IEEE1588同步时钟网络时延误差的分析及修正

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１２．０１５ＩＥＥＥ　
１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正黎锐烽１，
２，曾祥君１，李泽文１，王　阳１，３
（１．智能电网运行与控制湖南省重点实验室，长沙理工大学，湖南省长沙市４１０００４；２．广东电网公司珠海供电局，广东省珠海市５１９０００；３．新乡供电公司，河南省新乡市４５３０００
）摘要：ＩＥＥＥ　
１５８８同步时钟基于ＴＣＰ／ＩＰ技术，采用变电站通信网络对时，受通信网络传输阻塞的影响，存在同步报文传输路径延时误差。

文中分析了ＩＥＥＥ　１５８８时钟同步精度误差；提出了基于区分服务调度模型的同步报文路径延时误差修正方法，通过设置网络节点业务报文队列的优先级，建立了带宽调节因子和紧迫度机制，确定了同步报文的时延，并提出时钟发生器振荡频率的修正方法；实现ＩＥＥＥ　１５８８同步时钟误差的修正。

搭建了高精度网络时钟硬件平台，并完成了测试。

实验结果表明，该时钟实现了纳秒级网络对时，能够满足智能变电站ＩＥＣ　６１８５０标准对时间精度的要求。

关键词：ＩＥＥＥ　
１５８８协议；智能变电站；通信网络；路径延时误差；区分服务调度模型收稿日期：２０１１－０８－２４；修回日期：２０１１－１２－
２３。

国家自然科学基金资助项目（５０９７７００３）；湖南省科技计划重点资助项目（２０１０ＣＫ２００２）；湖南省高校创新平台开放基金资助项目（０９Ｋ０６７）；湖南省高校科技成果产业化培育资助项目（０９ＣＹ０１１
）。

０　引言
变电站的设备智能化是实现智能电网的重要基础环节，随着ＩＥＣ　
６１８５０标准的完善，智能变电站对同步时钟精度和稳定性要求越来越高［１－
３］。

ＩＥＥＥ１５８８同步时钟对时精度达亚微秒级，但该时钟基于网络对时，以变电站通信网络为传输基础［
４－
５］。

变电站通信网络是基于ＩＰ承载技术的综合数据业务网，
承载着站内全部通信业务，因此，存在同步报文传输不可靠、路径时延不确定等问题，而且时钟发生器自身也存在振荡频率偏移误差，这些因素都将影响ＩＥＥＥ　１５８８同步时钟的授时稳定性。

文献［６］提出通过晶振补偿和ＯｆｆｓｅｔＴｉｍｅ滤波来提高网络时钟对时精度，但该方案实现复杂，对ＣＰＵ计算速度有较高要求；文献［７］提出一种硬件补偿方案，通过在交换机的物理层中嵌入以太网收发机ＤＰ８３６４０芯片，有效减小了时钟发生器振荡频率偏差对ＩＥＥＥ　
１５８８时钟的精度影响，但该芯片价格昂贵，且需改造网络设备，成本较高；文献［８］提出用线性收敛比较法对时钟同步系统进行在线故障检测，
该方法能有效进行时钟调谐，但如果调谐过程中路径延时偏差较大，将会严重影响该方法的测量精度。

为解决上述问题，本文提出一种基于网络区分
服务调度模型（ｄｉｆｆｓｅｒｖ－ｂａｓｅｄ　ｐａｃｋｅｔｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌ，ＤＰＳＭ）
的同步报文路径延时误差修正方法，并对时钟发生器振荡频率进行修正，实现了纳秒级高精度网络对时。

１　ＩＥＥＥ　
１５８８同步原理ＩＥＥＥ　
１５８８协议采用计算主从时钟的时间偏移量和测量线路的路径延时量进行时间同步。

假设传输线路对称，时间偏移量为Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ，路径延时量为Ｔｄｅｌａｙ，
透明时钟本身不参与同步过程，对于长距离的时间同步系统，透明时钟的转发延时是随机的，假设在理想情况下转发延时量确定，设为ＴＱ－ｄｅｌａｙ。

