時鍾同步演算法

1. 目前室內定位觀測量的方法有哪些超寬頻（UWB）人員定位系統採用的是什麼觀測量方法

不同的室內定位方法有不同的觀測量方法，目前，主要的觀測量方法有如下幾種： 1.RSSI測量：RSSI測量是通過計算信號的傳播損耗，可以使用理論或者經驗模型來將傳播損耗轉化為距離，也可以用於指紋定位建立指紋庫； 2.TOA測量：TOA方法主要測量信號在基站和移動台之間的單程傳播時間或來回傳播時間，TOA測量的定位方法為多邊定位； 3.TDOA測量：該方法同樣是測量信號到達時間，但使用到達時間差進行定位計算，可利用雙曲線交點確定移動台位置，故可以避免對基站和移動台的精確同步； 4.AOA測量：AOA方法是指接收機通過天線陣列測出電磁波的入射角度，包括測量基站信號到移動台的角度或者移動台信號到達基站的角度。 目前，市面上的超寬頻（UWB）人員定位系統主要應用以上幾種觀測量方法，也有的同時採取兩種不同的方法，像智物達超寬頻定位演算法有兩種，一種是測距演算法，即採用TOF（Time of Flight）的方式，計算A、B兩點電磁波飛行的時間，通過時間計算出兩點之間的距離。一種是時鍾同步演算法，通過計算到達時間差（TDOA:Time Difference of Arrival）來確定標簽和錨點之間的距離，然後通過三角定位的方式，計算出標簽的位置。

2. IEEE1588V1-V2理解

​ IEEE 1588 是一個精密時間協議 (PTP)，用於同步計算機網路中的時鍾。 在區域網中，它能將時鍾精確度控制在亞微秒范圍內，使其適於測量和控制系統。 IEEE 1588 標准為時鍾分配定義了一個主從式架構，由一個或多個網段及一個或多個時鍾組成。
​ TSN 網路中時間同步協議使用 IEEE 802.1AS 協議，它基於 IEEE 1588 協議進行精簡和修改，也稱為 gPTP 協議。
​ IEEE 1588 協議簡稱精確時鍾協議 PTP（Precision Timing Protocol），它的全稱是「網路測量和控制系統的精密時鍾同步協議標准」（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）。其工作的基本原理，是通過主從節點之間進行同步數據幀的發送，記錄數據幀的發送時間和接收時間信息進行，並且將該時間信息添加到該數據幀中。從節點獲取這些時間信息，並計算從節點本地時鍾與主時鍾的時間偏差和網路節點之間的傳輸延時，對本地時鍾進行糾正，使之與主節點時鍾同步。一個 PTP 網路只能存在一個主時鍾。
​ PTP 協議主要分為兩大部分來實現時鍾同步功能：
​ 1、建立同步體系：
​ 協議使用最佳主時鍾演算法（Best Master Clock Algorithm，BMCA），通過選取主時鍾，建立主從拓撲關系，進而在整個 PTP 網路中建立起同步體系。
​ 2、同步本地時鍾：
​ 協議使用本地時鍾同步演算法（Local Clock Synchronization Algorithm，LCS），通過 PTP 數據報文在網路主從節點之間的交換，計算各從節點本地時鍾與主時鍾間的時間偏差，調整本地時鍾，使之與主時鍾同步。

​ 整個 PTP 網路內的時鍾可按照其上 PTP 通信埠的數目來劃分成普通時鍾（Ordinary Clock，OC）與邊界時鍾（Boundary Clock，BC）：普通時鍾只存在一個，而邊界時鍾則存在多個。一般在確定性不高的網路節點處使用邊界時鍾，例如交換機或者路由器一般用作邊界時鍾，如下圖所示。在每個埠上，PTP 通信都是獨立進行的。

