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網絡測量和控制系統的精確時鐘同步協議
網絡測量和控制系統的精確時鐘同步協議 現行
Precision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems
標準號：GB/T 25931-2010
基本信息
標準號：GB/T 25931-2010
發布時間：2011-01-14
實施時間：2011-05-01
首發日期：2011-01-14
出版單位：中國標準出版社查看詳情>
起草人：劉丹、王麟琨、謝素芬、丁露、潘長清
出版機構：中國標準出版社
標準分類： 工業自動化與控制裝置綜合
ICS分類：工業自動化系統
提出單位：中國機械工業聯合會
起草單位：機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所
歸口單位：全國工業過程測量和控制標準化技術委員會
發布部門：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 中國國家標準化管理委員會
主管部門：全國工業過程測量和控制標準化技術委員會
標準簡介
本標準規定了在使用網絡通信、本地計算和分布式對象等技術實現的測量和控制系統中,實現時鐘精確同步的精確時間協議,以及支持該精確時間協議所需的節點、系統和通信特性。本標準適用于工業自動化、電信、制造、軍事以及電力等領域的測量和控制系統。
標準摘要
|
本標準等同采用IEC61588:2009《網絡測量和控制系統的精確時鐘同步協議》(英文版)。本標準與IEC61588:2009在技術內容上沒有差異,僅對文本按GB/T1.1-2000的要求進行編輯性修改。 所做的編輯性修改主要有: ---刪除IEC61588:2009的前言,按GB/T1.1-2000重新編寫了本標準的前言; ---刪除IEC61588:2009的引言,根據IEC61588:2009的引言、第1章概述以及其他技術內容形成本標準的引言; ---刪除IEC61588:2009的第1章概述,重新編寫本標準的第1章范圍; ---根據標準制定要求,對部分腳注進行修改或刪除; ---將原文中的IEEEStd1588:2008用本標準代替,將原文中的IEEE1588 用IEC61588代替; ---將原文中的本標準版本1和本標準版本2分別用PTP 版本1和PTP 版本2代替。 PTP版本1對應于IEC61588:2004,PTP版本2對應于本標準; ---根據GB/T1.1進行編輯性修改。 本標準的附錄D、附錄E、附錄F、附錄G、附錄H、附錄I、附錄J為規范性附錄,附錄A、附錄B、附錄C、附錄K、附錄L、附錄M 為資料性附錄。 本標準由中國機械工業聯合會提出。 本標準由全國工業過程測量和控制標準化技術委員會歸口。 本標準起草單位:機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所。 本標準主要起草人:劉丹、王麟琨、謝素芬、丁露、潘長清。 |
標準目錄
| 前言Ⅻ 引言ⅩⅢ 1 范圍1 2 規范性引用文件1 3 術語和定義?縮略語1 3.1 術語和定義1 3.2 縮略語6 4 約定7 4.1 描述性詞匯形式的語法7 4.2 詞用法7 4.3 行為規范表示法8 5 PTP系統的數據類型和傳輸格式9 5.1 概述9 5.2 基本數據類型規范9 5.3 派生數據類型規范10 5.4 傳輸格式12 6 時鐘同步模型13 6.1 概述13 6.2 關于網絡的基本假設和實現推薦13 6.3 PTP系統14 6.4 PTP報文類14 6.5 PTP設備類型15 6.6 同步綜述24 6.7 PTP通信綜述31 7 PTP實體的特性34 7.1 域34 7.2 PTP時標35 7.3 PTP通信35 7.4 PTP通信媒體38 7.5 PTP端口39 7.6 PTP設備特性44 7.7 PTP時間特性50 8 PTP數據集51 8.1 數據集成員通用規范51 8.2 普通時鐘和邊界時鐘的數據集53 8.3 透明時鐘的數據集60 9 PTP普通時鐘和邊界時鐘61 9.1 PTP普通時鐘和邊界時鐘的通用協議要求61 9.2 狀態協議61 9.3 最佳主時鐘算法67 9.4 最高級時鐘74 9.5 報文處理語義75 9.6 本地時鐘的改變84 10 透明時鐘的PTP 84 10.1 端到端和點到點透明時鐘的通用要求84 10.2 端到端透明時鐘要求85 10.3 