主时钟在Ｔａ１时刻向网络发送一个Ｓｙｎｃ报文，如图１所示。

图１　ＩＥＥＥ　
１５８８同步过程Ｆｉｇ．１　ＩＥＥＥ　１５８８ｓｙ
ｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓＴｂ１时刻从时钟收到Ｓ
ｙｎｃ报文，接着主时钟通过Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ报文发送之前记录的精确时间信息
Ｔａ１，从时钟接收Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ报文后在Ｔｂ２时刻发送
一个Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ报文。

主时钟收到Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ报文
—
２８—第３６卷　第１２期２０１２年６月２５日
后，记录精确接收时间Ｔ
ａ２，并把Ｔ
ａ２
标记在Ｄｅｌａｙ＿
Ｒｅｓｐ报文中发送给从时钟。

从时钟接收到Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐ报文后，则可计算出时间偏移量Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ和路径延时量Ｔ
ｄｅｌａｙ
为：
Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ＝（Ｔ
ｂ１－Ｔａ１
）＋（Ｔ
ｂ２－Ｔａ２
）
２
（１）
　Ｔｄｅｌａｙ＝（Ｔ
ｂ１－Ｔａ１
）－（Ｔ
ｂ２－Ｔａ２
）－２Ｔ
Ｑ－ｄｅｌａｙ
２
（２）
基于式（１）、式（２）求出Ｔ
ｏｆｆ－ｄｅｌａｙ和Ｔ
ｄｅｌａｙ
后，对时
间偏移和路径延时进行在线校准，这样就完成了主从时钟的时间同步，通过电力通信网络连接各个时钟节点，实现全网时间同步。

２　ＩＥＥＥ　１５８８同步报文网络延时误差分析
２．１　同步报文接收转发存在路径延时
ＩＥＥＥ　１５８８同步过程是在理想条件下进行的，在实际应用中，同步报文的收发存在路径延时，路径延时主要包含链路延时和队列延时。

由于变电站通信网络是分布式网络，传输所有业务报文，而业务报文的到来是随机、不确定的，每个节点都没有全局的网络信息［９］。

当线路出现拥塞时，如图２所示，将会存在不可预测的路径延时问题，其中队列延时存在于每台网络设备的端口。

如果遇到网络传输阻塞情况，将会出现业务竞争，引发同步报文丢包等情况，严重影响主从设备的同步性能。

图２　路径延时的影响
Ｆｉｇ．２　Ｐａｔｈ　ｄｅｌａｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
２．２　同步报文路径延时的误差分析
假设主时钟发送Ｓｙｎｃ报文和接收Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ
报文过程中的路径延时分别为Ｔ
ｄｅｌａｙ１和Ｔ
ｄｅｌａｙ２。

在
理想条件下，路径延时是确定的，即Ｔ
ｄｅｌａｙ１＝Ｔｄｅｌａｙ２。

当Ｔ
ｄｅｌａｙ１≠Ｔｄｅｌａｙ２
时，分析可得：
Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ＝Ｔｂ１－Ｔａ１－Ｔｄｅｌａｙ１（３）
Ｔｄｅｌａｙ２＝Ｔａ２－Ｔｂ２＋Ｔｏｆｆ－ｄｅｌａｙ（４）
把式（３）代入式（４）消去Ｔ
ｏｆｆ－ｄｅｌａｙ
可得：
Ｔｄｅｌａｙ１＋Ｔｄｅｌａｙ２＝Ｔａ２－Ｔｂ２＋Ｔｂ１－Ｔａ１（５）令Ｔ＾ｄｅｌａｙ＝（Ｔｄｅｌａｙ１＋Ｔｄｅｌａｙ２＋Δｔ）／２，可得
Ｔｄｅｌａｙ１＋Ｔｄｅｌａｙ２＝２Ｔ＾ｄｅｌａｙ－Δｔ（６）把式（６）代入式（５），可得
　Ｔ＾ｄｅｌａｙ＝
（Ｔ
ｂ１－Ｔａ１
）＋（Ｔ
ａ２－Ｔｂ２
）
２
＋
Δｔ
２
＝
Ｔｄｅｌａｙ＋Δｔ
２
（７）
在式（７）中，Ｔ
ｄｅｌａｙ
为理想的路径延时量，而Ｔ＾ｄｅｌａｙ为实际的路径延时量。

