李治國（92124部隊(duì)，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(duì)，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(shí)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(biāo)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(diǎn)時間信息，通過報(bào)文傳遞到從時間節(jié)點(diǎn)，主從節(jié)點(diǎn)通過周期性的交換帶有時間標(biāo)記的時鐘同步報(bào)文來測算出節(jié)點(diǎn)間的時間偏差，并采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄕ{(diào)整從節(jié)點(diǎn)的時間和頻率，從而達(dá)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(fù)責(zé)定時、校頻、生成標(biāo)準(zhǔn)時間和頻率，然后把標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(bào)文發(fā)送時在TCP/IP協(xié)議模型下進(jìn)行報(bào)文的逐層封裝和下傳，接收時報(bào)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(jī)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(bào)文的時間標(biāo)記才能有效的消除這些不確定性以獲得最佳的標(biāo)記精度。

3.2 在以太網(wǎng)物理層對報(bào)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(dú)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(jìn)行時間標(biāo)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(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)鏈路層則由外部的網(wǎng)卡芯片實(shí)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(jì)時間戳處理單元，時間戳處理單元由同步報(bào)文檢測器和本地時鐘組成，從MII接口來的報(bào)文數(shù)據(jù)流進(jìn)入報(bào)文檢測器，如檢測到符合條件的報(bào)文，則讀取本地時鐘的時間值標(biāo)記報(bào)文然后將標(biāo)記時間通過總線傳輸給控制單元，由于物理層電路對報(bào)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(shí)現(xiàn)

4 用E1接口實(shí)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(zhǔn)時點(diǎn)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(zhǔn)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(jì)，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(xiàn)

[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(xiàn)標(biāo)識碼：A