CN100413244C - 时间同步*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种时间同步***，在不必意识时间同步，就可以确保信息传输效率，得到高的可靠性。其包括：接收器，用于从GPS接收时间信号，输出与UTC同步的时间修正用基准信号和表示绝对时间的时间串行信号；及时间分配器，用于从上述基准信号和时间串行信号合成与上述UTC同步的时间同步信号，对多个终端装置安装时间同步信号分配装置，从上述时间分配器对构成***的多个终端装置分配发送时间同步信号，取得终端装置间的统一时间同步。

Description

时间同步***
技术领域
本发明涉及为了对多个终端装置间进行时间统一的时间同步***。
背景技术
一般来说，在各种成套设备的监视控制***中，随着微机、传输技术的发展，而由多个终端装置构成，并且这些终端装置通过传输***结合的分布式控制***成了主流。另外，对于从成套设备输出的各种输入信息，附加状态变化时的发生时间，进行记录及状态显示。
终端装置从成套设备接收输入信息，经传输***，实现向对方装置发送输入信息的方法，大体可分为由输入信息的传输接收端装置进行时间附加的情况，及由接收输入信息的终端装置在输入信息的状态变化时附加时间的情况。现有技术中，由传输接收端装置进行时间附加时，通过结合终端装置间的传输***内的传输延迟及装置内的处理时间延迟，对信息附加的时间将产生实际发生信息时间和延迟时间量的误差。
另外，当由最初接收输入信息的终端装置在输入信息的状态变化时附加时间时，需要在终端装置间进行所要求的时间分辨率以上精度的时间同步，并且需要使用使终端装置间结合的传输***或时间同步专用的信号线。这时需要考虑时间同步的传输方式，或时间同步专用的硬件、软件，造成了信息传输效率的降低及经济性的下降。
如上所述，现有技术在对输入信息附加时间的方法中，当要求1ms(毫秒)左右高精度的时间分辨率时，需要进行上述时间分辨率以上精度的时间同步处理，其实现方法及精度保证是很困难的。
发明的内容
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种不必去知觉时间同步，就可确保信息传输效率、高精度、并且经济性好的时间同步***。
一种时间同步***，其特征在于包括：接收器，用于接收来自全球定位***的时间信号，输出与协调世界时以±1微秒以下的误差同步的时间修正用基准信号、和表示绝对时间的时间串行信号；及
时间同步信号分配用的时间分配器，用于从上述基准信号和时间串行信号合成与上述协调世界时同步的时间同步信号；通过时间同步用的光传输***，从上述时间分配器对多个终端装置分配发送时间同步信号，取得1毫秒以下的时间同步精度所需的终端装置间的集总时间同步；
通过专用的时间同步电路，将接收到的来自时间分配器的时间同步信号分离取出时间修正用基准信号和绝对时间信号，根据绝对时间修正到秒数量级的时间，毫秒以下的时间是使终端装置的内部时钟与同步于协调世界时的时间修正用基准信号相一致，而实现1毫秒以下精度的时间同步。
所记载的时间同步***，其特征在于：从时间分配器向终端装置发送的时间同步信号是由表示信号起始且与上述协调世界时同步的识别信号、和表示时间的绝对时间信号构成的，并以一定周期向终端装置发送时间同步信号。
所记载的时间同步***，其特征在于：由终端装置从时间分配器接收时间同步信号，设有同步于上述时间同步信号内的识别信号的起始前沿定时的基准时钟，测定该基准时钟和内部时钟间的时间差，根据上述测定结果，当两时钟间有时间差时，通过内部时钟的修正处理，使内部时钟同步于协调世界时(UTC)。
所记载的时间同步***，其特征在于：终端装置内部的基准时钟和内部时钟间的时间差的修正处理，是根据上述时间差改变修正分割宽度，进行时间修正。
所记载的时间同步***，其特征在于：在时间分配器内设有与从全球定位***(GPS)接收的时间信号同步的内部时钟，当不能从上述全球定位***(GPS)接收时间信号时，通过将上述时间分配器内的内部时钟的时间分配发送给终端装置，取得各终端装置间的集总时间同步。
所述的时间同步***，其特征在于：当终端装置不能接收来自时间分配器的时间同步信号时，通过上述终端装置内的内部时钟继续进行时间处理。
本发明第1方案所述的时间同步方式提供的方法，随着近些年来GPS的利用普及，无论地球上的任何地方都利用可很容易得到对UTC有±1μS高精度时间的GPS，从时间分配器向多个终端装置分配发送从GPS输出的与UTC同步的时间修正用基准信号和表示绝对时间的时间串行信号，取得多个终端装置间的统一时间同步。
