EtherCAT系统无线时钟同步方案研究

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实时工业以太网EtherCAT是用于控制和自动化的以太网技术,在物理层使用环形总线拓扑结构提升以太网实时性能。由于在组帧、速率和实时性等方面的优势,该技术应用范围正在迅速扩大,越来越多的受到工业界和学术界的关注,为实时系统的性能和拓扑的灵活性提供了新的标准。实时工业控制系统信号具有很强的时间相关性,系统必须首先实现时间同步才能进行有效的数据采集和控制。时间同步的实现需要一个来自外部的基准时间,用来同步各子系统。其次必须有一种协议来确保各时钟从站与基准时间的同步。论文主要讨论如何在无线环境下将基准时间准确地分发给EtherCAT系统的时间从站,从而实现基准时间和EtherCAT时间从站之间的同步。论文首先对实时工业以太网协议EtherCAT进行简单介绍,深入分析了IEEE1588、GPS、无线传感器网络时钟同步协议原理,并对其优缺点进行总结。在分析了无线网络环境特点的基础上,提出了一种新的用于同步基准时间和时间从站的无线同步协议。在新协议中,使用预约分组来消除信道接入时延,采用多个分组相互备份的方法来消除无线环境的不稳定因素,使用统计平均获得的延迟来调整从站时钟。最后,使用USRP平台对算法的正确性和可行性进行了验证,实验结果表明算法达到预期目的。
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