因为路径延时存在随机性，直接影响到同步算法的有效性，尤其是在网络传输阻塞等极端情况下，Δｔ／２会趋向于无限大。

因此，Δｔ／２的大小在很大程度上反映了ＩＥＥＥ　１５８８同步时钟的对时精度，其误差不可忽略。

３　基于ＤＰＳＭ机制的同步报文路径延时误差消除方法
为了可以有效控制同步报文的路径延时，使得Δｔ／２无限趋于０。

本文建立了ＤＰＳＭ机制，提出了基于带宽调节因子和紧迫度函数的ＤＰＳＭ算法来确定路径延时。

３．１　ＤＰＳＭ原理分析
本文提出的ＤＰＳＭ是一种改进的适用于变电站通信网络的实时在线分组调度算法机制，如图３所示。

其中ＰＴＰ表示精确时间同步业务。

图３　区分服务调度模型
Ｆｉｇ．３　Ｄｉｆｆｓｅｒｖ－ｂａｓｅｄ　ｐａｃｋｅｔｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ
其基本原理如下。

１）对进入网络每个节点的业务报文设置队列优先级，引入了虚拟时间概念，配置了虚拟系统时间，并且定义了每个数据流的虚拟启动时间和虚拟结束时间。

ＤＰＳＭ要求优先发送虚拟启动时间最小的分组，从而满足不同业务报文对路径延时的要求。

２）相比于传统的区分服务模型算法，ＤＰＳＭ对同步报文进行了整形优化，对同步报文建立了带宽调节因子，通过调节网络带宽，可以控制同步报文的服务速率，从而确定同步报文的路径延时。

—
３
８
—
·研制与开发·　黎锐烽，等　ＩＥＥＥ　１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正
３
）对网络节点中的业务报文进行标记，当网络拥塞时，建立报文紧迫度机制，为不同类型的业务报
文分配不同的差异化服务编码，
实现多级化区分业务调度。

４）ＤＰＳＭ提出了网络可靠性保障机制（ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ＲＢＧＭ），由于同步报文采用ＩＰ或ＵＤＰ封装，在ＤＰＳＭ中引入
ＲＢＧＭ，可在同步报文的预留空间里标记可靠性标识，实现同步报文数据包无缝隙传输。

ＤＰＳＭ提供了一种公平、动态的队列方案，对同步报文设置最高优先级，达到实时优先发送同步
报文的目的。

配置同步报文的带宽调节因子，可以控制同步报文的服务速率，进而使同步报文的路径延时统一，控制同步报文的服务速率还可以有效避免高优先级报文的带宽抢占现象。

当网络出现拥塞时，建立报文紧迫度机制，实时优先发送紧迫度较高的同步报文，
实现高精度网络对时方案。

３．２　ＤＰＳＭ算法分析
ＤＰＳＭ算法采用虚拟时间戳来模拟系统时间。

定义每个数据分组的启动时间和结束时间为一个事
件，设第ｎ个事件的时间为ｔｎ，Ｖ（ｔ）为虚拟系统时间函数，ＤＰＳＭ算法描述如下。

１）执行区分调度前，先完成调度初始化。

在系统初始时刻，虚拟系统时间清零：
Ｖ（０
）＝０（８）２）
当通信网络实时交换数据时，系统虚拟时间为：
Ｖ（ｔｎ）＝Ｖ（ｔｎ－１）＋１τ
（ｔｎ－ｔｎ－１）（９）３）假设ωｍ，ｋ为第ｍ组数据流的第ｋ个数据包，
ωｍ，ｋ到达服务器的时刻为ｔｍ，ｋ，Ｌｍ，ｋ为ωｍ，ｋ的数据长
度，ｒｍ为第ｍ组数据流的输出带宽，Ｓｍ，ｋ和Ｆｍ，ｋ分别为ωｍ，ｋ的虚拟启动时间和虚拟结束时间。