在所构成的***中，通过使用通用性的GPS，在全世界可以容易取得与UTC同步的基准时间。另外，通过从时间分配器向多个终端装置传送基准时间，可以使***简单、并且进行高精度的时间同步处理。本发明所涉及的时间同步方式提供的方法，对从GPS所发送的与UTC同步的时间起始识别信号和与UTC同步的绝对时间信号进行合成，以一定周期向各终端装置分配发送。
在所构成的***中，由时间分配器使从GPS发送的与UTC同步的时间起始基准信号和与UTC同步的绝对时间信号在同一信号线上合成，通过以一定周期进行发送，使信号线简单，可以提高经济性及减轻传输处理负荷。
本发明第3方案所涉及的时间同步方式所提供的方法，对由各终端装置接收的时间分配器输出的时间同步信号，取出同步于UTC的时间起始识别信号和同步于UTC的绝对时间信号。利用该时间起始识别信号，具有同步于前沿定时时的基准时钟，测量与作为m秒时间使用的内部时钟间的时间差，测量结果当有两时钟间的时钟差异时，通过使内部时钟向基准时钟的定时同步，可取得GPS与终端装置间的时间同步，通过各终端装置分别取得与GPS间的时间同步，得到各终端装置间的时间同步。
在所构成的***中，秒数量级以前的时间使用从时间分配器输出的绝对时间，而在m秒等GPS输出的基准信号中未包括的微小时间，通过使内部时钟与同步于UTC的基准时钟精密一致，可以很容易得到m秒单位的时间同步。
本发明第4方案所涉及的时间同步方式提供的方法，根据基准时钟和内部时钟间的时间差的不同，改变修正分割宽度，缩短时间同步建立之前所用的时间。
在所构成的***中，即使当与时间同步对象装置的处理前沿时相比，基准时钟和内部时钟的偏差非常大时，也可以瞬时进行时间同步，可以提高各终端装置时间的可靠性。
本发明第5方案所涉及的时间同步方式提供的方法，在不可能从GPS接收时间信号时，由时间分配器将同步于GPS时间的内部时间分配给终端装置，继续各终端间的时间同步。
在所构成的***中，即使由于某种故障，不能从GPS接收时间信号时，也可以通过由时间分配器将与GPS同步的内部时间发送给全部终端装置，确保各终端装置间的时间同步，提高可靠性。
本发明第6方案所涉及的时间同步方式提供的方法，在不能从时间分配器接收时间时，使用同步于GPS基准时间的终端装置内的时间，继续时间处理。
在所构成的***中，即使由于某种故障而不可能从时间分配器接收基准时间时，也可以通过使用各终端装置内同步于基准时间的内部时间，确保各终端装置间的时间同步，提高可靠性。
本发明可取得以下效果。
如以上所述，根据本发明，当要求1ms(毫秒)以下高精度的时间分辨率时，由于使用在地球上的任何地方都可取得±1μS精度的绝对时间的GPS，所以可以提供不必意识时间同步，就可确保信息传输效率，高精度、经济性好，并且可靠性高时间同步方式。
附图的简要说明
图1表示本发明的时间同步处理***全体的方框图。
图2表示本发明的第1~第6方案的实施例中时间分配器一侧的合成信号作成内容的方框图。
图3表示本发明第1~第6方案的实施例中在时间分配器内作成的合成信号内容的方框图。
图4表示本发明第1~第4方案的实施例中终端装置内的时间作成处理内容的方框图。
图5表示本发明第3、第4方案的实施例中终端装置内的时间同步处理时间切换处理内容的方框图。
图6表示本发明的第3、第5方案的实施例中时间分配器内的时间信号版本提高处理内容的方框图。
发明的具体实施方式
图1是本发明的时间同步方式的全体构成图。在图1的全体构成中，全球定位***(Global Positioning system-以下简称GPS)101、GPS接收器102、时间分配器103、多个终端装置104，通过脉冲信号线105、串行传输***106和光传输***107分别进行连接。而且作为该***构成的一例，从GPS101接收的基准时间信号的GPS接收器输出的串行信号，通过串行传输***106发送给时间分配器103，接收该时间信号的时间分配器103通过光传输***向多个终端装置104传输基准时间信号。
图2是对从GPS接收器102所接收的协调世界时(Universal TimeCordinated-以下称UTC)同步基准信号201和同一UTC同步绝对时间信号202，由时间分配器103作成合成信号，对各终端装置发送基准时间信号数据的方框图。如图2所示，为了使从GPS接收器102输出的UTC同步基准信号201和UTC同步绝对时间信号202，通过脉冲信号线105和串行传输***106，对时间分配器103进行发送，在时间分配器103上将各信号进行信号合成203，将合成的合成信号204通过光传输***107分配发送给多个终端装置104。
