一種分布式時(shí)鐘同步技術(shù)設(shè)計(jì)

孟祥輝，叢 凱，李 祺

(1.中國(guó)人民解放軍92228部隊(duì)，北京 100854; 2.海裝駐北京地區(qū)第三軍事代表室，北京 100074;3.北京機(jī)電工程研究所，北京 100074)

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，許多系統(tǒng)都需要建立在分布式網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，人們對(duì)分布式、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量系統(tǒng)的需求越來越高，對(duì)設(shè)備之間時(shí)鐘同步的要求也越來越高[1]。分布式網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點(diǎn)分散在區(qū)域內(nèi)，一定程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，各個(gè)設(shè)備(從節(jié)點(diǎn))通過有線或無(wú)線的方式與中央處理器(主節(jié)點(diǎn))進(jìn)行信息交互，能夠共同完成復(fù)雜任務(wù)[2]。網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)分布在不同的位置，同時(shí)還配有獨(dú)立的時(shí)鐘，由于設(shè)備工作環(huán)境的復(fù)雜多樣，可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘之間不同步的情況，由此可能會(huì)導(dǎo)致部分工作無(wú)法正常進(jìn)行。尤其是部分要求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度和控制的分布式系統(tǒng)，對(duì)于時(shí)鐘同步的要求更為嚴(yán)格。所以，網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備能夠在統(tǒng)一的時(shí)鐘節(jié)拍下進(jìn)行工作，是分布式應(yīng)用的重要前提。

為了能夠給分布式網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備提供一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘，使得各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間同步，本文提出一種時(shí)鐘同步技術(shù)，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時(shí)服務(wù)與單向時(shí)鐘同步技術(shù)，將兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同情況下的時(shí)鐘同步，最后基于LabVIEW設(shè)計(jì)仿真程序，對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 傳統(tǒng)時(shí)鐘同步技術(shù)

在典型的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，目前使用最廣泛的是分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[3]，而對(duì)于時(shí)鐘同步算法的研究也主要針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)[4]。其中具有代表性的算法有RBS算法、TPSN算法和FTSP算法[5]。

RBS(reference broadcast synchronization)算法是基于接收端-接收端的同步機(jī)制，引入了參考節(jié)點(diǎn)，任意兩個(gè)待同步節(jié)點(diǎn)在接收到參考節(jié)點(diǎn)的廣播后，記錄下收到消息的本地時(shí)間，然后與其他節(jié)點(diǎn)交換自己記錄下的時(shí)間[6]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于減小了發(fā)射端發(fā)送時(shí)間對(duì)精度的影響，缺點(diǎn)在于信息交換次數(shù)多，造成了額外的開銷，而且也不適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的網(wǎng)絡(luò)[7]。

TPSN(time synchronization protocol for sensor network)算法采用雙向成對(duì)同步技術(shù)[8]，它的特點(diǎn)在于，同步之前，還有一個(gè)層次建立的階段，在這個(gè)階段，通過信息傳遞，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的層數(shù)標(biāo)識(shí)，然后進(jìn)入同步階段，由根節(jié)點(diǎn)開始逐層往下進(jìn)行雙向時(shí)鐘同步，每一級(jí)節(jié)點(diǎn)只與其上一級(jí)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步[9]。這種算法具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，相比RBS算法同步精度更高，但缺點(diǎn)在于所有節(jié)點(diǎn)都以根節(jié)點(diǎn)作為同步標(biāo)準(zhǔn)，一旦根節(jié)點(diǎn)失效，重新進(jìn)行層次建立和同步會(huì)增大能耗[10]。

FTSP(flooding time synchronization)算法是一種基于發(fā)送者—接收者機(jī)制的同步算法[11]，通過參考節(jié)點(diǎn)與待同步節(jié)點(diǎn)單向廣播同步消息的方式來實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步。發(fā)送節(jié)點(diǎn)廣播同步信息，在廣播范圍內(nèi)的接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)同步信息解析其中的時(shí)間戳，計(jì)算自身與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘偏差，調(diào)整本地時(shí)鐘，完成同步。算法整體采用泛洪廣播的同步機(jī)制，傳輸信息量較大，能耗多，計(jì)算復(fù)雜度也較高[12]。