当ωｍ，ｋ到达后，虚拟启动时间为：
Ｓｍ，ｋ＝ｍａｘ｛Ｖ（ｔｍ，ｋ）－μ（ｘ），Ｆｍ，ｋ－
１｝（１０）式中：Ｆｍ，ｋ－１为上一个数据包离开时的虚拟时间。

Ｆｍ，ｋ的通用公式可表示为：
Ｆｍ，ｋ＝Ｓｍ，ｋ＋
Ｌｍ，ｋ
ｒｍ
（１１
）当上一个数据包的虚拟结束时间被确定时，就能确定本次的虚拟启动时间，从而最大限度地减小了算法的复杂度。

４
）进行区分调度的规则是优先发送虚拟启动时间最小的数据包，对不同类的数据报文进行配置，实现分级化区分调度。

５）在任一时刻ｔ，ＤＰＳＭ要完成数据报文的发
送，应满足以下发送判据式：
Ｆｍ，ｋ≤Ｖ（
ｔ）（１２
）３．３　网络正常情况下ＩＥＥＥ　１５８８网络时钟路径延时的误差修正
在通信网络正常时，
通过ＤＰＳＭ对同步报文进行优化配置，可以校正同步报文的服务速率。

在计算系统虚拟时间中添加了带宽调节因子
τ（０＜τ≤１
），通过对同步报文配置τ值，可以调节同步报文与其他业务报文之间的带宽比例。

τ值越大，同步报文分配的数据带宽就越小；随着τ值的减小，同步报文就获得更大的数据带宽。

数据带宽越大，报文的服务速率就越快。

通过控制同步报文τ值，使得τ成为一个定值，可以实现同步报文按照约
定速率进行传输，使得Δｔ／２无限趋于０，从而消除网络时钟路径延时误差。

３．４　网络拥塞情况下ＩＥＥＥ　
１５８８网络时钟路径延时的误差修正
当通信网络出现拥塞时，同步报文路径延时趋于无限大，甚至造成同步报文的丢失。

ＤＰＳＭ在虚拟启动时间中引入了报文紧迫度
函数μ（ｘ）。

在网络正常情况下，为了避免出现带宽抢占现象，应配置同步报文μ（ｘ）函数值为一个无限小的常量；当网络出现拥塞时，ＤＰＳＭ自适应调节
同步报文的μ（ｘ）函数，使得同步报文的虚拟启动时间小于其他数据报文的虚拟启动时间，从而优先发送同步报文。

在网络拥塞时，为了让同步报文获得更小的虚拟启动时间，应对μ（ｘ）函数配置一个较大的值，但如果对μ（ｘ）函数设置值过大，将会出现带宽过剩现象，造成网络资源浪费，影响了网络的公平性原则。

因此，μ（
ｘ）函数需满足下式：μ（ｘ）＝Ｌｍｉｎ
ｒβ
（１３）式中：Ｌｍｉｎ为站内通信网络中最小数据包的长度；
β（β≥１）为拥塞程度，网络拥塞程度越大，β值越小，
当β＝１时，同步报文将获得最大的紧迫度。

３．５　ＲＢＧＭ的实现
ＩＥＥＥ　
１５８８同步报文基于ＩＰ或ＵＤＰ包进行传输，
主要由报头、正文和后缀３个部分组成。

报头由ｔｒａｎｓｐｏｒｔＳｐｅｃｉｆｉｃ（传输特性）、ｍｅｓｓａｇｅＴｙｐｅ（信息类型）、ｒｅｓｅｒｖｅｄ（预留）等字段构成；正文部分主要是实现ＩＥＥＥ　
１５８８同步报文机制功能；后缀在一般情况下为０［５］。

由于ＩＰ／ＵＤＰ是无连接、
不可靠的“尽力而为”传输机制［１０－
１１］，不能保证ＩＥＥＥ　
１５８８同步报文的可靠性传输，引入ＲＢＧＭ对ＩＥＥＥ　
１５８８同步报文的可靠传输提供了安全保障。

