持多播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)使終端設(shè)備同 步，最高精度可W達(dá)到亞微秒級，但其機(jī)制是基于報(bào)文往返的路徑延時(shí)相等的假設(shè)，該在一 般的W太網(wǎng)中往往不能夠滿足要求。
[0003] E化巧thernetP0肥化INK)協(xié)議由于硬實(shí)時(shí)性好、開源和便于移植等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè) 控制領(lǐng)域有著比較廣泛的應(yīng)用。但是，目前邸L協(xié)議版本支持的兩種時(shí)鐘同步方法不能夠 保證非常高的精度；其中，E化協(xié)議自身提供的同步方法沒有考慮同步報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的傳 輸延遲問題，而分布式計(jì)時(shí)器補(bǔ)償方法也沒有給出適用性很強(qiáng)的計(jì)算方法。雖然分布式同 步法由于使用了分布式計(jì)時(shí)器，每隔一段時(shí)間就會(huì)重新校準(zhǔn)計(jì)時(shí)器，對于提高時(shí)鐘同步精 度有一定效果，但該種方法仍然依賴SoC帖的同步精度，沒有從根本上消除時(shí)鐘同步誤差。 另一方面，由于分布式計(jì)時(shí)器使用的是50MHz頻率的晶振，在不考慮其自身誤差的情況下， 定時(shí)器的正負(fù)一誤差僅僅為20ns，所W理論上通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，能夠使主從站之間的時(shí)鐘同 步誤差處于更低的水平，但工程應(yīng)用意義不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)中EPL巧thernetP0肥化INK)協(xié)議版本支持的兩種時(shí)鐘同步方 法不能夠保證非常高的精度的不足，提供了一種基于化hernetP0肥化INK的時(shí)鐘同步方 法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得W解決：
[0006] 一種基于化hernetP0肥化INK的時(shí)鐘同步方法，應(yīng)用于化hernetP0肥化INK菊 花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用主從式結(jié)構(gòu)組織整個(gè)時(shí)鐘同步系統(tǒng)，包括W下步驟：
[0007] 步驟一，主時(shí)鐘采用多播方式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布Preql報(bào)文，并在報(bào)文發(fā)送過程中記 錄發(fā)送時(shí)間戳ti;從時(shí)鐘接收所述Preql報(bào)文，并在報(bào)文接收過程中記錄接收時(shí)間戳12;
[0008] 步驟二，主時(shí)鐘采用多播方式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布Preq2報(bào)文，所述Preq2報(bào)文中包含發(fā) 送時(shí)間戳ti的值；從時(shí)鐘接收所述Preq2報(bào)文，得到發(fā)送時(shí)間戳t1的值；
[0009] 步驟S，從時(shí)鐘采用單播方式向主時(shí)鐘發(fā)送所述Presl報(bào)文，并在報(bào)文發(fā)送過程 中記錄所述Presl報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t3;主時(shí)鐘接收所述Presl報(bào)文，并在報(bào)文接收過程中 記錄接收時(shí)間戳t4;
[0010] 步驟四，主時(shí)鐘采用單播方式向從時(shí)鐘發(fā)送Preq3報(bào)文，所述Preq3報(bào)文中包含接 收時(shí)間戳t4的值；從時(shí)鐘接收所述Preq3報(bào)文，得到接收時(shí)間戳14的值；
[0011] 第五步，從時(shí)鐘根據(jù)得到的時(shí)間戳ti、t2、t3、t4,計(jì)算主時(shí)鐘與從時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差 t址fset"
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，應(yīng)用于Ethernet POWERLINK菊花 鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，采用主從式結(jié)構(gòu)組織整個(gè)時(shí)鐘同步系統(tǒng)，包括以下步驟： 步驟一，主時(shí)鐘采用多播方式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布Preql報(bào)文，并在報(bào)文發(fā)送過程中記錄發(fā) 送時(shí)間戳t1;從時(shí)鐘接收所述Preql報(bào)文，并在報(bào)文接收過程中記錄接收時(shí)間戳12; 步驟二，主時(shí)鐘采用多播方式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布Preq2報(bào)文，所述Preq2報(bào)文中包含發(fā)送時(shí) 間戳h的值；從時(shí)鐘接收所述Preq2報(bào)文，得到發(fā)送時(shí)間戳t i的值； 步驟三，從時(shí)鐘采用單播方式向主時(shí)鐘發(fā)送所述Presl報(bào)文，并在報(bào)文發(fā)送過程中記 錄所述Presl報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t3;主時(shí)鐘接收所述Presl報(bào)文，并在報(bào)文接收過程中記錄 接收時(shí)間戳t 4; 步驟四，主時(shí)鐘采用單播方式向從時(shí)鐘發(fā)送Preq3報(bào)文，所述Preq3報(bào)文中包含接收時(shí) 間戳t4的值；從時(shí)鐘接收所述Preq3報(bào)文，得到接收時(shí)間戳14的值； 第五步，從時(shí)鐘根據(jù)得到的時(shí)間戳h、t2、t3、t4，計(jì)算主時(shí)鐘與從時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差 t〇ffset:
第六步：根據(jù)計(jì)算得到的〖。_校準(zhǔn)從時(shí)鐘。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，其特征在于，所述 時(shí)鐘偏差I(lǐng)^ffsert的計(jì)算方法為： t〇ffset 一 t ， 其中，tMTS為Preq報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲
tSTM為Pres報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，其特征在于， 還包括設(shè)計(jì)基于FPGA的Hub，用于所述Ethernet POWERLINK菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，其特征在于，所述 基于FPGA的Hub于FPGA中移植了 POWERLINK IPcore和EPL協(xié)議棧。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，其特征在于，所述 基于FPGA的Hub接收數(shù)據(jù)幀后，將接收到的數(shù)據(jù)幀復(fù)制成兩份，一份直接傳遞給本站點(diǎn)的 數(shù)據(jù)鏈路層，供協(xié)議棧處理，另一份原封不動(dòng)地從另外一個(gè)網(wǎng)口中發(fā)送出去。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于Ethernet POWERLINK的時(shí)鐘同步方法，應(yīng)用于Ethernet POWERLINK菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用了主從式結(jié)構(gòu)組織整個(gè)時(shí)鐘同步系統(tǒng)。本發(fā)明針對EPL協(xié)議自帶的時(shí)鐘同步方法的不足，提出了提高時(shí)鐘同步精度的改進(jìn)方法，采用迭代計(jì)算的方法消除了主從站時(shí)鐘同步報(bào)文往返的路徑延遲。相對于EPL協(xié)議自帶的同步方法，本發(fā)明的方法對于提高站點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步精度取得了良好的效果，時(shí)鐘同步精度提高了約一個(gè)數(shù)量級，這對于實(shí)現(xiàn)基于EPL的高精度分布式時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。
【IPC分類】H04L7-00
【公開號】CN104836654
【申請?zhí)枴緾N201510176220
【發(fā)明人】王文海, 張穩(wěn)穩(wěn), 嵇月強(qiáng), 張益南, 許志正, 周偉, 黃益信
【申請人】浙江大學(xué), 杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月15日