时频科普

ieee1588v2PTP 时间刻度(Arb 时间到底是什么?)

2022-05-20 09:37:23

正如国家实验室所理解的那样,大多数使用 PTP 分配时间的应用程序实际上并不需要标准时间。所需要的只是网络中的时钟具有相同的时间。但是,在分发 PTP 时使用标准时间刻度有几个原因:

  1. 如果网络时间可以很容易地转换为人类可读的标准本地时间,这将很有用。 

  2. 如果将两个已经具有时间感的实时网络连接在一起,那么如果它们以大致相同的时间开始,则不会引起短暂的混乱。如果使用标准时间尺度,则更容易实现这一点。

  3. 一些政府法规和技术标准规定了与国家实验室相关的标准时间。

首先,每个计时网络都应该使用标准的SI 秒IEEE 1588 实际上并不要求这样做,但该标准的许多部分仍然假设它。此外,不使用 SI 秒也很难将网络时间转换为任何类型的标准时间。因此,甚至不要考虑将时间投入任何不基于 SI 秒的网络。您正在考虑不需要这样做的极端情况。不!

默认和推荐的 1588 时标,即 PTP 时标,是您的设备对国际标准时标TAI的最佳估计。TAI 或英文为 International Atomic Time,由法国国家实验室 BIPM 维护。“有人真的知道现在几点吗?” 事实证明答案是否定的。由于 TAI 是从世界各地国家实验室的一组原子钟中以复杂的方式推导出来的,因此创建 TAI 的计算需要花费数周时间。所以,科学家们只知道几周前的时间。不用担心。每个国家实验室都保持对 TAI 的连续预测,通常精确到几纳秒。使用卫星双向时间传输或 TWSTT 等技术将这些预测相互比较,见图 1。 


图 1. TAI:BIPM 与 TAI:PTB(德国国家实验室)使用两种卫星时间传输进行比较。

事实证明,TWSTT 是一种类似于 PTP 和 NTP 的时间传输机制。具体来说,时间在每个方向上传输,以便可以考虑通信延迟。TAI 预测可通过卫星和无线电信号获得。例如,GPS 时间可转换为美国海军天文台的 TAI 预测,这是 TAI 的贡献者之一。

但是国际标准不是称为协调世界时或UTC吗?是的,但 UTC 被定义为 TAI 偏移整数秒。这个 UTC 偏移量的目的是使 UTC 接近天文时间,这是由天空中星星的位置决定的。为了实现这一点,UTC 偏移量通过插入闰秒来定期更新。像我们所有人一样,地球会随着时间的推移而减速。然而,原子钟却没有。因此,闰秒每六个月或一年或两年左右添加一次。如果地球加速,则可以从 UTC 偏移量中减少一秒钟,但这从未发生过。显然,天文学家与国家实验室的科学家有很大的关系,以将闰秒的复杂性添加到国际标准时间。 

闰秒因在使用时间的应用程序中引起技术问题而臭名昭著。出于这个原因,PTP 在 PTP 消息中出现的时间戳中使用 TAI。如果应用程序中需要 UTC,也会分发 UTC 偏移量。请注意,本地时间始终从 UTC 派生,通过将 UTC 移动为时区偏移量。因此,如果应用程序需要本地时间,那么它首先需要 UTC。UTC 偏移量可从主状态的 PTP 端口作为 Announce 消息中的一个字段获得,参见图 2。

图 2. PTP 通告消息的结构

有关 UTC 的其他信息可在所有 PTP 消息的 PTP 通用标头的标志字段中获得,请参见图 3。

图 3. PTP 消息公共标头中的标志。

好的,那么套利时间是多少?聪明而强大的 1588 工作组预计某些应用程序,例如在小型网络中,可能不想经历使用 GPS 接收器或其他获取 TAI 的方式的麻烦,因此允许时间尺度可以是任意的(被它的朋友简单地称为“Arb”)。如果网络的主站输出 Arb 时间,那么 PTP 从站不应该对网络时间和任何标准时间尺度之间的关系做出任何假设。