图3是在时间分配器103作成的信号合成203的处理概要图。如图3所示，对从GPS接收器102发送来的UTC 同步基准信号201、和UTC 同步绝对时间信号202进行信号合成203，对合成信号204进行加工处理。
图4是由终端装置取入从时间分配器103发送来的合成信号204，进行时间同步处理的方框图。如图4所示，以终端装置104上，将从时间分配器103发送来的合成信号204，经信号分离301分离成时间起始识别信号302、和绝对时间信号303，时间起始识别信号302进行的m秒时间修正处理304，作成m秒时间306，绝对时间信号303进行年月日时分秒时间修正305，作出年月日时分秒时间307，作出同步于UTC的内部时间308。
图5是为了缩短各终端装置104内的时间同步处理所用时间的处理方框图。如图5所示，对在接收时间起始识别信号302时，使计数器值复位的外部时钟计数器401、和在m秒时间306上使用的内部时钟计数器402，以一定周期对计数器值同时进行比较403，进行计数器值误差判断404。
根据计数器值误差判断404的结果，当误差范围大时，对瞬时时间修正的内部时钟计数器进行粗调整处理405，而当误差范围小时，对为使m秒时间与UTC基准时间同步的内部时钟计数器进行微调整处理406，并进行使建立时间同步所用时间压缩到最短的处理。
图6是时间分配器103内部的处理方框图。如图6所示，当通常从GPS接收器102输出的UTC同步基准信号201和UTC同步绝对时间信号202的基准时间取入是正常时，在时间分配器103内利用接收的UTC同步基准信号201和UTC同步绝对时间信号202，进行信号合成203，作成合成信号204。
在此，当从GPS接收器的接收由于电缆断或电源断等引起中断，判断为传输异常时，利用时间分配器103内部的晶体振荡器501作成的代替UTC同步基准信号201的内部基准信号502、及由时间分配器103自行产生的内部时间503进行信号合成203，作成合成信号204进行分配发送。
下面对各实施例的作用进行说明。首先通过图1~图3对第1方案进行说明。由GPS接收器102接收从GPS101发出的信号，将UTC同步基准信号201通过脉冲信号线105、及将UTC同步绝对时间信号202通过串行传输***106输出到时间分配器103。在时间分配器103上将从GPS接收器102接收的绝对时间信号通过光传输***107成批(集总)分配发送给各终端装置104。
在此，合成信号204通过从时间分配器103对各终端装置104进行集总发送，由各终端装置104使各终端装置104的内部时间308同步于各个从GPS发出的UTC绝对时间，使各终端装置104间的时间全部统一。
根据本实施例，由于使用有通用性的GPS，所以在全世界都可以容易取得与UTC同步的基准时间，由于从时间分配器的传输是使用光缆，所以抗噪声性也很优良。另外，由于可以由时间分配器向多个终端装置传输，所以经济性好，***简单，并且可以高精度地进行时间同步处理。
下面通过图1~图4对第2方案进行说明，本实施例目的是为了使信号线简单化、及降低传输处理负荷。对从GPS接收器102发出的UTC同步基准信号201、和UTC同步绝对时间信号202进行信号合成203，并且合成信号204对各终端装置104是以一条传输通路进行发送。
根据本实施例，由于对从GPS发送的与UTC同步的时间起始识别基准信号及与UTC同步的绝对时间信号，由时间分配器合成在同一信号线上，以一定周期发送，所以通过信号线的简化可以提高经济性及减轻传输处理负荷。
下面通过图1~图5对第3方案进行说明。本实施例是为了容易得到m秒单位的时间同步。将由各终端装置104接收的合成信号204，信号分离为时间起始识别信号302和绝对时间信号303，绝对时间信号303直接作为各终端装置104的年月日时分秒时间307使用。另外，在绝对时间信号303中不存在的m秒时间306中，使用使时间起始识别信号302作为复位源的外部时钟计数器401、及使软件和内部晶体振荡器复位源的内部时钟计数器402进行计算。
其方法是对外部时钟计数器401的计数值和内部时钟计数器402的计数值进行计数器的同时比较，根据计数器值误差判断404的结果，通过软件对m秒时间306中使用的内部时钟计数器402的计数值进行修正，处理使其与时间起始识别信号302同步的外部时钟计数器401的计数值相接近。
通过使与该外部时钟计数器401同步的内部时钟计数器402的计数值作为m秒时间306使用，使未进入从GPS接收器102发送来的绝对时间信号303中的m秒时间也与UTC同步。