點到點透明時鐘要求85 11 時鐘偏移,路徑延時,駐留時間和不對稱校正85 11.1 通用規范85 11.2 普通時鐘和邊界時鐘的時鐘偏移的計算85 11.3 延時請求響應機制86 11.4 對等延時機制87 11.5 對于PTP版本2事件的透明時鐘駐留時間校正91 11.6 對于PTP版本2事件報文的不對稱校正93 12 時鐘的同步與諧振95 12.1 諧振95 12.2 同步96 13 PTP報文格式96 13.1 概述96 13.2 通用報文格式要求96 13.3 報文頭96 13.4 報文尾100 13.5 Announce報文100 13.6 Sync和Delay_Req報文101 13.7 Follow_Up報文101 13.8 Delay_Resp報文101 13.9 Pdelay_Req報文101 13.10 Pdelay_Resp報文102 13.11 Pdelay_Resp_Follow_Up報文102 13.12 信號報文103 13.13 管理報文103 14 TLV 實體規范103 14.1 通用要求103 14.2 實驗性TLV 104 14.3 制造商和標準組織擴展TLV 105 15 管理105 15.1 概述105 15.2 PTP管理機制106 15.3 管理報文的處理106 15.4 管理報文格式106 15.5 管理TLV 108 16 通用可選特征126 16.1 單播報文協商(可選) 126 16.2 路徑追蹤(可選) 129 16.3 備選時標(可選) 131 17 狀態配置選項134 17.1 概述134 17.2 選項的數據類型135 17.3 最高級時鐘簇(可選) 135 17.4 備選主時鐘(可選) 137 17.5 單播發現(可選) 138 17.6 可接受主時鐘表(可選) 139 18 兼容性要求141 18.1 版本2與未來版本的兼容性141 18.2 版本1與版本2之間的兼容性141 18.3 報文格式和數據類型141 18.4 命名變化146 18.5 對混合版本1和版本2系統的限制146 19 一致性147 19.1 一致性目標147 19.2 PTP一致性要求147 19.3 PTP行規148 附錄A (資料性附錄) 使用PTP 150 A.1 概述150 A.2 物理設計150 A.3 邏輯設計151 A.4 組件問題151 A.5 本地實現問題152 A.5.1 概述152 A.5.2 時序問題152 A.5.3 精度問題152 A.5.4 時間戳精度153 A.5.5 穩定性問題153 A.6 系統實現問題153 A.7 性能154 A.8 有助于一致性測試的推薦154 A.9 在單播網絡或具有非PTP網橋和路由器網絡中的實現推薦155 A.9.1 概述155 A.9.2 單播模型中的邊界時鐘和透明時鐘155 A.9.3 單播選項155 A.9.4 單播一致性155 附錄B (資料性附錄) PTP中的時間戳和歷元157 B.1 總則157 B.2 UTC?TAI和PTP歷元157 B.3 標準時間源158 附錄C (資料性附錄) 駐留時間和不對稱校正實例159 C.1 概述159 C.2 用延時請求響應機制計算159 C.2.1 給出駐留時間校正的主時鐘?端到端透明時鐘和所有單步從時鐘159 C.2.2 給出駐留時間和不對稱計算的主時鐘?點到點透明時鐘和所有單步從時鐘160 C.2.3 給出駐留時間和不對稱計算的雙步主時鐘?端到端透明時鐘和單步從時鐘162 C.2.4 給出駐留時間和不對稱計算的主時鐘?端到端透明雙步時鐘和單步從時鐘163 C.2.5 給出駐留時間和不對稱計算的單步主時鐘?端到端透明雙步時鐘和單步從時鐘165 C.3 使用對等延時機制的計算166 C.3.1 給出駐留時間和不對稱計算的單步對等請求方時鐘?端到端透明時鐘和對等響應方時鐘166 C.3.2 給出駐留時間和不對稱計算的單步對等請求方時鐘?雙步端到端透明時鐘和單步對等響應方時鐘167 C.3.3 給出駐留時間和不對稱計算的單步對等請求方時鐘?雙步端到端透明時鐘?雙步對等響應方時鐘---選項1 169 C.3.4 給出駐留時間和不對稱計算的單步對等請求方時鐘?雙步端到端透明時鐘和雙步對等響應方時鐘---選項2 170 C.3.5 顯示駐留時間和不對稱計算的單步對等請求方時鐘?單步端到端透明時鐘和雙步對等響應方時鐘---選項2 171 C.3.6 給出從主時鐘到從時鐘傳輸時間的單步對等主時鐘?