—
４８—２０１２，３６（１２
）
ＩＥＥＥ　１５８８同步报文在原始报头里配置了预留字段，未被定义时所传输的比特位为０，所以可靠性传输标识符可定义在同步报文的报头的预留字段里，如图４所示。

图４　可靠性传输标识符标记位置示意图
Ｆｉｇ．４　Ｔａｂ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔａｇ
ＲＢＧＭ的实现过程如下所述。

１）主时钟发送同步报文时，在报头的预留字段里标记可靠性传输标识符，从时钟通过检测可靠性传输标识符，可以迅速识别发送过来的同步报文。

２）从时钟接收到可靠性传输标识符后，迅速向主时钟反馈一个包含可靠性传输确认符的确认消息，通知主时钟同步报文已被正确接收。

３）如果主时钟在一定时间内没有收到确认消息，则判断之前发送的同步报文可能丢失，ＲＢＧＭ迅速对同步报文进行重传，直到主时钟接收到确认消息。

３．６　ＤＰＳＭ机制对ＩＥＥＥ　１５８８时间戳标记的影响ＩＥＥＥ　１５８８同步报文采用ＩＰ层报文封装结构，同步报文经过ＩＰ层封装后到达ＰＨＹ层时标记时间戳，ＤＰＳＭ机制在ＩＰ层实现，如图５所示。

因此，ＤＰＳＭ机制不会对时间戳的标记产生影响。

图５　ＤＰＳＭ机制对时间戳的影响
Ｆｉｇ．５　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ＤＰＳＭ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｔｏ　ｔｉｍｅｓｔａｍｐ４　高精度网络时钟的产生
在ＩＥＥＥ　１５８８同步网络中，全网中每个网络节点的时钟发生器存在一定的同步误差。

本文在实现
路径延时误差修正的基础上，对时钟发生器振荡频率进行了修正，完成高精度时钟偏移量的测量，进而实现高精度网络时钟同步。

４．１　智能变电站对时钟同步网络精度要求
智能变电站时钟同步网络基于统一的网络通信信息平台，应满足以下时间精度要求［１２］。

１）ＩＥＣ　６１８５０标准将智能变电站的采样值同步精度根据应用要求分成了５个等级（Ｔ１至Ｔ５），其中Ｔ５主要用于计量，要求精度达１μｓ。

２）时间同步报文用于同步变电站自动化系统内智能电子设备内部时钟。

根据不同的事件时标或原始数据采样精度，要求满足各个智能电子设备不同级别的时间同步精度。

３）时钟同步精度必须高于设备功能要求至少一个数量级。

根据本文提出的ＤＰＳＭ机制可对同步报文设置队列优先级，使同步精度高于智能设备功能要求，满足ＩＥＣ　６１８５０标准规定。

４．２　高精度网络时钟的实现原理
在从时钟接收到主时钟发送的时钟同步报文后，会产生一段不确定延时后才发送延时测量请求，而这段延时是随机的，主要是由主从设备时钟发生器的振荡频率不一致所引起。

在同步网络中，如果主从设备各自的时钟发生器振荡频率不一致，将导致同步算法机制出现一定的误差。

高精度网络时钟具体实现过程如下。

１）从时钟发送一个同步请求报文，同时记录发送时间Ｔ
ｂ１。

主时钟在Ｔ
ａ１
时刻接收并记录精确接收时间，如图６所示。

此刻透明时钟不参与同步过程，通过路径延时误差的修正，其转发延时为一定
值Ｔ
Ｑ－ｄｅｌａｙ。

图６　高精度网络时钟实现过程
Ｆｉｇ．６　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ
ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｌｏｃｋ
２）经过时间δ（以从时钟为基准）后，从时钟发送一个跟随报文给主时钟并记录精确接收时间
—
５
８
—
·研制与开发·　黎锐烽，等　ＩＥＥＥ　１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正
Ｔａ２。

