王曉冬

摘 要：針對網(wǎng)絡時間協(xié)議PTP在以太網(wǎng)上的應用，研究了PTP協(xié)議的功能和流程，提出了PTP協(xié)議在NS2平臺下的實現(xiàn)方案，并通過仿真研究了PTP協(xié)議在以太網(wǎng)環(huán)境中的同步性能。研究結(jié)果表明，IEEE 1588 標準的PTP協(xié)議在以太網(wǎng)上具有極佳的同步性能，其同步精度可以達到ns級別，并且具有良好的抗噪能力。數(shù)值仿真結(jié)果說明了該仿真方案的有效性和可行性。

關鍵詞：時鐘同步；以太網(wǎng)；PTP；仿真；同步性能

The study on Clock Synchronization Technology for Ethernet

Wang Xiao-dong（Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210003）

Abstract：For the application of network time protocol PTP on ethernet， this paper has made researches on the fucntion and process of PTP and proposed the implemenation soltuion of PTP on NS2 platform. The synchornization performace of PTP on ethernet has been also investigated in this paper through simulation， which indicated that IEEE 1588 PTP on ethernet has excellent synchronization performance which could reach ns level resolution and has good anti-noise capability. The simulation result has proved the validity and feasibility of the proposed solution.

Key words：Time Synchronization；Ethernet；PTP；Simulation；Synchronization Performance

在工業(yè)以太網(wǎng)中，時鐘同步是核心技術之一，現(xiàn)有的各種分布式系統(tǒng)都提供了相應的時間同步機制。隨著網(wǎng)絡應用的不斷深入，在分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)中需構(gòu)造時鐘系統(tǒng)來為不同的子網(wǎng)絡系統(tǒng)提供有效的時間服務。有效的時鐘同步系統(tǒng)是分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)實時調(diào)度的前提。目前在以太網(wǎng)應用中，特別是在工業(yè)自動化控制領域，普遍采用的時鐘同步協(xié)議是網(wǎng)絡時間協(xié)議NTP（Network Time Protoeol）[1]。

自動化領域、軍事應用領域時鐘同步的需求日益迫切，無線通信領域及相關組織也對時鐘同步提出了新的更高要求。尤其隨著以太網(wǎng)應用逐漸拓展到工業(yè)自動化領域，對基于工業(yè)以太網(wǎng)的時鐘同步的要求更為精確（精確到微秒級）。在絕大多數(shù)計算機網(wǎng)絡應用中，普遍采用的同步協(xié)議是網(wǎng)絡時間協(xié)議（Network Time Protocol，簡稱NTP）。因特網(wǎng)中NTP客戶端的偏移通常在10到100ms之內(nèi)，這顯然不符合工業(yè)以太網(wǎng)中時鐘同步的要求。在這種情況下，用于多播網(wǎng)絡的精確時鐘同步協(xié)議IEEE 1588的出現(xiàn)則有效地解決了這一問題。

1 以太網(wǎng)中的時鐘同步技術

1.1 NTP網(wǎng)絡時間同步協(xié)議

NTP是TCP/IP標準協(xié)議族的一員，其工作在IP、UDP協(xié)議之上，目的是在分散的，包括很多網(wǎng)關和不可靠子網(wǎng)的環(huán)境中提供精確的時間同步服務。另外，網(wǎng)絡時間協(xié)議還通過統(tǒng)計學技術提高時間估計的有效性，通過多個時間參考源來保證時間同步應用的可靠性。NTP采用的是Client/Server結(jié)構(gòu)，具有相當高的靈活性，可以適應各種互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。運行NTP協(xié)議產(chǎn)生的網(wǎng)絡開銷較少，并具有保證網(wǎng)絡安全的應對措施，使得NTP可以在互聯(lián)網(wǎng)上獲取可靠和精確的時間同步。NTP同時是一個跨越局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的復雜的同步時間協(xié)議，因而它成為互聯(lián)網(wǎng)上公認的時間同步協(xié)議。

NTP以客戶機和服務器方式進行通信。每次通信包括兩個數(shù)據(jù)包，即客戶機發(fā)送一個請求數(shù)據(jù)包，服務器接收后回送一個應答數(shù)據(jù)包。兩個數(shù)據(jù)包都帶有時間戳。NTP根據(jù)這兩個數(shù)據(jù)包攜帶的時間戳確定時間誤差，并通過一系列算法來消除網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性的影響。