上述幾種算法的同步過程可粗略地劃分為單向時(shí)鐘同步和雙向時(shí)鐘同步。單向時(shí)鐘同步的信息傳遞是單向進(jìn)行的，由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一方發(fā)給另一方，而收到信息的一方不需要向發(fā)送方返回任何信息，例如RBS算法和FTSP算法。收到時(shí)間信息后，作為收端的一方對(duì)信息做適當(dāng)處理，求出時(shí)鐘偏移量，然后調(diào)整本地時(shí)鐘。而雙向時(shí)鐘同步類似于握手機(jī)制，假設(shè)節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行同步，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)出同步請(qǐng)求，請(qǐng)求中包含了節(jié)點(diǎn)A發(fā)送時(shí)刻的本地時(shí)間，節(jié)點(diǎn)B收到請(qǐng)求時(shí)，記下此刻的時(shí)間，然后將這一時(shí)間信息和要發(fā)送確認(rèn)信息時(shí)的本地時(shí)間都加入數(shù)據(jù)包，一并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A收到消息后即可求出與節(jié)點(diǎn)B之間的時(shí)延及時(shí)鐘偏移，然后根據(jù)時(shí)鐘偏移調(diào)整本地時(shí)鐘。一般來說，雙向時(shí)鐘同步的精度都會(huì)高于單向時(shí)鐘同步，但通常也會(huì)伴隨著更多的信息交換或者更高的計(jì)算復(fù)雜度。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)鐘同步，本設(shè)計(jì)采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為主同步機(jī)制，而在極少數(shù)情況下，由于建筑物的遮蔽，接收設(shè)備對(duì)于北斗信號(hào)的接收可能會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致時(shí)鐘同步無(wú)法正常進(jìn)行，此時(shí)需要利用其他時(shí)鐘同步技術(shù)作為輔助手段完成時(shí)鐘同步。

2.1 北斗衛(wèi)星授時(shí)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由我國(guó)自主研制，可以為用戶提供全球范圍內(nèi)的全天候、全天時(shí)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)，穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度與GPS相當(dāng)[13]。

北斗授時(shí)傳遞的是國(guó)家授時(shí)中心發(fā)播的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，也就是目前國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC, universal time coordinated)。北斗授時(shí)技術(shù)主要包括RDSS(radio determination satellite service)單向授時(shí)、RDSS雙向授時(shí)和RNSS(radio navigation satellite service)授時(shí)[14]。

RDSS單向授時(shí)的原理是在用戶終端位置已知的前提下，地面測(cè)量控制中心站將導(dǎo)航電文通過衛(wèi)星傳遞給用戶終端(如圖1所示)，用戶終端收到信號(hào)并解出即可得到本地時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間偏差。授時(shí)誤差主要由對(duì)信號(hào)傳播時(shí)延的估計(jì)決定，在位置已知的情況下，信號(hào)傳播時(shí)延是可以測(cè)量的，但該時(shí)延受信號(hào)傳輸路徑的影響較大。用戶終端通常在估算此延遲時(shí)存在較大誤差，一般精度只能控制在100.6 ns以下[10]。

RDSS雙向授時(shí)的原理是通過用戶終端和北斗中心站之間的信息交換來測(cè)量信號(hào)的傳輸時(shí)延，從而得出時(shí)鐘差值。北斗中心站通過如圖2所示的信息交流，獲得與用戶終端之間的單向傳輸時(shí)延，之后中心站將這個(gè)時(shí)延發(fā)送給用戶終端，用戶終端利用這個(gè)時(shí)延，結(jié)合導(dǎo)航電文校正本地時(shí)鐘，調(diào)整本地時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)與中心站之間的時(shí)鐘同步。這種方法可以避免授時(shí)終端天線位置誤差、電離層或?qū)α鲗痈脑鞖埐畹戎T多不確定因素引起的單向授時(shí)偏差[15]，授時(shí)精度可達(dá)20 ns[16]。但由于存在時(shí)間信息的交換,衛(wèi)星和北斗中心站需要響應(yīng)用戶的同步需求,這會(huì)占用衛(wèi)星和北斗中心站的資源,因此對(duì)用戶容量有限制[17]。

RNSS授時(shí)也是一種單向授時(shí)方法。如圖3所示，用戶終端與中心站之間沒有信息交互，只需接收衛(wèi)星發(fā)播的授時(shí)信號(hào)，計(jì)算衛(wèi)星到用戶終端之間的傳輸時(shí)延，即可獲得衛(wèi)星時(shí)間[18]。還可以利用不同衛(wèi)星的時(shí)間來進(jìn)一步減小下行傳輸時(shí)延的估計(jì)誤差，這個(gè)誤差一般在20 ns以內(nèi)。由于衛(wèi)星時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間之間的誤差非常小，經(jīng)過計(jì)算，RNSS授時(shí)的誤差，即用戶終端與北斗系統(tǒng)之間的誤差可以控制在23.7 ns以內(nèi)[10]。

