【摘 要】
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当前时间敏感网络（Time Sensitive Networking,TSN）技术发展快速,同时随着5G、WIFI等无线网络通信技术的不断发展,有线无线融合TSN网络成为未来工业网络的主要发展模式之一。时间敏感业务对数据端到端实时性与确定性传输提出了较高要求,而高精度时钟同步是保障时敏数据在有线与无线网络设备间精准转发的前提。然而,当前针对有线无线融合网络时钟同步的研究尚处于起步阶段。为此,本文基
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当前时间敏感网络（Time Sensitive Networking,TSN）技术发展快速,同时随着5G、WIFI等无线网络通信技术的不断发展,有线无线融合TSN网络成为未来工业网络的主要发展模式之一。时间敏感业务对数据端到端实时性与确定性传输提出了较高要求,而高精度时钟同步是保障时敏数据在有线与无线网络设备间精准转发的前提。然而,当前针对有线无线融合网络时钟同步的研究尚处于起步阶段。为此,本文基于IEEE802.1AS协议设计了一种满足有线无线融合TSN网络的高精度时钟同步协议,主要工作如下:1.针对多跳网络主时钟选取问题,设计一种基于多属性决策的冗余主时钟序列选取方法。建立最佳主时钟节点选取模型,以链路拓扑结构、链路拥塞系数以及时钟源质量三种因素作为决策属性,并采用自适应离差最大法计算上述因素对应权重,比较并选取主时钟节点并生成冗余时钟序列;设计一种冗余时钟机制,通过采用冗余时钟序列的方式,使得网络内各节点在主时钟节点失效后快速切换新的主时钟节点,减小重选主时钟时延内产生的同步偏差。2.针对有线无线融合网络时钟同步,设计一种时钟同步修正优化算法,基于邻频比、链路时延不对称度等因素对同步链路时延测量值进行建模分析;对节点时钟模型进行建模,采用二阶卡尔曼滤波算法对时钟偏差、频率偏差以及频率变化率进行预估,通过估计值对同步偏差进行补偿,降低同步误差。3.在FPGA平台对本文时钟同步方案进行实现。为保障主时钟节点的选取,开发同步集中控制模块,用于选取主时钟节点并生成冗余时钟序列;在有线无线融合TSN时钟同步系统开发时钟同步模块,用于网络中节点间同步报文的交互;搭建有线无线融合真实网络场景,对方案进行测试。结果表明,有线网络时钟同步精度为30ns,无线网络时钟可达到2us的同步精度,融合网络时钟同步精度可达到2us。同时本文方案基于IEEE802.1AS协议进行改进,兼容性和可扩展性强。
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