1.2 PTP精確時間協(xié)議

IEEE 1588定義的精確時間協(xié)議PTP（Precision Time Protocol）[2]是標準化的精確時間協(xié)議，同步精度可達到亞微秒級，并且有達到更高精度的潛力。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡通訊、分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。

IEEE 1588將時鐘分為兩種，普通時鐘（Ordinary Clock，OC）和邊界時鐘（Boundary Clock，BC），普通時鐘定義為只有一個PTP通信端口的時鐘，邊界時鐘定義為有一個以上PTP通信端口的時鐘，每個PTP端口提供獨立的PTP通信。在確定性較差的網(wǎng)絡設備如交換機和路由器上通常使用邊界時鐘。從通信關系上PTP時鐘還可分為主時鐘和從時鐘，理論上主時鐘和從時鐘的功能任何時鐘都能實現(xiàn)，但一個PTP通信子網(wǎng)內(nèi)只能有一個主時鐘。

IEEE 1588協(xié)議的工作原理如圖1所示：

⑴Master向Slave發(fā)送Sync報文，并記錄下該時刻T1；Slave接收到報文時記錄該時刻T2。

⑵Master向Slave發(fā)送Follow_Up報文，將T1包含在該報文里。endprint

⑶Slave向Master發(fā)送Delay_Req報文，記錄下該時刻T3；Master收到該報文時記錄下接收時刻T4。

⑷Master向Slave發(fā)送Delay_Resp報文，將T4包含在該報文里。

根據(jù)T1，T2，T3，T4這4個數(shù)據(jù)，我們可以計算出

Offset=（Slave time）–（Master time）=[（t2–t1）–（t4–t3）]/2

這就是Master和Slave之間的時刻差值，根據(jù)該值我們就可以對Slave時鐘進行校準，使之和Master時鐘同步。

IEEE1588標準的PTP協(xié)議為基于多播技術的標準以太網(wǎng)的實時應用提供了有效的解決方法，它同時使用硬件和軟件配合來獲得更精確的定時時戳。PTP協(xié)議不像NTP局限于應用層，比NTP多一個攜帶更精確時戳的報文，這些都使得PTP可以比NTP達到更高要求的精確度。

2 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真方案

2.1 NS仿真機制

NS仿真通常是在Linux或Windows這樣的通用的操作系統(tǒng)平臺實現(xiàn)的上，用到C++編譯器。我們進行仿真前，首先要分析涉及仿真的哪一個層次。NS仿真分為兩個層次：一是基于OTcl編程的配置、構(gòu)造層次，利用NS已有的網(wǎng)絡仿真元素實現(xiàn)仿真，無需對NS本身進行任何修改，只要編寫OTcl仿真腳本。另一個是基于C++和OTcl編程的編譯、配置層次，如果NS中沒有所需的仿真元素，用戶可通過NS提供的用戶自我升級或修改協(xié)議的技術，利用OTcl和NS的接口類實現(xiàn)NS的更新[3]。NS仿真工作機制如圖2所示。

2.2 仿真實現(xiàn)方案

通過上文的分析，我們決定采用新構(gòu)造一個NS的Agent（PtpAgent）來實現(xiàn)對PTP協(xié)議的仿真[4]。PtpAgent的功能模塊可分為兩大類：作為Master Clock端和作為Slave Clock端，我們此次實驗的系統(tǒng)方案如下圖3所示。

其中節(jié)點0作為Master Clock，節(jié)點1作為Slave Clock，在兩個節(jié)點之上都搭建的PtpAgent，兩節(jié)點之間采用雙向鏈路連接。節(jié)點0作為Master一端發(fā)送Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，接收Delay_Req報文以及發(fā)送Delay_Resp報文；節(jié)點1作為Slave一端接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，發(fā)送Delay_Req報文以及接收Delay_Resp報文。

初始參數(shù)設置為ts=tm+100s，DRIFT=0.5，仿真時間為100s。

DRIFT為Slave Clock的時鐘頻率相對于Master Clock時鐘頻率的快慢。其值為0.5表示Slave Clock的時鐘頻率為Master Clock時鐘頻率的1.5倍。

3 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真實現(xiàn)