​ 1、邊界時鍾：
​ 邊界時鍾上只允許存在一個從埠，與上級節點的主埠通信，將其本地時鍾與級主埠進行同步。其餘埠為主埠，與下游節點的從埠進行通信。邊界時鍾可以連接不同的網路協議。
​ 2、同步體系建立流程：
​ （1）初始狀態，各個節點埠會在指定的時間內偵聽網路中的 Sync 數據幀； 若接收到 Sync 數據幀，節點埠將根據最佳主時鍾演算法決定埠狀態。若沒有收到 Sync 數據幀，該節點狀態變更為 Pre_Master，並將自己假定為主時鍾節點。此時節點埠狀態表現為主時鍾，但是並不發送 Sync 幀。
​ （2）埠狀態在一定時間內保持 Pre_Master：
若在埠指定時間內接收到 Sync 數據幀，則該埠狀態由最佳主時鍾演算法決定。
若判定埠為主時鍾，則將周期性地發送 Sync 幀；若判定為從時鍾，則接受 Sync 幀，並計算偏差，糾正本地時鍾。
​ 若在該時間段內埠沒有收到 Sync 數據幀，則將狀態變更為主時鍾，並且開始定時發送 Sync 數據幀。
​ （3）主時鍾和從時鍾的狀態隨著時鍾性能與運行狀態的變化而變化。下圖展示了 BMCA 中狀態轉移。

​ 3、時間同步建立流程：

​ 如下圖PTP同步原理

​ 如圖所示，Master為網路中的同步時鍾源，可以認為其與UTC或者GPS時無限接近。Slave為網路中需要被同步設備。假設從Master到Slave的路徑符合對稱路徑，那麼路徑上的延時我們設Delay，然後設備Master和設備Slave之間待同步的時間差值為Offset，即Slave比Master在同一時刻慢Offset。

​ 可以算出

​ Slave設備根據算出的Offset即可以進行本地時鍾校準。但是1588V1協議依賴於鏈路的對稱性，即Master到Slave與Slave到Master時延一致，這在實際網路狀況下很難滿足，故需要額外的不對稱演算法進行鏈路延時差計算和補償校準。