根据本实施例，到秒数量级的时间使用从时间分配器来的绝对时间，而对m秒等在来自GPS的基准信号中不被含有的微细时间，由于使内部时钟精密地与同步于UTC的基准时钟相一致，所以可以容易取得m秒单位的时间同步。
下面通过图1~图5对第4方案进行说明。本实施例可以瞬时取得时间同步。而且在第3方案中，对各终端装置104的外部时钟计算器401、和内部时钟计算器402的计数器值同时进行比较403，根据计数值误差判断404的误差大小不同，进行将执行修正处理切换为内部时钟计数器粗调整405还是内部时钟计数器微调整406，可按时间差的不同，使到时间同步确立时的所用时间为最短。
根据本实施例，对于时间同步对象装置的处理前沿时，即使其准时钟和内部时钟的偏差非常大时，也可以瞬时进行时间同步，可以提高各终端时间的可靠性。
下面通过图1~图3、图6对第5方案进行说明。本实施例是在从GPS不能得到时间信号时进行的相应处理。当从GPS接收器102不能通知UTC同步基准信号201和UTC同步绝对时间信号202时，生成预先由时间分配器103使UTC同步绝对时间信号202作为内部时间503存放的时间、及与从时间分配器103内部的晶体振荡器501作成的UTC同步基准信号201相当的内部基准信号502，进行信号合成203，作成合成信号301，向各终端装置104进行分配发送。
根据本实施例，即使由于某种故障不可能从GRS接收时间信号，由于用时间分配器将与GPS同步的内部时间发送给全部终端装置，所以也可确保各终端装置间的时间，可以提高可靠性。
下面通过图1~图5对第6方案进行说明。本实施例是当从时间分配器得不到基准时间信号时进行的相应处理。当从时间分配器103不能取入合成信号301时，预先在各终端装置104上通过使绝对时间信号303作为内部时间308存放的时间和由各终端装置104计数的内部时钟计数器402的计数值，对时间继续使用。
根据本实施例，即使由于某种故障而从时间分配器不可能接收基准时间时，也可以使用与各终端装置内的基准时间同步的内部时间，所以可以确保各终端装置间的时间同步，可以提高可靠性。
本发明可取得以下效果。
如以上所述，根据本发明，当要求1ms(毫秒)以下高精度的时间分辨率时，由于使用在地球上的任何地方都可取得±1μS精度的绝对时间的GPS，所以可以提供不必意识时间同步，就可确保信息传输效率，高精度、经济性好，并且可靠性高时间同步方式。

Claims (6)

1. 一种时间同步***，其特征在于包括：
接收器，用于接收来自全球定位***的时间信号，输出与协调世界时以±1微秒以下的误差同步的时间修正用基准信号、和表示绝对时间的时间串行信号；及
时间同步信号分配用的时间分配器，用于从上述基准信号和时间串行信号合成与上述协调世界时同步的时间同步信号；
通过时间同步用的光传输***，从上述时间分配器对多个终端装置分配发送时间同步信号，取得1毫秒以下的时间同步精度所需的终端装置间的集总时间同步，
通过专用的时间同步电路，将接收到的来自时间分配器的时间同步信号分离取出时间修正用基准信号和绝对时间信号，根据绝对时间修正到秒数量级的时间，毫秒以下的时间是使终端装置的内部时钟与同步于协调世界时的时间修正用基准信号相一致，而实现1毫秒以下精度的时间同步。
2. 根据权利要求1所记载的时间同步***，其特征在于：
从时间分配器向终端装置发送的时间同步信号是由表示信号起始且与上述协调世界时同步的识别信号、和表示时间的绝对时间信号构成的，并以一定周期向终端装置发送时间同步信号。
3. 根据权利要求2所记载的时间同步***，其特征在于：
由终端装置从时间分配器接收时间同步信号，设有同步于上述时间同步信号内的识别信号的起始前沿定时的基准时钟，测定该基准时钟和内部时钟间的时间差，根据上述测定结果，当两时钟间有时间差时，通过内部时钟的修正处理，使内部时钟同步于协调世界时。
4. 根据权利要求3所记载的时间同步***，其特征在于：
终端装置内部的基准时钟和内部时钟间的时间差的修正处理，是根据上述时间差改变修正分割宽度，进行时间修正。
5. 根据权利要求1所记载的时间同步***，其特征在于：
在时间分配器内设有与从全球定位***接收的时间信号同步的内部时钟，当不能从上述全球定位***接收时间信号时，通过将上述时间分配器内的内部时钟的时间分配发送给终端装置，取得各终端装置间的集总时间同步。
6. 根据权利要求1所记载的时间同步***，其特征在于：
当终端装置不能接收来自时间分配器时间同步信号时，通过上述终端装置内的内部时钟继续进行时间处理。
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