為了分析1588協(xié)議在各種不同的網(wǎng)絡環(huán)境下的同步性能，我們特地選取了帶寬、時延、噪聲三個有代表性的因素來進行實驗。

3.1 鏈路帶寬對同步性能的影響及分析

圖4是分別在10M和100M帶寬的情況下對PTP同步性能的測量結(jié)果。其中橫坐標是PTP協(xié)議校準次數(shù)，縱坐標定義為Master Clock與Slave Clock的時間差值。比較兩幅圖我們可以看到鏈路帶寬這個參數(shù)對PTP協(xié)議的性能幾乎沒有什么影響。通過分析PTP協(xié)議的原理我們得知，影響PTP同步性能的關鍵因素還是發(fā)送和接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，Delay_Req報文以及Delay_Resp報文的時刻是否能精確取得。而我們的仿真系統(tǒng)自然能精確取得產(chǎn)生及接收這些報文的準確時間，因此鏈路帶寬在這一前提下并不會對PTP協(xié)議的同步性能產(chǎn)生大的影響。

3.2 鏈路時延對同步性能的影響及分析

圖5是在10Mb帶寬，0噪聲環(huán)境下鏈路時延分別為2ms和10ms得到的實驗數(shù)據(jù)。

觀察上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，鏈路延時后使得主從時鐘偏差延后了1個校準周期，在16個周期來臨的時刻才進入到亞微秒級的同步區(qū)間。而產(chǎn)生此種變化的原因是鏈路時延增大后消息在主從時鐘之間傳遞的時間增加了，從而導致校準從時鐘時間的步驟增加。

然后我們可以從中看出，盡管系統(tǒng)到達同步的時間增加了，但是并不影響到PTP協(xié)議的收斂性及穩(wěn)定性。因而我們可以得出結(jié)論，鏈路時延對PTP同步性能的影響很小，僅使其到達同步狀態(tài)的時間稍微增加。

3.3 鏈路噪聲對同步性能的影響及分析

通訊系統(tǒng)中的噪聲一般是設備內(nèi)部自身產(chǎn)生的，如元器件、線路板、自激振蕩等。Slave Clock的噪聲我們可以理解為時鐘特性的非線性。下面的仿真實驗結(jié)果說明了噪聲對時鐘同步協(xié)議的性能影響。

圖6是在10Mb帶寬，2ms延時，噪聲為noise=10-8正態(tài)分布的隨機變量干擾后得到的實驗數(shù)據(jù)。

從圖中可以看出，在有噪聲的情況下PTP協(xié)議同樣在15次調(diào)整的時候進入到亞微秒的收斂區(qū)間，但其后由于噪聲的干擾，其收斂性不夠穩(wěn)定，但是同步性能仍然能維持在10ns的量級。通過上圖我們可以得出結(jié)論，PTP協(xié)議的抗干擾性能優(yōu)異，對Slave Clock端的時鐘性能要求不高，因此具有十分廣泛的應用場景。

4 結(jié)束語

以太網(wǎng)同步技術是近年來的研究熱點之一，其應用前景十分廣泛。IEEE 1588是較為成熟的以太網(wǎng)同步技術之一，所具有的良好同步性能、優(yōu)異的可擴展性使得其推廣極為迅速。本文從分析PTP協(xié)議的具體過程開始，提出了PTP協(xié)議的實現(xiàn)方案，分析了PTP協(xié)議在NS2仿真平臺下得到的同步性能。通過所做的工作，可以看出IEEE 1588協(xié)議在以太網(wǎng)上具有極佳的同步性能，其同步精度可以達到ns級別，且具有良好的抗噪聲能力，因此具有在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下部署的能力，有著極好的發(fā)展前景。

[參考文獻]

[1]Mills D.Network Time Protocol（version 3）specification，implementation and analysis[S].Network Working Group Report RFC-1305，University of Delaware，1992.

[2]IEEE Std 1588.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.2002.

[3]魏蛟龍，肖艷華，張弛.NS體系結(jié)構(gòu)及其擴展[J].計算機仿真，2004（8）：181.

[4]Issariyakul，Teerawat，Hossain.Introduction to Network Simulator NS2.Springer，2009.endprint

⑶Slave向Master發(fā)送Delay_Req報文，記錄下該時刻T3；Master收到該報文時記錄下接收時刻T4。

⑷Master向Slave發(fā)送Delay_Resp報文，將T4包含在該報文里。

根據(jù)T1，T2，T3，T4這4個數(shù)據(jù)，我們可以計算出

Offset=（Slave time）–（Master time）=[（t2–t1）–（t4–t3）]/2

這就是Master和Slave之間的時刻差值，根據(jù)該值我們就可以對Slave時鐘進行校準，使之和Master時鐘同步。

IEEE1588標準的PTP協(xié)議為基于多播技術的標準以太網(wǎng)的實時應用提供了有效的解決方法，它同時使用硬件和軟件配合來獲得更精確的定時時戳。PTP協(xié)議不像NTP局限于應用層，比NTP多一個攜帶更精確時戳的報文，這些都使得PTP可以比NTP達到更高要求的精確度。

