李治國（92124部隊，遼寧 大連 116000）

基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字信道時統(tǒng)傳輸研究

李治國
（92124部隊，遼寧 大連 116000）

摘 要：本文針對目前數(shù)字信道B碼傳輸精度的問題，提出全新的基于IEEE1588協(xié)議的時統(tǒng)解決方案，既延續(xù)了IRIG-B帶來的優(yōu)勢，又解決了高精度傳輸?shù)膯栴}。

關(guān)鍵詞：IRIG-B碼；IEEE1588協(xié)議；E1

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，時統(tǒng)系統(tǒng)中的IRIG-B碼所依賴的實線信道和載波信道逐漸被淘汰，如果繼續(xù)用目前的數(shù)字信道傳輸B碼對精度會造成較大的影響，特別是B碼體制在數(shù)字信道上的應(yīng)用還存在一定的缺陷，為此我們提出B碼體制和網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字信道傳輸相結(jié)合的時統(tǒng)方案。

1 新時統(tǒng)的基本組成

新時統(tǒng)采用了適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)化測量和控制系統(tǒng)的精確時鐘同步協(xié)議（IEEE1588協(xié)議）和適應(yīng)于E1信道傳輸?shù)腉.703協(xié)議來解決時間信息高精度傳輸?shù)膯栴}，時統(tǒng)設(shè)備主要由同步單元、中央處理器、用戶單元、頻標單元和電源組成，設(shè)備組成如圖1所示。

PTP是精確時鐘同步協(xié)議的簡稱。網(wǎng)絡(luò)中的主時鐘節(jié)點時間信息，通過報文傳遞到從時間節(jié)點，主從節(jié)點通過周期性的交換帶有時間標記的時鐘同步報文來測算出節(jié)點間的時間偏差，并采用適當?shù)乃惴ㄕ{(diào)整從節(jié)點的時間和頻率，從而達到時鐘的同步。

2 時間同步以太網(wǎng)組建

時間同步以太網(wǎng)組成如圖2所示。

時間同步以太網(wǎng)由中心站、分站、用戶三部分組成，中心站負責定時、校頻、生成標準時間和頻率，然后把標準時間和頻率傳輸給分站或用戶，時間傳輸?shù)姆椒ㄓ腥N：網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)字信道傳輸，音頻信道傳輸。中心站根據(jù)信道質(zhì)量情況選擇傳輸方式。

3 用IEEE1588協(xié)議實現(xiàn)高精度時間同步

3.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸時間不穩(wěn)定原因分析

時間信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，傳輸時延可分為線路時延和協(xié)議時延兩部分。線路時延主要包括鏈路的傳輸時延和設(shè)備傳輸時延，鏈路的時延與線纜的長度有關(guān)；設(shè)備的時延會隨流量的變化而產(chǎn)生抖動，使時間在以太網(wǎng)上的傳輸具有不穩(wěn)定性。

協(xié)議時延是由UDP時鐘同步報文發(fā)送時在TCP/IP協(xié)議模型下進行報文的逐層封裝和下傳，接收時報文的逐層拆封和上傳時產(chǎn)生的，其中操作系統(tǒng)的多任務(wù)和以太網(wǎng)的CSMA/CD介質(zhì)訪問機制是產(chǎn)生時延抖動的主要原因。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和操作系統(tǒng)響應(yīng)時間的不確定性是影響時鐘同步精度的另一個重要因素，只有在以太網(wǎng)的物理層完成報文的時間標記才能有效的消除這些不確定性以獲得最佳的標記精度。

3.2 在以太網(wǎng)物理層對報文加蓋時戳的方案

以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議規(guī)定在數(shù)據(jù)鏈路層中，數(shù)據(jù)幀的封裝、解封、發(fā)送和接收功能由媒體訪問控制子層（MAC）獨立完成，它的電路結(jié)構(gòu)隨著傳輸介質(zhì)和速度的不同有一定的差異。物理層可有效的屏蔽傳輸介質(zhì)的差異，使網(wǎng)絡(luò)從MAC層向上看是無差異的。因此MAC層和物理層的接口也稱為介質(zhì)無關(guān)MII接口。

MAC層和物理層的數(shù)據(jù)交換通過MII接口總線完成。MII總線以4位方式雙向傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率為網(wǎng)速的1/4，一般來說，網(wǎng)絡(luò)控制器已將MAC層和物理層電路集成在一起，無法獲取MII總線上的數(shù)據(jù)，但也有一些網(wǎng)絡(luò)控制器芯片允許外部陪接以太網(wǎng)物理層收發(fā)器芯片，這就使得我們可以很方便在物理層進行時間標記，如圖3所示。

IEEE1588協(xié)議棧的高層（應(yīng)用層，傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層）在設(shè)備內(nèi)部由軟件實現(xiàn)，數(shù)據(jù)鏈路層則由外部的網(wǎng)卡芯片實現(xiàn)，物理層采用專用的以太網(wǎng)收發(fā)器芯片完成，采用FPGA設(shè)計時間戳處理單元，時間戳處理單元由同步報文檢測器和本地時鐘組成，從MII接口來的報文數(shù)據(jù)流進入報文檢測器，如檢測到符合條件的報文，則讀取本地時鐘的時間值標記報文然后將標記時間通過總線傳輸給控制單元，由于物理層電路對報文的傳輸時延很小且?guī)缀鯖]有時延抖動，因此可以得到較高的時間精度。

圖1 時統(tǒng)設(shè)備基本組成

圖2 時間同步網(wǎng)

圖3時間戳的實現(xiàn)

4 用E1接口實現(xiàn)精確時間同步

時統(tǒng)信號的數(shù)字傳輸終端主要把時統(tǒng)產(chǎn)生的B碼信號換成能適應(yīng)數(shù)字信道傳輸?shù)腅1信號，數(shù)字信道傳輸?shù)接脩舳撕笤龠€原為B碼，供用戶選用。

時統(tǒng)信號數(shù)字傳輸終端，在發(fā)送端可以接收來自時統(tǒng)中心的三種信號，B （AC）碼信號，B（DC）碼信號和1PPS信號，其中如果接收的是B碼，那么可以把鐘面信息傳送到對端，如果接收的只是1個1PPS信號，那么只能把準時點發(fā)送到對端，在接收端，如果發(fā)送端發(fā)送的是B碼信號，那么可以同時送出準時的B （AC，DC）碼和1PPS三種信號，供用戶終端使用。

結(jié)語

新的時統(tǒng)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，用戶可以根據(jù)不同的需要選用不同的模塊組合，并且與以前的設(shè)備在體制上完全兼容。

參考文獻

[1]童寶潤.時間統(tǒng)一系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

中圖分類號：TN914

文獻標識碼：A