呂保強(qiáng)　溫金保

摘要：該文詳細(xì)闡述了面向802.11無線局域網(wǎng)IEEE1588PTP仿真的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，并對(duì)IEEE1588PTP時(shí)間同步仿真結(jié)果和影響其性能的因素進(jìn)行了評(píng)估和分析。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；時(shí)間同步；IEEE1588PTP

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）02-0028-02

Simulation and Optimization of IEEE1588 Time Synchronization

LV Bao-qiang， WEN Jin-bao

（Guangdong Technical College of Water Resources and Electric Engineering ， Guangzhou 510925 ， China）

Abstract： In this paper， we present the simulator we developed for PTP time synchronization in 802.11 WLANs. The behavior of the PTP time synchronization， the simulation results and the factors that affect the PTP performance are presented and evaluated.

Key words： WLAN； time synchronization； IEEE 1588PTP

1 引言

目前，在包交換網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間同步算法主要采用了時(shí)間包交換技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議（NTP）[1]已被廣泛應(yīng)用于因特網(wǎng)中，然而，在理想情況下，NTP在有線局域網(wǎng)（LANs）的精度也僅能夠控制在毫秒級(jí)。在有線的工業(yè)以太網(wǎng)中，IEEE1588 PTP將時(shí)間同步精度提到了微秒級(jí)。近年來，許多時(shí)間同步協(xié)議已被提出用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中，其中典型的時(shí)間同步協(xié)議有參考廣播同步（RBS），延遲測(cè)量時(shí)間同步（DMTS），洪泛時(shí)間同步協(xié)議（FTSP），時(shí)間同步協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（TPSN）[2-4]等。然而，這些協(xié)議均未能在能源效率及同步精度上實(shí)現(xiàn)很好的優(yōu)化。

在有線分組包交換網(wǎng)絡(luò)中，IEEE 1588精確時(shí)間協(xié)議（PTP）[5]已經(jīng)被提出。PTP的時(shí)間同步精度可控制在微秒級(jí)，比基于NTP的時(shí)間同步精度要高得多。由于操作簡(jiǎn)單，所需的帶寬相對(duì)較低，相比于傳統(tǒng)的時(shí)間同步協(xié)議（例如，RBS，F(xiàn)TSP等）PTP更適合用于通信帶寬和能源受限的WLAN設(shè)備中。

本文詳細(xì)闡述了PTP性能的仿真和優(yōu)化。對(duì)PTP時(shí)間同步精度的因素進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：PTP的蓋戳適合在物理層附近，rate對(duì)精度也有影響。

2 PTP包裝交換的實(shí)現(xiàn)

一個(gè)典型的PTP同步過程是基于延遲請(qǐng)求-響應(yīng)機(jī)制。PTP同步過程中包括四種類型的數(shù)據(jù)包[3]，分別是：Sync消息包，F(xiàn)ollow_Up消息包，Delay_Req消息包和Delay_Resp消息包。

首先，主時(shí)鐘在t1時(shí)刻向從時(shí)鐘發(fā)送Sync消息包，從時(shí)鐘接收到Sync消息包并記錄下其到達(dá)時(shí)間t2。用[dms]表示Sync消息包在主從時(shí)鐘間的傳播延遲，然后，從時(shí)鐘于t3時(shí)刻向主時(shí)鐘發(fā)送Delay_Req消息包，主時(shí)鐘在t4時(shí)刻接收到該消息包，隨后主時(shí)鐘立即將時(shí)間戳t4嵌入到Delay_Resp消息包中，并將該包發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)。用[dsm]表示Sync消息包在從主時(shí)鐘間的傳播延遲。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)時(shí)鐘之間的傳播延遲很有可能是不一樣的，即[dms]≠[dsm]。當(dāng)從時(shí)鐘獲得t1、t2、t3、t4四個(gè)時(shí)間戳后，時(shí)鐘偏移的觀測(cè)值如下：

[θM（n）=[（ts1-tm1）-（tm2-ts2）]2] （1）

3從時(shí)鐘的校正

假設(shè)基于PTP包交換所獲得的時(shí)間戳是絕對(duì)精確的，于時(shí)鐘偏移（offset）和的觀測(cè)值可直接用于矯正本地時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)PTP時(shí)間同步。然而，由于主從時(shí)鐘包交換過程中存在著各種不確定因素，期間獲取的時(shí)間信息通常是不精確且不可靠的。為了實(shí)現(xiàn)從時(shí)鐘與主時(shí)鐘的時(shí)間同步，在每個(gè)同步時(shí)刻要得到時(shí)鐘偏移（offset）校正量，用校正量來直接校正從時(shí)鐘的offset。

[μθ（n）=θM（n）] （2）

4 仿真結(jié)果

圖6表示PTP采用硬件時(shí)間標(biāo)記時(shí)從時(shí)鐘的時(shí)鐘偏移的仿真結(jié)果。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)PTP采用硬件時(shí)間標(biāo)記時(shí)，從時(shí)鐘的時(shí)鐘偏移保持-0.3/s到0.3/s之間變化，這PTP采用軟件時(shí)間標(biāo)記時(shí)從時(shí)鐘的時(shí)鐘偏移小了很多，且達(dá)到了PTP微妙級(jí)同步精度的設(shè)計(jì)初衷。這也再次驗(yàn)證了，PTP進(jìn)行同步時(shí)采用硬件時(shí)間標(biāo)記機(jī)制的重要性和必要性。

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)地闡述了一種基于802.11網(wǎng)絡(luò)的IEEE1588協(xié)議的仿真的實(shí)現(xiàn)過程。該仿真對(duì)分析和評(píng)估PTP時(shí)間同步協(xié)議提供了一種高能效、可視化的方法，能夠?qū)r(shí)間戳不確定性以及其他因素對(duì)PTP性能的影響進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明：PTP的蓋戳適合在物理層附近，rate對(duì)精度也有影響。

參考文獻(xiàn)：

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