2 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真方案

2.1 NS仿真機制

NS仿真通常是在Linux或Windows這樣的通用的操作系統(tǒng)平臺實現(xiàn)的上，用到C++編譯器。我們進行仿真前，首先要分析涉及仿真的哪一個層次。NS仿真分為兩個層次：一是基于OTcl編程的配置、構(gòu)造層次，利用NS已有的網(wǎng)絡仿真元素實現(xiàn)仿真，無需對NS本身進行任何修改，只要編寫OTcl仿真腳本。另一個是基于C++和OTcl編程的編譯、配置層次，如果NS中沒有所需的仿真元素，用戶可通過NS提供的用戶自我升級或修改協(xié)議的技術，利用OTcl和NS的接口類實現(xiàn)NS的更新[3]。NS仿真工作機制如圖2所示。

2.2 仿真實現(xiàn)方案

通過上文的分析，我們決定采用新構(gòu)造一個NS的Agent（PtpAgent）來實現(xiàn)對PTP協(xié)議的仿真[4]。PtpAgent的功能模塊可分為兩大類：作為Master Clock端和作為Slave Clock端，我們此次實驗的系統(tǒng)方案如下圖3所示。

其中節(jié)點0作為Master Clock，節(jié)點1作為Slave Clock，在兩個節(jié)點之上都搭建的PtpAgent，兩節(jié)點之間采用雙向鏈路連接。節(jié)點0作為Master一端發(fā)送Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，接收Delay_Req報文以及發(fā)送Delay_Resp報文；節(jié)點1作為Slave一端接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，發(fā)送Delay_Req報文以及接收Delay_Resp報文。

初始參數(shù)設置為ts=tm+100s，DRIFT=0.5，仿真時間為100s。

DRIFT為Slave Clock的時鐘頻率相對于Master Clock時鐘頻率的快慢。其值為0.5表示Slave Clock的時鐘頻率為Master Clock時鐘頻率的1.5倍。

3 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真實現(xiàn)

為了分析1588協(xié)議在各種不同的網(wǎng)絡環(huán)境下的同步性能，我們特地選取了帶寬、時延、噪聲三個有代表性的因素來進行實驗。

3.1 鏈路帶寬對同步性能的影響及分析

圖4是分別在10M和100M帶寬的情況下對PTP同步性能的測量結(jié)果。其中橫坐標是PTP協(xié)議校準次數(shù)，縱坐標定義為Master Clock與Slave Clock的時間差值。比較兩幅圖我們可以看到鏈路帶寬這個參數(shù)對PTP協(xié)議的性能幾乎沒有什么影響。通過分析PTP協(xié)議的原理我們得知，影響PTP同步性能的關鍵因素還是發(fā)送和接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，Delay_Req報文以及Delay_Resp報文的時刻是否能精確取得。而我們的仿真系統(tǒng)自然能精確取得產(chǎn)生及接收這些報文的準確時間，因此鏈路帶寬在這一前提下并不會對PTP協(xié)議的同步性能產(chǎn)生大的影響。

3.2 鏈路時延對同步性能的影響及分析

圖5是在10Mb帶寬，0噪聲環(huán)境下鏈路時延分別為2ms和10ms得到的實驗數(shù)據(jù)。

觀察上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，鏈路延時后使得主從時鐘偏差延后了1個校準周期，在16個周期來臨的時刻才進入到亞微秒級的同步區(qū)間。而產(chǎn)生此種變化的原因是鏈路時延增大后消息在主從時鐘之間傳遞的時間增加了，從而導致校準從時鐘時間的步驟增加。

然后我們可以從中看出，盡管系統(tǒng)到達同步的時間增加了，但是并不影響到PTP協(xié)議的收斂性及穩(wěn)定性。因而我們可以得出結(jié)論，鏈路時延對PTP同步性能的影響很小，僅使其到達同步狀態(tài)的時間稍微增加。

3.3 鏈路噪聲對同步性能的影響及分析

通訊系統(tǒng)中的噪聲一般是設備內(nèi)部自身產(chǎn)生的，如元器件、線路板、自激振蕩等。Slave Clock的噪聲我們可以理解為時鐘特性的非線性。下面的仿真實驗結(jié)果說明了噪聲對時鐘同步協(xié)議的性能影響。