雙步點到點透明時鐘和單步對等從時鐘172 附錄D (規范性附錄) PTP在IPV4用戶數據包協議上的傳輸174 D.1 概述174 D.2 UDP端口號174 D.3 IPv4多播地址174 D.4 transportSpecific字段值174 D.5 可選值175 D.6 IPv4選項175 D.7 協議地址175 附錄E (規范性附錄) PTP在IPv6用戶數據協議(UDP)上的傳輸176 E.1 概述176 E.2 UDP端口號176 E.3 IPv6多播地址176 E.4 transportSpecific字段值177 E.5 可選值177 E.6 協議地址177 附錄F (規范性附錄) PTP在IEEE802.3/Ethernet上的傳輸178 F.1 概述178 F.2 Ethertype 178 F.3 多播MAC 地址178 F.4 transportSpecific字段值178 F.5 可選值179 F.6 協議地址179 附錄G (規范性附錄) PTP在DeviceNET 上的傳輸180 G.1 協議180 G.2 事件報文時間戳點180 G.3 clockIdentity 180 G.4 PTP報文格式181 G.5 PTP的DeviceNet尋址181 G.6 transportSpecific字段值181 附錄H (規范性附錄) PTP在ControlNET 上的傳輸182 H.1 協議182 H.2 clockIdentity 182 H.3 PTP報文格式182 H.4 PTP的ControlNet尋址182 H.5 transportSpecific字段值182 附錄I(規范性附錄) PTP在IEC61158類型10上的傳輸183 I.1 背景183 I.2 報文規范184 I.3 IEC61158類型10的DLPDU 184 I.3.1 DLPDU 的抽象句法184 I.3.2 DLPDU 字段目標地址的編碼184 I.3.3 字段LT 的編碼185 I.3.4 字段FrameID 的編碼185 I.3.5 編碼規范186 附錄J(規范性附錄) 缺省PTP行規189 J.1 概述189 J.2 通用要求189 J.3 延時請求響應缺省PTP行規189 J.3.1 標識189 J.3.2 PTP屬性值189 J.3.3 PTP選項189 J.3.4 時鐘物理要求189 J.4 點到點缺省PTP行規190 J.4.1 標識190 J.4.2 PTP屬性值190 J.4.3 PTP選項190 J.4.4 時鐘物理要求190 附錄K (資料性附錄) 安全協議(實驗性) 191 K.1 概述191 K.2 協議綜述191 K.3 通用要求192 K.4 挑戰響應交換192 K.5 安全聯盟更新交換193 K.6 完整性校驗值(ICV)測試193 K.7 安全聯盟查找194 K.8 keyId檢驗194 K.9 重放保護機制194 K.10 挑戰響應檢驗194 K.11 共享密鑰分發195 K.12 密鑰產生195 K.13 安全數據集195 K.13.1 概述195 K.13.2 密鑰列表195 K.13.3 安全聯盟196 K.13.4 defaultDS數據集安全變量198 K.14 協議操作198 K.14.1 概述198 K.14.2 接收報文處理198 K.14.3 挑戰處理200 K.14.4 安全傳輸處理201 K.14.5 安全事件處理202 K.14.6 安全透明時鐘處理規則204 K.15 AUTHENTICATION TLV 205 K.15.1 概述205 K.15.2 tlvType 206 K.15.3 lengthField 206 K.15.4 lifetimeId(UInteger16) 206 K.15.5 replayCounter(UInteger32) 206 K.15.6 keyId(UInteger16) 206 K.15.7 algorithmId(UInteger8) 206 K.15.8 填充(Octet[M]) 206 K.15.9 ICV(Octet[N]) 206 K.16 AUTHENTICATION_CHALLENGETLV 207 K.16.1 概述207 K.16.2 tlvType 207 K.16.3 lenghtField 207 K.16.4 challengeType(UInteger8) 207 K.16.5 requestNonce(UInteger32) 207 K.16.6 responseNonce(UInteger32) 207 K.17 SECURITY_ASSOCIATION_UPDATETLV 