分析可得：
ΔＦ＝Ｔａ２－Ｔａ１－
δ（１４）式中：ΔＦ为主从时钟时钟发生器振荡频率的频率差；δ为一个定值，通过初始化设置后，不需要再对δ值进行设置。

３）主时钟把之前记录的２次精确接收时间Ｔａ１
和Ｔａ２发送给从时钟，
从时钟通过式（１４）就完成了主从设备时钟发生器振荡频率误差的修正，
然后完成时钟偏移测量，从而实现高精度网络时钟同步。

４．３　高精度网络时钟的硬件实现
根据上述原理，本文设计了一种高精度网络时钟，
硬件原理如图７所示。

ＦＰＧＡ：
现场可编程门阵列图７　高精度网络时钟硬件电路框图
Ｆｉｇ．７　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ　
ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｌｏｃｋ图７（ａ）为主时钟硬件电路框图，采用ＧＰＳ
／北斗双模授时系统作为主时钟授时源，
为网络提供精确秒脉冲信号，其中时间信息送至ＣＰＵ，
秒脉冲送至ＦＰＧＡ。

图７（ｂ
）为从时钟硬件电路框图，从时钟的秒时间由恒温高精度晶振提供。

ＦＰＧＡ是基于硬件的电路，用以实现ＰＨＹ层时间戳的标记。

ＣＰＵ用以处理ＤＰＳＭ算法，
对进出节点的不同类型的数据报文设置队列优先级，
修正数据报文的服务速率，配置报文紧迫度函数，从而实现同步报文的延时确定性。

为了验证本文所提出的高精度网络时钟的有效性，利用本文方法进行了对比试验。

试验中主从时钟的ＣＰＵ采用ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＲＭ９２６０芯片，选用ＡＣＴＥＬ公司生产的Ａ３Ｐ１２５作为ＦＰＧＡ
芯片，高精度恒温晶振的频率为１００ＭＨｚ。

为验证试验的可靠性，在主从时钟之间加入了２个ＷＡＮ路由器组成广域网络，ＷＡＮ路由器由一个ＡＲＭ９２６０实现ＤＰＳＭ机制。

高精度网络时钟试验环境如图８
所示。

图８　高精度网络时钟广域网环境实验示意图
Ｆｉｇ．８　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ
ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｌｏｃｋ　ｉｎ　ＷＡＮ　
ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ图９为同步报文路径延时测试结果。

在图９（ａ
）中，随着网络负载（表示沿途链路带宽被占用的饱和度）的增加，同步报文的路径延时产生较大的偏差；
图９（ｂ）是通过ＤＰＳＭ修正后的测试结果，可以看出修正后的同步报文满足低延时、低抖动性原则，特别在网络负载过大导致网络阻塞时，同步报文的延时依然可以保持良好的稳定性。

图９　同步报文路径延时测试结果
Ｆｉｇ．９　Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｅｓｓａｇｅ　ｐａｔｈ　ｄｅｌａｙ
采用本文方法对网络时钟进行校正后，用示波
器经过多次比较主从时钟的脉冲输出（见附录Ａ图Ａ１
），可得出从时钟输出有效时的最小时间偏差可达５０ｎｓ，平均误差约２００ｎｓ。

基于ＩＥＣ　
６１８５０标准进行分析，可见本文提出的ＤＰＳＭ算法所达到的对时精度完全可以满足智能变电站对时间精度的要求，网络稳定性及报文延时优于传统算法，可以在整个变电站自动化设备中推广。

５　结语
本文提出的基于ＤＰＳＭ机制的同步报文路径
延时误差消除方法，
确定了同步报文的路径延时；在消除同步报文路径延时的基础上，对时钟发生器振荡频率进行了修正。

理论分析和实验结果表明，该
方法所产生的网络时钟偏差可达５０ｎｓ
，精度高、稳定性好，能够满足智能变电站对时钟精度的要求。

随着对ＩＥＥＥ　１５８８网络时钟的研究更加深入，智能变电站的对时系统有望实现采用ＩＥＥＥ　
１５８８标准构建的网络授时平台，
对实现智能变电站时间统一系统具有重要意义。