圖6是在10Mb帶寬，2ms延時，噪聲為noise=10-8正態(tài)分布的隨機變量干擾后得到的實驗數(shù)據(jù)。

從圖中可以看出，在有噪聲的情況下PTP協(xié)議同樣在15次調(diào)整的時候進入到亞微秒的收斂區(qū)間，但其后由于噪聲的干擾，其收斂性不夠穩(wěn)定，但是同步性能仍然能維持在10ns的量級。通過上圖我們可以得出結(jié)論，PTP協(xié)議的抗干擾性能優(yōu)異，對Slave Clock端的時鐘性能要求不高，因此具有十分廣泛的應用場景。

4 結(jié)束語

以太網(wǎng)同步技術是近年來的研究熱點之一，其應用前景十分廣泛。IEEE 1588是較為成熟的以太網(wǎng)同步技術之一，所具有的良好同步性能、優(yōu)異的可擴展性使得其推廣極為迅速。本文從分析PTP協(xié)議的具體過程開始，提出了PTP協(xié)議的實現(xiàn)方案，分析了PTP協(xié)議在NS2仿真平臺下得到的同步性能。通過所做的工作，可以看出IEEE 1588協(xié)議在以太網(wǎng)上具有極佳的同步性能，其同步精度可以達到ns級別，且具有良好的抗噪聲能力，因此具有在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下部署的能力，有著極好的發(fā)展前景。

[參考文獻]

[1]Mills D.Network Time Protocol（version 3）specification，implementation and analysis[S].Network Working Group Report RFC-1305，University of Delaware，1992.

[2]IEEE Std 1588.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.2002.

[3]魏蛟龍，肖艷華，張弛.NS體系結(jié)構(gòu)及其擴展[J].計算機仿真，2004（8）：181.

[4]Issariyakul，Teerawat，Hossain.Introduction to Network Simulator NS2.Springer，2009.endprint

⑶Slave向Master發(fā)送Delay_Req報文，記錄下該時刻T3；Master收到該報文時記錄下接收時刻T4。

⑷Master向Slave發(fā)送Delay_Resp報文，將T4包含在該報文里。

根據(jù)T1，T2，T3，T4這4個數(shù)據(jù)，我們可以計算出

Offset=（Slave time）–（Master time）=[（t2–t1）–（t4–t3）]/2

這就是Master和Slave之間的時刻差值，根據(jù)該值我們就可以對Slave時鐘進行校準，使之和Master時鐘同步。

IEEE1588標準的PTP協(xié)議為基于多播技術的標準以太網(wǎng)的實時應用提供了有效的解決方法，它同時使用硬件和軟件配合來獲得更精確的定時時戳。PTP協(xié)議不像NTP局限于應用層，比NTP多一個攜帶更精確時戳的報文，這些都使得PTP可以比NTP達到更高要求的精確度。

2 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真方案

2.1 NS仿真機制

NS仿真通常是在Linux或Windows這樣的通用的操作系統(tǒng)平臺實現(xiàn)的上，用到C++編譯器。我們進行仿真前，首先要分析涉及仿真的哪一個層次。NS仿真分為兩個層次：一是基于OTcl編程的配置、構(gòu)造層次，利用NS已有的網(wǎng)絡仿真元素實現(xiàn)仿真，無需對NS本身進行任何修改，只要編寫OTcl仿真腳本。另一個是基于C++和OTcl編程的編譯、配置層次，如果NS中沒有所需的仿真元素，用戶可通過NS提供的用戶自我升級或修改協(xié)議的技術，利用OTcl和NS的接口類實現(xiàn)NS的更新[3]。NS仿真工作機制如圖2所示。

2.2 仿真實現(xiàn)方案

通過上文的分析，我們決定采用新構(gòu)造一個NS的Agent（PtpAgent）來實現(xiàn)對PTP協(xié)議的仿真[4]。PtpAgent的功能模塊可分為兩大類：作為Master Clock端和作為Slave Clock端，我們此次實驗的系統(tǒng)方案如下圖3所示。

其中節(jié)點0作為Master Clock，節(jié)點1作為Slave Clock，在兩個節(jié)點之上都搭建的PtpAgent，兩節(jié)點之間采用雙向鏈路連接。節(jié)點0作為Master一端發(fā)送Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，接收Delay_Req報文以及發(fā)送Delay_Resp報文；節(jié)點1作為Slave一端接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，發(fā)送Delay_Req報文以及接收Delay_Resp報文。

