一种面向电力系统的高精度无线时钟同步系统

摘要

本发明公开了一种面向电力系统的高精度无线时钟同步系统，采用了在物理层中添加硬件辅助时间戳电路，将时间戳的标识从传统的应用层或者数据链路层(MAC)转移到物理层(PHY)中，将时间戳信息传送给处理器，相对现有技术的硬件时间戳方法，由于其近一步避免了数据链路层的驱动程序及其中断响应存在的不确定性时延，因而具有更高的时间同步精度高，同时可靠性和安全性也得到了进一步提高，满足了各种分布式系统对时钟同步精度高的要求，同时又不适合铺设电缆的应用场合。

主权项

一种面向电力系统的高精度无线时钟同步系统，包括主时钟装置、从时钟装置，主从时钟装置通过无线局域网络WLAN无线信道连接构建同步授时网络，主时钟装置的本地实时时间信息通过无线局域网络WLAN无线信道，发送给从时钟装置，从时钟装置根据接收到的主时钟装置的本地实时时间信息，得到时间修正信息对本地时间重新设定，从而完成对从时钟装置的本地时钟的同步授时，实现时钟同步；其特征在于， 主时钟装置包括有中央处理器模块、无线收发机、双定向耦合器、2.4GHz天线、硬件辅助时间戳电路； 在主时钟装置中，中央处理器模块依据IEEE1588时钟协议产生同步Sync时间报文、跟随Follow Up时间报文以及延迟响应Delay Resp时间报文并经过其传输层、网络层以及网络接口层处理后，生成相应的IEEE802.3协议时间报文，由无线收发机转换为相应的IEEE802.11协议无线网络时间报文信号，并发送给双定向耦合器，双定向耦合器将无线收发机发送来的无线网络时间报文信号耦合成二路信号，一路传送给2.4GHz天线，由2.4GHz天线将无线网络时间报文信号发送给从时钟装置，另一路传送给硬件辅助时间戳电路；同时，2.4GHz天线接收来自从时钟装置的依据IEEE1588时钟协议产生的延时请求Delay Req时间报文信号，并发送给双定向耦合器，双定向耦合器将2.4GHz天线发送来的格式为IEEE802.11协议的延时请求Delay Req时间报文信号耦合成二路信号，一路传送给无线收发机，由无线收发机将IEEE802.11协议的延时请求Delay Req时间报文信号转换为IEEE802.3协议时间报文，并发送给中央处理器模块，另一路传送给硬件辅助时间戳电路；硬件辅助时间戳电路对接收到的无线网络报文信号进行处理，得到满足IEEE802.11协议的数据帧格式，再对数据帧进行检测，如果是时间报文，则结合本地实时时间信息，对该时间报文进行时间戳标记，将标记的时间戳信息传送给中央处理器模块作相应处理： 发送同步Sync时间报文后，硬件辅助时间戳电路传送过来的时间戳信息即为同步Sync时间报文发送时间t₁，中央处理器模块则将同步Sync时间报文发送时间t₁加入到即将要发送的跟随Follow Up时间报文中，并发送出去；当中央处理器模块接收到来自从时钟装置的延时请求Delay Req时间报文后，同时硬件辅 助时间戳电路传送过来的时间戳信息即为延时请求Delay Req时间报文到达时间t₄，并将其加入到即将发送的延迟响应Delay Resp时间报文中，并发送出去，其余情况接收到的时间戳信息则判断为无效信息； 从时钟装置包括有中央处理器模块、无线收发机、双定向耦合器，2.4GHz天线、硬件辅助时间戳电路； 在从时钟装置中，2.4GHz天线接收来自主时钟装置的格式为IEEE802.11协议的同步Sync时间报文、跟随Follow Up时间报文以及延迟响应Delay Resp时间的无线网络时间报文信号，并发送给双定向耦合器，耦合成二路信号，一路传送给无线收发机，由无线收发机将无线网络时间报文信号转换为IEEE802.3协议时间报文，并发送给中央处理器模块，另一路传送给硬件辅助时间戳电路；同时，中央处理器模块依据IEEE1588时钟协议产生延时请求Delay Req时间报文，并经过其传输层、网络层以及网络接口层处理后，生成相应的IEEE802.3协议时间报文，由无线收发机转换为相应的IEEE802.11协议无线网络时间报文信号，并发送给双定向耦合器，双定向耦合器将无线收发机发送来的无线网络时间报文信号耦合成二路信号，一路传送给2.4GHz天线，由2.4GHz天线将无线网络时间报文信号发送给从时钟装置，另一路传送给硬件辅助时间戳电路；硬件辅助时间戳电路对接收到的无线网络报文信号进行处理，得到满足IEEE802.11协议的数据帧格式，再对数据帧进行检测，如果是时间报文，则结合本地实时时间信息，对该时间报文进行时间戳标记，将标记的时间戳信息传送给中央处理器模块作相应处理： 当中央处理器模块接收到来自主时钟装置的同步Sync时间报文，同时硬件辅助时间戳电路传送过来的时间戳信息即为同步Sync时间报文到达时间t₂，中央处理器模块在接收到跟随Follow Up时间报文后，发送延时请求Delay Req时间报文，在发送延时请求Delay Req时间报文后，硬件辅助时间戳电路传送过来的时间戳信息即为延时请求Delay Req时间报文发送时间t₃，其余情况接收到的时间戳信息则判断为无效信息； 从时钟装置依据跟随Follow Up时间报文中的同步Sync时间报文发送时间t₁、同步Sync时间报文到达时间t₂、延时请求Delay Req时间报文发送时间t₃以及延迟响应Delay Resp时间报文中的延时请求Delay Req时间报文到达时间t₄， 计算时间偏差值t_o： t_o=[(t₂‑t₁)‑(t₄‑t₃)]/2 依据时间偏差值t_o重新设定从时钟装置的本地时间，对从时钟装置的本地时间进行同步，完成主从时钟装置的高精度同步授时。