IEEE1588和高精度时间同步的方法

2，第二步主节点向从节点发送一个“跟随”（Follow_up）报文，这个报文包含先前的同步报文准确的发送时间的标记。从节点利用这两个时间标记可以得到它与主节点的延迟，据此可调整它的时钟的频率。

3，从节点向主节点发送“延时请求”（Delay_Request报文（延时请求报文的间隔是独立设置的，一般应较同步报文间隔长），这个报文是由从节点记录它的准确发送时间，由主节点打上准确的接收时间标记。

4，主节点向从节点返回一个“延时响应”（Delay_ Response）报文，这个报文带着先前的“延时请求”报文的准确的接收时间标记，从节点利用这个时间和由它所记录的准确的发送时间，可计算出主节点和从节点之间的传输延迟并调整它的时钟漂移误差。

图2 偏移的校正

图3 传输延时的测量

图2，图3例示主节点与从节点之间报文的交换，图中的时间也仅是为了理解假设的，不代表实际情况（IEEE1588中表示时间使用64位数，可以精确地表示绝对时间）。图2表示经过两次同步可以校正主节点与从节点之间的偏差。但无法计算传输延时。

经过延时报文的请求和应答以及同步报文的时间标记，可以计算出两个方向的平均传输延时，在以后的计算中就可使用。实际上偏移与延时值的测量是互相影响的，要经过多次测量和计算，才会逐步收敛到接近实际值。测量时间间隔的选取很重要，选择间隔短时通信负荷较重，间隔过长则不能保证同步的精度，所以同步和延时的测量间隔应根据同步要求和系统配置选择。

IEEE1588并没有规定使用的网络，但从通信的负荷和时间要求来说，以太网是比较适合的网络，当前实际的实现也差不多都是基于以太网的网络。以上四种PTP报文都是基于IP多点通信（Multicast），它不限于Ethernet，并且可用于任何支持多点通信的总线系统。多点通信提供简单化的优点，IP地址管理不需要在PTP节点上实现，这样可以进一步扩展到很大数目的PTP节点。

4 本地时钟的考虑

PTP协议可能达到很高的同步精度，组成庞大的同步系统，但实际系统可以根据需要达到的精度和功能组建。可以选用1级或2级时钟作为主时钟，也可选用3级，4级时钟，可按价格和性能需要综合考虑。但作为普通节点本地时钟的振荡器，出于成本考虑基本上只能选择石英晶体振荡器。但石英晶振的频率会随温度，机械因素和老化漂移，其中最主要的影响是温度，典型的不补偿的石英晶振的温度飘移是1PPM/C0,如果同步间隔是2秒，则温度上升1度在每个同步间隔会产生2微秒的误差。但通过对晶振的热环境的控制，可以明显降低漂移。

从上面论述也可知道如果本地时钟的振荡频率稍有偏离，就会造成时间的偏离，而且时间的偏离是累计的会越来越大，虽然通过同步报文的计算可以校正时间，但本地时间的频繁校正会打乱本地时钟的连续性，使需要定时处理的任务像PID调节，通过时间段计量脉冲的速度测量等应用陷入混乱。所以在PTP系统内使用频率可调的晶振，通过频率的校正使本地时钟的频率与主时钟同步。对这种晶振的要求是0.01%精度和0.02%的频率可调范围。同时PTP并不在接收同步报文后立即校正本地时钟的时间，而是将这个偏移作为一个数据保存在端口中，通过本地时间加偏移值得到正确时间。

同时PTP定义的外部定时信号是可选特性，支持这个特性的主时钟另外提供10MHZ频率的曼彻斯特编码的时钟信号，在每秒的边界信号跳变给出秒信号。这个定时信号可用于校正时钟频率。

5 关于边界时钟

从上面的同步原理很容易看到，在计算偏移时需要用到传输延时，这个延时是以前得到的测量值计算的结果，如果延时是稳定的，就能代表当次测量的延时，偏移的测量就准确。反之延时的起伏将直接影响同步的精度。点对点连接可提供最高的精度，带路由器会增加网络抖动，在PTP系统内通过交换机连接时，由于交换机在传送报文时需要存储和排队，不可避免出现传递的延迟，而且这个延迟随排队报文的多少，报文的大小而变。为了解决这个问题通常使用支持IEEE1588的交换机作为边界时钟，支持IEEE的交换机内部包含了一个PTP时钟，由于它是直接接收主时钟报文的，它与主时钟的传输延时不存在排队与存储的问题，所以在需要分支时通常使用带边界时钟的交换机。

6 时钟的评价和最佳时钟算法概要

最佳时钟算法是1588协议的很重要的部分，1588虽然是适用于局域网的协议，但它没有限制网络的结构，范围，设备数目和选用。对于任意结构的网络怎样确定祖母时钟，主时钟，时间基准怎样逐级传递到各节点，以取得尽可能好的时钟精度，就是最佳时钟算法要达到的目标。1588的算法是动态运行的，即在时钟同步系统运行中根据实时数据不断计算，动态调整各节点和端口的状态，也就会调整时间的传递路线。所以在当前主时钟故障或性能下降时，系统可能会选择其它更合适的节点替代它作为主时钟。由于这部分内容相对复杂，这里只介绍相关的基础概念。