​ IEEE1588V2在IEEE1588V1版本上做了改進和擴展。主要包括：

​ 1.新增點到點路徑延時測量的獨立消息模式。

埠 A 與埠 B 間的路徑延遲時間 Delay 為

​ 在 PTPv1 中，平均路徑延遲測量時通過 Sync 幀與 Delay_Req 幀配合使用的，但是在 PTPv2 中卻不需要 Sync 幀的參與，僅通過 PDelay_Req 數據幀系列來進行測量。這是一個獨立的延遲測量過程，不依賴 Sync 幀和同步體系建立的參與，使得測量精度有所提高，並且可以經過多次測量求得平均值得到更為准確的路徑延遲。另一方面，如果網路中的同步體系發生改變，這時不需要重新計算該節點間的路徑延遲，直接使用之前已測得的延遲數據，大大增強了協議執行的效率，使得協議更為方便靈活。在PTPv2 中，利用 PDelay_req 數據幀系列已成為主要的測量路徑延遲方法。
​ 2、新增透明時鍾模型
​ 在 PTPv1 中，網路中間節點均採用邊界時鍾模型。與網路中唯一的主時鍾，即一個普通時鍾連接的邊界時鍾，其上唯一的從埠接收主節點發送的同步數據幀，與主時鍾實現同步，其餘的主埠和與之相連的其他邊界時鍾發送同步數據幀，最後同步到網路邊緣的普通時鍾，這樣便實現了整個網路的時間同步。這種方法雖然可行，但是由於這種方式是逐級同步，所以距離主時鍾越遠的節點，同步精度越低。
​ 當網路中的一些節點不需要進行時鍾同步或者不具備同步功能時，便可採用透明時鍾模型。透明時鍾不像 BC/OC 模式那樣，需要每個節點都與主時鍾進行同步，它的埠只對協議數據幀進行轉發，並將計算出的數據幀滯留時間添加在校正域中。這種方式將 PTP 數據幀的處理變得更為簡單，降低了網路中 PTP 協議的實施難度，同時提高了各從節點的同步精度。
​ 透明時鍾有模型兩種：端對端透明時鍾，和點對點透明時鍾。
​ （1）端對端（E2E）透明時鍾
​ E2E 透明時鍾對網路中普通數據幀不做任何處理，僅進行轉達讓其正常通過。但是對於 PTP 事件數據幀，則將他們從接收埠到發送埠間的駐留延遲時間累加到數據幀中的修正域，用以彌補 PTP 數據幀在經過其自身所帶來的延遲誤差。
​ （2）點對點（P2P）透明時鍾
​ 點對點（P2P）透明時鍾只轉發特定的 PTP 報文，包括 Sync 幀、Follo_Up 幀和Announce 幀等。並且會採用 Pdelay_Req 數據幀系列計算每個埠與所連接的埠間的路徑延遲時間，再與埠間延遲時間合並添加到時間修正域，來補償數據幀從源埠到點對點透明時鍾出埠的時間延遲。
​ 3、增加單步時鍾模型
​ 單步時鍾模型解決了 Follow_Up 幀與 Sync 幀匹配問題。PTP 協議基本的同步過程採用雙步模式，即主時鍾節點發送 Sync 幀，和帶有 Sync 幀發送時間的Follow_Up幀。這種方式雖然能提高 Sync 幀時間戳標記的精度，提高同步效果，但是在網路負載較大的情況下，數據幀很有可能發生丟失或者阻塞，造成兩種數據幀的匹配出現差錯。
​ 在 PTP 數據幀中設置一個標志，來使用單步模式，將 Sync 幀的發送時間與數據幀中的時間標簽的差值作為傳輸延遲，並將其累加到修正域中。這樣主時鍾便通過單獨的 Sync 幀而不需要 Follow_Up 進行時間的同步校準工作。
​ 單步模式可以減少網路流量，提高網路負載較大時同步的可靠性。單步模式需要額外的輔助硬體，來幫助計算時間修正值並將其累加到校正域中，這對網路的實時性有比較高的要求。

​ BMCA，即最佳主時鍾演算法，它選擇網路中性能最佳的時鍾作為主時鍾，並以
此建立網路拓撲，生成同步體系，進而實現時鍾同步功能。
​ 最佳主時鍾的選取是通過Announce幀在網路中各節點的傳輸，比較各個節點上的時鍾屬性（比如是否將時鍾指定為主或者從時鍾），用於標識精度的時鍾等級，以及用於標識時鍾源類型的時鍾類型（比如銣鍾、銫鍾等），還有表示時鍾偏移、方差等的時鍾特性、時鍾地址以及時鍾埠號等特徵來選擇最佳主時鍾，當其他時鍾特徵都一樣是，協議會將埠號最小的節點時鍾作為主時鍾。IEEE 1588協議會以主時鍾節點作為根節點形成樹形拓撲結構，並且為避免生成迴路，那些競爭失敗的節點埠，協議將他們定義為被動或者禁用狀態。

3. 下位機與上位機如何保持時鍾同步

上位機定時發時鍾同步信號給下位機。

4. 變電站全站時間同步系統具體方案是什麼

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變電站內配置一套全站公用的時間同步系統，高精度時鍾源按雙重化配置，優先採用北斗系統標准授時信號進行時鍾校正。時間同步系統可以輸出SNTP、IRIG-B (DC)(串列時間B碼)、1PPS(秒脈沖)等信號。站控層設備宜採用SNTP對時方式。間隔層、過程層設備採用IRIG-B、1PPS對時方式，條件具備時也可以采月IEC 61588網路對時。主時鍾源要提供滿足DL/T 860《變電站通信網路和系統》的通信介面，直接與自動化系統連接，將裝置運行情況、鎖定衛星數量、同時或失步狀態等信息傳輸至站控層。

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