207 K.17.1 概述207 K.17.2 tlvType 208 K.17.3 lengthField 208 K.17.4 addressType(UInteger8) 208 K.17.5 nextKeyId(UInteger16) 208 K.17.6 nextLifetimeId(UInteger16) 208 附錄L (資料性附錄) 累積頻標因子偏移的傳輸(實驗性) 209 L.1 概述209 L.2 使用累積頻標因子的頻率補償方案的描述209 L.3 累積頻標因子偏移的通用規范210 L.4 CUM_FREQ_SCALE_FACTOR_OFFSET TLV 規范211 L.4.1 tlvType 211 L.4.2 cumulativeFrequencyScaleFactorOffset 211 參考文獻212 圖1 Mealy型狀態轉換圖8 圖2 普通時鐘模型16 圖3 邊界時鐘模型17 圖4 端到端透明時鐘模型18 圖5 端到端駐留時間校正模型19 圖6 組合的普通時鐘和端到端透明時鐘21 圖7 點到點透明時鐘模型22 圖8 點到點駐留時間和鏈路延時校正模型23 圖9 組合的普通時鐘和點到點透明時鐘25 圖10 簡單主從時鐘層次結構26 圖11 裁剪的網狀拓撲27 圖12 基本同步報文交換28 圖13 鏈路延時測量29 圖14 時間戳產生模型30 圖15層次拓撲31 圖16 線型拓撲32 圖17 多連接拓撲33 圖18 完全不同技術的橋接34 圖19 內部延時常數定義37 圖20 傳輸不對稱39 圖21 端口模型40 圖22 方差對數標定值滯后49 圖23 完整實現的狀態機63 圖24 slaveonly實現的狀態機64 圖25 STATE_DECISION_EVENT 邏輯65 圖26 狀態判定算法70 圖27 數據集比較算法,第1部分71 圖28 數據集比較算法,第2部分72 圖29 Announce報文接收邏輯77 圖30 Sync報文接收邏輯78 圖31 Follow_Up報文接收邏輯79 圖32 Delay_Req報文接收邏輯80 圖33 Delay_Resp報文接收邏輯81 圖34 延時請求響應路徑長度的測量86 圖35 對等延時鏈路測量88 圖36 允許的混合系統配置147 圖37 行規印刷形式149 圖C.1 不帶不對稱校正的主時鐘?端到端時鐘和單步從時鐘160 圖C.2 帶不對稱校正的主時鐘?端到端時鐘和單步從時鐘161 圖C.3 帶不對稱校正的雙步主站?端到端透明時鐘和單步從時鐘162 圖C.4 帶不對稱校正的主時鐘?端到端透明雙步時鐘和單步從時鐘164 圖C.5 帶不對稱校正的單步主時鐘?雙步端到端透明時鐘和單步從時鐘165 圖C.6 帶不對稱校正的單步對等響應方時鐘?端到端透明時鐘和對等請求方時鐘167 圖C.7 帶不對稱校正的單步對等響應方時鐘?雙步端到端透明時鐘和單步對等請求方時鐘168 圖C.8 帶不對稱校正的雙步對等響應方時鐘?雙步端到端透明時鐘和單步對等請求方時鐘:選項1 169 圖C.9 帶不對稱校正的雙步對等響應方時鐘?雙步端到端透明時鐘和單步對等請求方時鐘:選項2 170 圖C.10 帶不對稱校正的雙步對等響應方時鐘?單步端到端透明時鐘和單步對等請求方時鐘:選項2 171 圖C.11 帶時間計算的單步對等主時鐘?雙步點到點透明時鐘和單步對等從時鐘173 圖G.1 事件報文時間戳點180 圖I.1 PROFINET 區域與其他域結合183 圖K.1 PTP安全報文處理199 圖K.2 挑戰處理201 圖K.3 安全傳輸處理202 圖K.4 安全事件處理204 表1 基本PTP數據類型9 表2 domainNumber取值35 表3 networkProtocol枚舉38 表4 NonEUI64addressTechnology枚舉42 表5 clockClass規范45 表6 clockAccuracy枚舉46 表7 timeSource枚舉47 表8 PTP狀態枚舉58 表9 延時機制枚舉59 表10 PTPportState定義62 表11 邊界時鐘事件的可用性67 表12 數據集比較算法的信息源70 表13 狀態判定代碼M1和M2的更新72 表14 狀態判定代碼M3的更新73 表15 狀態判定代碼P1和P2的更新73 表16 狀態判定代碼S1的更新73 表17 源標識符比較76 表18 公共報文頭96 表19 messageType字段的值97 表20 flagField的值98 表21 correctionField語義98 