可將以上3種授時(shí)方法簡(jiǎn)單地分為單向授時(shí)和雙向授時(shí)。相比于單向授時(shí)，雙向授時(shí)可以更精確地反映時(shí)延信息，具有較高的授時(shí)精度。針對(duì)單向授時(shí)和雙向授時(shí)的不同特點(diǎn)，為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)的性能，通常會(huì)采取單向授時(shí)和雙向授時(shí)獨(dú)立工作或組合工作的形式。在一般情況下，單向授時(shí)負(fù)責(zé)保持定時(shí)用戶機(jī)和中心站系統(tǒng)的時(shí)間同步，雙向授時(shí)則間隔一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間周期進(jìn)行，用于修正這一時(shí)間周期內(nèi)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差[19]。也就是用盡可能少的雙向授時(shí)與單向授時(shí)結(jié)合使用，以達(dá)到接近雙向授時(shí)的精度[20]。

利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)別的高精度的時(shí)鐘同步，并且對(duì)接收設(shè)備要求簡(jiǎn)單，每個(gè)接收設(shè)備配備北斗接收模塊即可，這種接收模塊在市面上很常見，無(wú)需特別定制。

隨著北斗系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，各個(gè)芯片制造商也開發(fā)了基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的授時(shí)模塊，給各行各業(yè)的用戶提供北斗授時(shí)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)其在各行業(yè)各自具有特殊需要的時(shí)間、日期的同步。

從表1中可以看出，北斗授時(shí)時(shí)間精度都較高；不同制造商，授時(shí)精度略有差異。

表1 市售芯片授時(shí)性能

2.2 輔助同步機(jī)制

在大多數(shù)情況下，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)都能與授時(shí)模塊正常進(jìn)行通信，但是在有較高建筑物遮蔽的情況下，授時(shí)模塊可能無(wú)法正常接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致時(shí)鐘同步無(wú)法順利進(jìn)行。此時(shí)需要利用其他時(shí)鐘同步技術(shù)作為輔助同步機(jī)制完成時(shí)鐘同步。本設(shè)計(jì)中，輔助同步機(jī)制以主同步機(jī)制為基礎(chǔ)，獲取傳輸時(shí)延，再利用單向同步技術(shù)，傳遞時(shí)間信息，得出時(shí)鐘偏移，使得設(shè)備間能達(dá)到高精度的同步。

在單向時(shí)鐘同步中，主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送含有本地發(fā)送時(shí)間的消息，從節(jié)點(diǎn)收到后將接收時(shí)刻的本地時(shí)間與主節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)刻的時(shí)間信息做處理。如圖4所示，是單向時(shí)鐘同步信息傳輸過程。

tA表示主節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間，tB表示從節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間，offset表示主從節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘偏移，Δt表示整個(gè)傳輸過程產(chǎn)生的時(shí)延，可得到下式：

tB-tA=offset+Δt

(1)

Δt主要由以下幾個(gè)部分組成：收發(fā)端處理時(shí)延、傳播時(shí)延和發(fā)送時(shí)延。收發(fā)端處理時(shí)延是指發(fā)端和收端對(duì)信息做編碼解碼等處理所需的時(shí)間；傳播時(shí)延是指信號(hào)在空中傳播的時(shí)間，由于電磁波傳播速度極快，這部分時(shí)延通常忽略不計(jì)；發(fā)送時(shí)延是指發(fā)出信息所需的時(shí)間，主要受信息長(zhǎng)度和發(fā)送速率的影響。

傳統(tǒng)的方法是信號(hào)在空中傳播的所需的時(shí)間忽略不計(jì)，通過數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和發(fā)射速率估算發(fā)送時(shí)延和處理時(shí)延[21]，得到整個(gè)傳輸過程的時(shí)延Δt之后，根據(jù)公式(1)也就可以求出時(shí)鐘偏移量。但由于部分時(shí)延是通過估算得到，導(dǎo)致這種方法的對(duì)時(shí)精度不高。為了更高的對(duì)時(shí)精度，本文提出另一種方法實(shí)現(xiàn)更高精度的單向時(shí)鐘同步。

在主從節(jié)點(diǎn)都與北斗衛(wèi)星校準(zhǔn)的時(shí)候，需要進(jìn)行信息傳遞，獲取相關(guān)時(shí)間信息，為輔助同步機(jī)制打下基礎(chǔ)。如圖5所示，具體過程如下：

1)在節(jié)點(diǎn)設(shè)備與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)完成時(shí)鐘同步的前提下，主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送含有本地發(fā)送時(shí)刻的信息。