附录见本刊网络版（ｈｔｔｐ：／／ａｅｐｓ．ｓｇｅｐｒｉ．ｓｇ
ｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ／ａｅｐｓ／ｃｈ／ｉｎｄｅｘ．ａｓｐ
ｘ）。

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６８—２０１２，３６（１２
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ｓｔｅｍ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＰｏｗｅｒＳｙ
ｓｔｅｍｓ，２０１０，３４（２１）：１０７－１１１．［９］国家电网公司．智能电网关键设备（系统）研制规划［Ｒ］．２０１０．［１０］ＰＡＲＥＫＨ　Ａ，ＧＡＬＬＡＧＥＲ　Ｒ．Ａ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｐ
ｒｏｃｅｓｓｏｒ　ｓｈａｒｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｉｎｔｅｇ
ｒａｔｅｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ—ｔｈｅｓｉｎｇｌｅ　ｎｏｄｅ　ｃａｓｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ／ＡＣＭ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，１９９３，１（３）：３４４－
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１５８８的智能变电站时钟同步网络［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１１，２６（３）：３－８．ＺＥＮＧ　Ｘｉａｎｇｊｕｎ，ＬＩ　Ｒｕｉｆｅｎｇ，ＬＩ　Ｚｅｗｅｎ，ｅｔ　ａｌ．ＩＥＥＥ　１５８８ｂａｓｅｄ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｆｏｒ　ｓｍａｒｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２６（３）：３－
８．黎锐烽（１９８６—），男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：
电力系统微机保护与控制和电力系统通信技术。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｖｉｏｌｅｔ．ｌｒｆ＠１
６３．ｃｏｍ曾祥君（１９７２—），男，博士，教授，院长，主要研究方向：电力系统微机保护与控制。

李泽文（１９７５—），男，博士，副教授，主要研究方向：电力系统微机保护与控制。

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ　
Ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ＩＥＥＥ　１５８８Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ＣｌｏｃｋＬＩ　Ｒｕｉｆｅｎｇ１，
２，ＺＥＮＧ　Ｘｉａｎｇｊｕｎ１，ＬＩ　Ｚｅｗｅｎ１，ＷＡＮＧ　Ｙａｎｇ
１，
３
（１．Ｈｕｎａｎ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄｓ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　
ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｕｈａｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　
Ｂｕｒｅａｕ，Ｚｈｕｈａｉ　５１９０００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｘｉｎｘｉａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　
４５３０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩＥＥＥ　１５８８ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｃｌｏｃｋ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ＴＣＰ／ＩＰ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｔｉｍｉｎｇ　ｉｎ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｐａｔｈ　ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｅｓｓａｇｅ　ｉｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　
ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ＩＥＥＥ　１５８８ｃｌｏｃｋ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｐａｔｈ　ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｅｓｓａｇｅ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｓｅｒｖ－ｂａｓｅｄ　ｐａｃｋｅｔｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｆａｃｔｏｒ，ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅｓｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｅｓｓａｇｅ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｎｏｄｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｍｅｓｓａｇｅｐｒｉｏｒｉｔｙ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　
ｏｆ　ｃｌｏｃｋ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　１５８８ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｌｏｃｋ　ｅｒｒｏｒ　ｉｓ　ｔｈｕｓ　ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｌｏｃｋ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｌｏｃｋ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ　ｓｍａｒｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＩＥＣ　
６１８５０Ｓｔｄ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｉｓ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　
Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．５０９７７００３）ａｎｄ　Ｐｌａｎｎｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ（Ｎｏ．２０１０ＣＫ２００２）．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ　１５８８ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｓｍａｒｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｐａｔｈ　ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ　ｅｒｒｏｒ；ｄｉｆｆｓｅｒｖ－ｂａｓｅｄ　ｐａｃｋｅｔｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　
ｍｏｄｅｌ—
７８—·研制与开发·　黎锐烽，等　ＩＥＥＥ　
１５８８同步时钟网络时延误差的分析及修正。