表22 sequenceId值的例外情況的參考99 表23 controlField枚舉99 表24 字段logMessageInterval的值99 表25 Announce報文字段100 表26 Sync和Delay_Req報文的字段101 表27 Follow_Up報文字段101 表28 Delay_Resp報文字段101 表29 Pdelay_Req報文字段102 表30 Pdelay_Resp報文字段102 表31 Pdelay_Resp_Follow_Up報文字段102 表32 信號報文的接受103 表33 信號報文字段103 表34 tlvType值104 表35 組織特定TLV 字段105 表36 管理報文的接受106 表37 管理報文字段107 表38 actionField的值107 表39 管理TLV 字段109 表40 managementId值109 表41 CLOCK_DESCRIPTION 管理TLV 數據字段111 表42 ClockType規范112 表43 USER_DESCRIPTION 管理TLV 數據字段113 表44 INITIALIZE 管理TLV 數據字段114 表45 initializationKey枚舉114 表46 故障日志severityCode枚舉115 表47 FAULT_LOG 管理TLV 數據字段115 表48 TIME 管理TLV 數據字段116 表49 CLOCK_ACCURACY 管理TLV 數據字段116 表50 DEFAULT_DATA_SET 管理TLV 數據字段117 表51 Priority1管理TLV 數據字段117 表52 Priority2管理TLV 數據字段118 表53 DOMAIN 管理TLV 數據字段118 表54 SLAVE_ONLY 管理TLV 數據字段118 表55 CURRENT_DATA_SET 管理TLV 數據字段118 表56 PARENT_DATA_SET 管理TLV 數據字段119 表57 TIME_PROPERTIES_DATA_SET 管理TLV 數據字段120 表58 UTC_PROPERTIES管理TLV 數據字段120 表59 TRACEABILITY_PROPERTIES管理TLV 數據字段121 表60 TIMESCALE_PROPERTIES管理TLV 數據字段121 表61 PORT_DATA_SET 管理TLV 數據字段121 表62 LOG_ANNOUNCE_INTERVAL 管理TLV 數據字段122 表63 ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT 管理TLV 數據字段122 表64 LOG_SYNC_INTERVAL 管理TLV 數據字段122 表65 DELAY_MECHANISM 管理TLV 數據字段123 表66 LOG_MIN_PDELAY_REQ_INTERVAL 管理TLV 數據字段123 表67 VERSION_NUMBER 管理TLV 數據字段123 表68 TRANSPARENT_CLOCK_DEFAULT_DATA_SET 管理TLV 數據字段123 表69 PRIMARY_DOMAIN 管理TLV 數據字段124 表70 TRANSPARENT_CLOCK_PORT_DATA_SET 管理TLV 數據字段124 表71 MANAGEMENT_ERROR_STATUS的TLV 格式125 表72 managementErrorId枚舉125 表73 REQUEST_UNICAST_TRANSMISSION TLV 格式127 表74 GRANT_UNICAST_TRANSMISSION TLV 格式127 表75 CANCEL_UNICAST_TRANSMISSION TLV 格式128 表76 ACKNOWLEDGE_CANCEL____________UNICAST_TRANSMISSION TLV 格式129 表77 UNICAST_NEGOTIATION_ENABLE 管理TLV 數據字段129 表78 PATH_TRACETLV 格式130 表79 PATH_TRACE_LIST 管理TLV 數據字段131 表80 PATH_TRACE_ENABLE 管理TLV 數據字段131 表81 ALTERNATE_TIME_OFFSET_INDICATOR TLV 格式132 表82 ALTERNATE_TIME_OFFSET_ENABLE 管理TLV 數據字段133 