2)從節(jié)點(diǎn)收到后將這一信息與本地接收時(shí)刻的時(shí)間信息做處理，求出傳輸時(shí)延。由于雙方時(shí)鐘是經(jīng)過校準(zhǔn)的，時(shí)鐘偏移offset可以看作是0，根據(jù)公式(1)即可求出整個(gè)過程的傳輸時(shí)延Δt，從節(jié)點(diǎn)將這個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)Δt記錄下來。

3)在需要利用輔助同步機(jī)制時(shí)，進(jìn)行如圖4所示的單向時(shí)鐘同步，從節(jié)點(diǎn)在對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行處理時(shí)，將前面記下的Δt當(dāng)作已知值，代入公式(1)即可求出時(shí)鐘偏移量offset。從節(jié)點(diǎn)根據(jù)這個(gè)偏移量調(diào)整本地時(shí)鐘，完成時(shí)鐘同步。

3 仿真及分析

3.1 仿真環(huán)境

本文基于LabVIEW環(huán)境設(shè)計(jì)仿真程序，主要以一條簡(jiǎn)單的傳輸鏈路作為信息傳遞的基礎(chǔ)(如圖6所示)，發(fā)送端相當(dāng)于主節(jié)點(diǎn)，接收端相當(dāng)于從節(jié)點(diǎn)，模擬不同的場(chǎng)景對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。由于北斗授時(shí)精度主要由選用的北斗衛(wèi)星信號(hào)接收模塊所決定，且精度為納秒級(jí)別，所以主要對(duì)輔助同步機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證。程序如圖7所示。

由于時(shí)間信息在LabVIEW中的數(shù)據(jù)格式為“時(shí)間戳”(Timestamp，LabVIEW中一種表示絕對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)類型)，為了便于信息的傳遞和處理，在發(fā)端將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，相應(yīng)地，在收端也有恢復(fù)時(shí)間信息的子程序。之后，將轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信息進(jìn)行串并變換，得到兩路并行的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入調(diào)制模塊，把兩組數(shù)據(jù)分別與sinωct和cosωct相乘，得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)加法器相加得到QPSK調(diào)制信號(hào)。然后調(diào)制信號(hào)進(jìn)入高斯白噪聲信道，之后再進(jìn)入解調(diào)模塊進(jìn)行相干解調(diào)，將輸入信號(hào)分別與兩個(gè)頻率相同且正交的載波相乘，得到兩組數(shù)據(jù)，再將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行判決，然后將兩個(gè)支路的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過信息恢復(fù)模塊，將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為時(shí)間戳信息，再對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理，得出時(shí)延。

3.2 仿真過程

仿真步驟如下：首先在前面板中(如圖8(a)所示)按表2設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在選項(xiàng)卡中選擇“北斗同步”，“添加偏移”是指為了讓效果更明顯而手動(dòng)添加的收端與發(fā)端的時(shí)鐘偏移量，此時(shí)設(shè)為0，運(yùn)行程序，然后觀察運(yùn)行結(jié)果，可得到所測(cè)時(shí)延，將這個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)記錄下來。然后在選項(xiàng)卡中選擇“輔助同步機(jī)制”,如圖8(b)所示，“添加偏移”設(shè)為2，將上一步記錄的時(shí)延數(shù)據(jù)輸入“已知的時(shí)延”，運(yùn)行程序，觀察運(yùn)行結(jié)果。

表2 仿真參數(shù)

仿真具體實(shí)現(xiàn)過程如下：當(dāng)選項(xiàng)卡中選擇“北斗同步”，“添加偏移”設(shè)為0時(shí)，此時(shí)發(fā)端和收端共用同一個(gè)主機(jī)時(shí)鐘源，模擬收發(fā)端與北斗衛(wèi)星正常進(jìn)行同步的情況，然后運(yùn)行程序，在程序中，發(fā)端向收端發(fā)送含有本地發(fā)送時(shí)刻的信息，收端收到后，解出信息并處理，得出整個(gè)過程耗費(fèi)的時(shí)延Δt，如圖9所示。

收端將這個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)記下。在之后使用輔助同步機(jī)制時(shí)，將這個(gè)時(shí)延作為已知條件。