初始參數(shù)設置為ts=tm+100s，DRIFT=0.5，仿真時間為100s。

DRIFT為Slave Clock的時鐘頻率相對于Master Clock時鐘頻率的快慢。其值為0.5表示Slave Clock的時鐘頻率為Master Clock時鐘頻率的1.5倍。

3 NS環(huán)境下精確時鐘同步協(xié)議的仿真實現(xiàn)

為了分析1588協(xié)議在各種不同的網(wǎng)絡環(huán)境下的同步性能，我們特地選取了帶寬、時延、噪聲三個有代表性的因素來進行實驗。

3.1 鏈路帶寬對同步性能的影響及分析

圖4是分別在10M和100M帶寬的情況下對PTP同步性能的測量結(jié)果。其中橫坐標是PTP協(xié)議校準次數(shù)，縱坐標定義為Master Clock與Slave Clock的時間差值。比較兩幅圖我們可以看到鏈路帶寬這個參數(shù)對PTP協(xié)議的性能幾乎沒有什么影響。通過分析PTP協(xié)議的原理我們得知，影響PTP同步性能的關鍵因素還是發(fā)送和接收Sync報文，F(xiàn)ollow_Up報文，Delay_Req報文以及Delay_Resp報文的時刻是否能精確取得。而我們的仿真系統(tǒng)自然能精確取得產(chǎn)生及接收這些報文的準確時間，因此鏈路帶寬在這一前提下并不會對PTP協(xié)議的同步性能產(chǎn)生大的影響。

3.2 鏈路時延對同步性能的影響及分析

圖5是在10Mb帶寬，0噪聲環(huán)境下鏈路時延分別為2ms和10ms得到的實驗數(shù)據(jù)。

觀察上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，鏈路延時后使得主從時鐘偏差延后了1個校準周期，在16個周期來臨的時刻才進入到亞微秒級的同步區(qū)間。而產(chǎn)生此種變化的原因是鏈路時延增大后消息在主從時鐘之間傳遞的時間增加了，從而導致校準從時鐘時間的步驟增加。

然后我們可以從中看出，盡管系統(tǒng)到達同步的時間增加了，但是并不影響到PTP協(xié)議的收斂性及穩(wěn)定性。因而我們可以得出結(jié)論，鏈路時延對PTP同步性能的影響很小，僅使其到達同步狀態(tài)的時間稍微增加。

3.3 鏈路噪聲對同步性能的影響及分析

通訊系統(tǒng)中的噪聲一般是設備內(nèi)部自身產(chǎn)生的，如元器件、線路板、自激振蕩等。Slave Clock的噪聲我們可以理解為時鐘特性的非線性。下面的仿真實驗結(jié)果說明了噪聲對時鐘同步協(xié)議的性能影響。

圖6是在10Mb帶寬，2ms延時，噪聲為noise=10-8正態(tài)分布的隨機變量干擾后得到的實驗數(shù)據(jù)。

從圖中可以看出，在有噪聲的情況下PTP協(xié)議同樣在15次調(diào)整的時候進入到亞微秒的收斂區(qū)間，但其后由于噪聲的干擾，其收斂性不夠穩(wěn)定，但是同步性能仍然能維持在10ns的量級。通過上圖我們可以得出結(jié)論，PTP協(xié)議的抗干擾性能優(yōu)異，對Slave Clock端的時鐘性能要求不高，因此具有十分廣泛的應用場景。

4 結(jié)束語

以太網(wǎng)同步技術是近年來的研究熱點之一，其應用前景十分廣泛。IEEE 1588是較為成熟的以太網(wǎng)同步技術之一，所具有的良好同步性能、優(yōu)異的可擴展性使得其推廣極為迅速。本文從分析PTP協(xié)議的具體過程開始，提出了PTP協(xié)議的實現(xiàn)方案，分析了PTP協(xié)議在NS2仿真平臺下得到的同步性能。通過所做的工作，可以看出IEEE 1588協(xié)議在以太網(wǎng)上具有極佳的同步性能，其同步精度可以達到ns級別，且具有良好的抗噪聲能力，因此具有在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下部署的能力，有著極好的發(fā)展前景。

[參考文獻]

[1]Mills D.Network Time Protocol（version 3）specification，implementation and analysis[S].Network Working Group Report RFC-1305，University of Delaware，1992.

[2]IEEE Std 1588.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.2002.

[3]魏蛟龍，肖艷華，張弛.NS體系結(jié)構(gòu)及其擴展[J].計算機仿真，2004（8）：181.

[4]Issariyakul，Teerawat，Hossain.Introduction to Network Simulator NS2.Springer，2009.endprint