表83 ALTERNATE_TIME_OFFSET_NAME 管理TLV 數據字段133 表84 ALTERNATE_TIME_OFFSET_MAX_KEY 管理TLV 數據字段133 表85 ALTERNATE_TIME_OFFSET_PROPERTIES管理TLV 數據字段134 表86 GRANDMASTER_CLUSTER_TABLE 管理TLV 數據字段136 表87 備選主時鐘屬性137 表88 ALTERNATE_MASTER 管理TLV 數據字段138 表89 UNICAST_MASTER_TABLE 管理TLV 數據字段139 表90 UNICAST_MASTER_MAX_TABLE_SIZE 管理TLV 數據字段139 表91 可接受主時鐘表選項的操作140 表92 ACCEPTABLE_MASTER_TABLE 管理TLV 數據字段140 表93 ACCEPTABLE_MASTER_MAX_TABLE_SIZE 管理TLV 數據字段141 表94 ACCEPTABLE_MASTER_TABLE_ENABLED 管理TLV 數據字段141 表95 版本1的Stratum 到版本2的clockClass 142 表96 版本2的clockClass到版本1的Stratum 142 表97 版本1的grandmasterIsPreferred字段到版本2的Priority1字段的轉換142 表98 版本2的Priority1字段到版本1的轉換142 表99 版本1的clockIdentifier到版本2的clockAccuracy的映射143 表100 版本2的clockAccuracy到版本1的clockIdentifier的映射143 表101 版本1的grandmasterIsBoundaryClock字段到版本2的Priority2字段的轉換143 表102 版本2的Priority2字段到版本1的grandmasterIsBoundaryClock字段的轉換143 表103 版本1的control和版本2的messageType字段的映射143 表104 flagField從版本1到版本2的轉換144 表105 flagField從版本2到版本1的轉換145 表106 與版本1無對應部分的版本2的字段146 表107 與版本2無對應部分的版本1的字段146 表108 名稱對應146 表109 混合系統限制147 表B.1 時標間的關系158 表C.1 圖C.1關鍵值的解釋160 表C.2 圖C.2關鍵值的解釋161 表C.3 圖C.3關鍵值的解釋163 表C.4 圖C.4關鍵值的解釋164 表C.5 圖C.5關鍵值的解釋166 表C.6 圖C.6關鍵值的解釋167 表C.7 圖C.7關鍵值的解釋168 表C.8 圖C.8關鍵值的解釋169 表C.9 圖C.9關鍵值的解釋170 表C.10 圖C.10關鍵值的解釋172 表C.11 圖C.11關鍵值的解釋173 表D.1 IPv4多播地址174 表D.2 transportSpecific字段值175 表E.1 IPv6多播地址176 表F.1 多播MAC 地址178 表F.2 以太網傳輸特定字段179 表G.1 DeviceNet的clockIdentity八位位組0~7 180 表G.2 用于所有PTP報文數據包的DeviceNet報文頭181 表H.1 ControlNet的clockIdentity八位位組2~7 182 表I.1 報文映射184 表I.2 IEEE802.3DLPDU 語法184 表I.3 多播MAC 地址185 表I.4 LT(長度/類型) 185 表I.5 FrameID 186 表I.6 參數和屬性名稱的映射186 表I.7 從PTP版本2到PROFINET 的flagField轉換188 表K.1 flagField.SECURE 標志192 表K.2 AUTHENTICATION TLV 205 表K.3 algorithmId值206 表K.4 ICV 和填充長度206 表K.5 AUTHENTICATION_CHALLENGETLV 207 表K.6 challengeType值207 表K.7 SECURITY_ASSOCIATION_UPDATETLV 208 表K.8 addressType值208 表L.1 CUM_FREQ_SCALE_FACTOR_OFFSET TLV 格式211 |
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