基于网络的数字信道时统传输研究

李治国（92124部队，辽宁 大连 116000）

基于网络的数字信道时统传输研究

李治国
（92124部队，辽宁 大连 116000）

摘 要：本文针对目前数字信道B码传输精度的问题，提出全新的基于IEEE1588协议的时统解决方案，既延续了IRIG-B带来的优势，又解决了高精度传输的问题。

关键词：IRIG-B码；IEEE1588协议；E1

随着网络通信技术的发展，时统系统中的IRIG-B码所依赖的实线信道和载波信道逐渐被淘汰，如果继续用目前的数字信道传输B码对精度会造成较大的影响，特别是B码体制在数字信道上的应用还存在一定的缺陷，为此我们提出B码体制和网络传输、数字信道传输相结合的时统方案。

1 新时统的基本组成

新时统采用了适应于网络化测量和控制系统的精确时钟同步协议（IEEE1588协议）和适应于E1信道传输的G.703协议来解决时间信息高精度传输的问题，时统设备主要由同步单元、中央处理器、用户单元、频标单元和电源组成，设备组成如图1所示。

PTP是精确时钟同步协议的简称。网络中的主时钟节点时间信息，通过报文传递到从时间节点，主从节点通过周期性的交换带有时间标记的时钟同步报文来测算出节点间的时间偏差，并采用适当的算法调整从节点的时间和频率，从而达到时钟的同步。

2 时间同步以太网组建

时间同步以太网组成如图2所示。

时间同步以太网由中心站、分站、用户三部分组成，中心站负责定时、校频、生成标准时间和频率，然后把标准时间和频率传输给分站或用户，时间传输的方法有三种：网络传输，数字信道传输，音频信道传输。中心站根据信道质量情况选择传输方式。

3 用IEEE1588协议实现高精度时间同步

3.1 网络传输时间不稳定原因分析

时间信息在网络中传输时，传输时延可分为线路时延和协议时延两部分。线路时延主要包括链路的传输时延和设备传输时延，链路的时延与线缆的长度有关；设备的时延会随流量的变化而产生抖动，使时间在以太网上的传输具有不稳定性。

协议时延是由UDP时钟同步报文发送时在TCP/IP协议模型下进行报文的逐层封装和下传，接收时报文的逐层拆封和上传时产生的，其中操作系统的多任务和以太网的CSMA/CD介质访问机制是产生时延抖动的主要原因。

网络协议栈和操作系统响应时间的不确定性是影响时钟同步精度的另一个重要因素，只有在以太网的物理层完成报文的时间标记才能有效的消除这些不确定性以获得最佳的标记精度。

3.2 在以太网物理层对报文加盖时戳的方案

以太网IEEE802.3协议规定在数据链路层中，数据帧的封装、解封、发送和接收功能由媒体访问控制子层（MAC）独立完成，它的电路结构随着传输介质和速度的不同有一定的差异。物理层可有效的屏蔽传输介质的差异，使网络从MAC层向上看是无差异的。因此MAC层和物理层的接口也称为介质无关MII接口。

MAC层和物理层的数据交换通过MII接口总线完成。MII总线以4位方式双向传输数据，传输速率为网速的1/4，一般来说，网络控制器已将MAC层和物理层电路集成在一起，无法获取MII总线上的数据，但也有一些网络控制器芯片允许外部陪接以太网物理层收发器芯片，这就使得我们可以很方便在物理层进行时间标记，如图3所示。

IEEE1588协议栈的高层（应用层，传输层和网络层）在设备内部由软件实现，数据链路层则由外部的网卡芯片实现，物理层采用专用的以太网收发器芯片完成，采用FPGA设计时间戳处理单元，时间戳处理单元由同步报文检测器和本地时钟组成，从MII接口来的报文数据流进入报文检测器，如检测到符合条件的报文，则读取本地时钟的时间值标记报文然后将标记时间通过总线传输给控制单元，由于物理层电路对报文的传输时延很小且几乎没有时延抖动，因此可以得到较高的时间精度。

图1 时统设备基本组成

图2 时间同步网

图3时间戳的实现

4 用E1接口实现精确时间同步

时统信号的数字传输终端主要把时统产生的B码信号换成能适应数字信道传输的E1信号，数字信道传输到用户端后再还原为B码，供用户选用。

时统信号数字传输终端，在发送端可以接收来自时统中心的三种信号，B （AC）码信号，B（DC）码信号和1PPS信号，其中如果接收的是B码，那么可以把钟面信息传送到对端，如果接收的只是1个1PPS信号，那么只能把准时点发送到对端，在接收端，如果发送端发送的是B码信号，那么可以同时送出准时的B （AC，DC）码和1PPS三种信号，供用户终端使用。

结语

新的时统系统采用模块化设计，用户可以根据不同的需要选用不同的模块组合，并且与以前的设备在体制上完全兼容。

参考文献

[1]童宝润.时间统一系统[M].北京：国防工业出版社，2003.

中图分类号：TN914

文献标识码：A