利用輔助同步機(jī)制進(jìn)行時(shí)鐘同步時(shí)，需在選項(xiàng)卡中選擇“輔助同步機(jī)制”，同時(shí)，“添加偏移”設(shè)為2 ms，此時(shí)雖然發(fā)端和收端仍然使用相同的主機(jī)時(shí)鐘源，但是由于人為地添加了時(shí)鐘偏移，使得發(fā)端時(shí)鐘比收端時(shí)鐘“慢”了2 ms，也就模擬了實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的不同步的情況。將圖9中測(cè)得的時(shí)延作為已知條件在前面板輸入，如圖10所示。

運(yùn)行程序，可以得到如圖11所示的結(jié)果。

可以看到程序輸出的結(jié)果offset為2.001 ms，說明通過輔助同步機(jī)制求出的時(shí)鐘偏移為2.001 ms，而程序運(yùn)行前人為添加的偏移量為2 ms，兩者十分接近。

3.3 結(jié)果分析

通過以上仿真可以看到，通過輔助同步機(jī)制求得的時(shí)鐘偏移與實(shí)際偏移之間存在0.001 ms的誤差，這是由于軟件環(huán)境波動(dòng)導(dǎo)致的不穩(wěn)定現(xiàn)象，方案的可行性仍然可以得到證明。

而在實(shí)際情況中，輔助同步機(jī)制的誤差一部分來自于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。因?yàn)樵O(shè)備在正常情況下與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同步，我們將此時(shí)的時(shí)鐘偏移offset看作了0，以此為前提求得了時(shí)延Δt，然后將時(shí)延應(yīng)用在了輔助同步機(jī)制中。但實(shí)際上，雖然網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)設(shè)備與北斗衛(wèi)星進(jìn)行了同步，設(shè)備之間仍然存在時(shí)鐘偏移，雖然偏移量很小，但卻被當(dāng)作0來處理，由此導(dǎo)致了輔助同步機(jī)制的誤差。但是又由于北斗衛(wèi)星同步精度為納秒級(jí)，使得輔助同步機(jī)制下的這一部分誤差也為納秒級(jí)，這一量級(jí)的誤差是可以接受的。而另一部分誤差來自于傳輸環(huán)境的波動(dòng)。在利用輔助同步機(jī)制進(jìn)行同步時(shí)，之前測(cè)得的Δt被當(dāng)作已知值代入了公式進(jìn)行計(jì)算，也就相當(dāng)于把Δt看作了此時(shí)的整體傳輸時(shí)延。若傳輸鏈路出現(xiàn)了波動(dòng)，導(dǎo)致此時(shí)整個(gè)傳輸過程的時(shí)延不等于Δt，就會(huì)使得最終的offset出現(xiàn)誤差。但若傳輸鏈路始終處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下，那這一部分誤差是完全可以接受的。

與以往的時(shí)鐘同步技術(shù)相比，本方案沒有將整個(gè)過程產(chǎn)生的時(shí)延劃分為不同的部分分別去計(jì)算或者測(cè)量，而是將所有時(shí)延看作一個(gè)整體進(jìn)行處理，解決了收發(fā)端處理時(shí)延難以估算的問題。但是輔助同步機(jī)制的前提是需要在設(shè)備與北斗衛(wèi)星進(jìn)行正常同步時(shí)，進(jìn)行信息傳遞，獲取設(shè)備間的傳輸時(shí)延。這在一定程度上增加了信息交換次數(shù)，帶來了能量損耗。但是若網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期處在一個(gè)穩(wěn)定條件下，一次信息交換得到的傳輸時(shí)延在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是適用的，因此在主同步機(jī)制能夠正常運(yùn)行的情況下，主從節(jié)點(diǎn)設(shè)備間可以周期性地傳遞信息，獲取傳輸時(shí)延，為輔助同步機(jī)制做準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的用于分布式網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步方法，在北斗衛(wèi)星授時(shí)的基礎(chǔ)上，利用單向時(shí)鐘同步技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備任何時(shí)刻都能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的同步。利用LabVIEW設(shè)計(jì)的仿真程序驗(yàn)證了方案的可行性，只要收發(fā)雙方之間建立了穩(wěn)定的可以互相傳遞信息的傳輸鏈路，即可利用該方案獲得高精度的時(shí)鐘同步。同步誤差主要來自于傳輸環(huán)境的穩(wěn)定性和北斗授時(shí)精度。傳輸環(huán)境的穩(wěn)定性主要受傳輸鏈路和外界環(huán)境的影響，因此需要選擇可靠的不易波動(dòng)的傳輸鏈路，以及盡可能地使傳輸鏈路始終處于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中。而北斗授時(shí)精度與選擇的授時(shí)模塊有關(guān)，不同廠商制造的授時(shí)模塊精度有所差異。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，選擇合適的硬件模塊以達(dá)到理想效果。