一种列车通信网的时钟频率间接补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种列车通信网的时钟频率间接补偿方法，对同步协议获取的时间偏差采用卡尔曼滤波提高偏差精度，然后对计时时钟管理单元计时频率进行调整，达到间接补偿时间偏差的目的，提高了时钟同步的精度和系统的稳定性，避免了出现“时间快进”和“时间逆流”等不稳定现象，避免了在列车通信网络中系统事件发生错乱，从而保证了行车安全。
【专利说明】一种列车通信网的时钟频率间接补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种列车通信网的时钟频率间接补偿方法。
【背景技术】
[0002]列车通信网络系统是现代列车的技术核心，是在串行通信网络的基础上发展起来的集列车通信、控制和维护于一体的网络技术。随着列车控制技术的发展和人们生活水平的提高，旅客对影音娱乐和信息咨询的需求也越来越大。为提升旅途舒适性和高速列车行驶的安全性，列车网络中需要支持大容量数据和更多类型数据的传输，要求网络具有较高的通信带宽，实时性、可靠性和可维护性。现在投入使用的工业现场总线式列车通信网络中带宽较大，传输速度较快的有铰式列车总线(Wire Train Bus，WTB)、多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus, MVB)、CAN 和 ARCNET。其中 WTB 最大传输速率为 lMbps，MVB最大传输速率为1.5Mbps，CAN在传输距离为40米时的最大传输速率也仅为lMbps，ARCNET在使用光纤传输时也只有2.5Mbps的传输速度。现场总线网络已不能满足列车实时传输大容量数据的需求。以太网技术的不断发展，通信速率已经从lOMb/s发展到1000Mb/S甚至更大，完全能够满足未来列车通信网络高速传输大容量数据的需求，能够在通信网络中传输旅客信息，监视信息和影音娱乐信息等多媒体信息。
[0003]列车以太网的时钟同步模型如图1所示，主节点为司机室，是整列车的控制中心，从节点是挂载车厢内各种传感器，视频播放器，门控开关，空调控制等控制器的节点。列车上所有从节点都与主节点时钟保持同步。在图1中，假设车厢A是司机室主控端时，列车上所有的节点都与A车厢内的主节点服务器同步，A车厢内的的其他同步设备节点Al?An，以及B车厢内节点BI?Bn都是从时钟节点。主节点通常采用高性能高可靠性的服务器实现，本发明假设主节点节点性能稳定，能提供精确的时间，对从时钟节点的时间偏差补偿进行研究。
[0004]根据IEEE1588协议，使用精确时钟同步协议进行列车通信网络时钟同步需要用到四种基本同步数据报:
[0005]1.SYNC:由司机室主节点节点以广播方式发出并记录发出的准确时间，各个从节点收到后记录其到达时间。
[0006]2.FolloW_UP:在SYNC同步数据报发送后由司机室主节点节点发出的跟随数据报，该数据报内含有SYNC发出时的时戳，以点对点方式发送给从节点。
[0007]3.Delay_Rep:由从节点以点对点方式发给司机室主节点的延迟测量请求数据包，从节点记录数据报文离开的时间，司机室主节点标记其到达的时戳。
[0008]4.Delay_Resp:以点对点的方式从司机室主节点发给从节点的延迟测量回应数据报。
[0009]IEEE1588数据包使用UDP报文传输，其使用的固定端口号如表I所示:
[0010]表I列车通信网络时钟同步同步数据报文传输端口
[0011]
【权利要求】
1.一种列车通信网的时钟频率间接补偿方法，其特征在于，该方法为:
.1)令n=l ； .2)利用η时刻的主节点与从节点的时间偏差校正量ue(η)和主节点与从节点的频偏率校正量uY (η)建立以下状态时钟模型:
θ (η) = Θ (n-l)-Ug (n-l) + [ y (n_l) _u gamma (n_l) ] * Λ T+ ω 0 (n_l)；
Y (η) = y (η-1) -u gamma (η-1) +ν (η-1)； 其中，θ (η)为η时刻主节点与从节点的时间偏差，Θ (O)=O ; Y (η)为η时刻主节点与从节点的频偏率，所述频偏率是指η时刻主节点与从节点的计数频率偏差除以η时刻从节点计数频率;ΔΤ为ΙΕΕΕ1588同步报文Sync的报文间隔；ν(η)表示测量过程噪声，是一个均值为零，呈高斯分布的随机变量；ω 0 (η)为呈高斯分布的随机过程噪声，ω θ (η)的方差为和 Δ7_', = 10 Y ； .3)令Φ?= x(n)^ u(n) = [ue(n),uY(n)]T,利用下式进行卡尔曼滤波校正:.v(/7) =.v(/7 I
2.根据权利要求1所述的列车通信网的时钟频率间接补偿方法，其特征在于，η时刻与n-Ι时刻之间相差1ms。
3.根据权利要求2所述的列车通信网的时钟频率间接补偿方法，其特征在于，所述步骤 8)中，T 为 100 ms。
【文档编号】H04J3/06GK103812591SQ201410037472
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】黄志武, 张晓勇, 杨迎泽, 李烁, 蒋富, 高凯, 刘伟荣, 朱正发 申请人:长沙瑞纬电气有限公司