臺灣博碩士論文加值系統

IEEE1588標準係一高精度時間同步協定(PTP)，其主要設計用於分散式聯網系統各節點之即時時間同步。在子網中，PTP系統預期可達次微秒(<10-6秒)時間同步性能。因此，PTP系統可應用於傳統量測與控制系統、工業自動化、通訊系統、電力系統及眾多現代技術領域。時間伺服器(Clock servo)在PTP系統中扮演重要的角色。通常時間伺服器是利用比例積分(PI)控制器來實現。主時鐘(Master clock)及從時鐘(Slave clock)之時間偏差則回授至PI控制器，參考PI控制器之輸出，可調整從時鐘同步於主時鐘，且相對計時速率(Relative tick-rate)因此可趨於穩定。為增進PI控制器之性能，本研究採用灰色理論求得PI控制器中比例項之參數。從時鐘相對於主時鐘之時間偏移(Drift)，可由灰色預測演算法求得。因此，灰色PI控制器可縮短暫態響應時間，使系統更快趨於穩定。為了評估系統性能，本研究結合了PTP軟體及網路介面，建立一個子網路系統。且本論文採用ITU-T推薦之亞倫方差進行系統穩定度分析。結果顯示，灰色PI控制器性能優於傳統PI控制器，引用灰色PI控制器，可大幅縮短系統暫態響應時間。

IEEE1588 standard is a precision time synchronization protocol (PTP). It is designed to synchronize real-time clocks in the nodes of a distributed system that communicate using a network. Within a subnet, the PTP system is expected to achieve the synchronization accuracy in sub-microsecond range. Thus, it is applicable to traditional measurement and control systems, industrial automation systems, communication systems, electrical power systems and many other areas of modern technology.The unit of clock servo plays important roles in the PTP system. It is usually implemented by proportional integral (PI) controller. The time offsets between the master and the slave clock are fed into the PI controller. The output of the PI controller is used to steer the slave clock to synchronize with the master clock. Therefore, the relative tick-rate of the slave clock can be stabilized. In order to improve the performance of the PI controller, this study adopts the gray theory to determine the parameter of the proportional term of the PI controller. The drift of the time offset from master clock can be obtained by using the gray prediction algorithm. Accordingly, the gray PI controller makes the system reduce the time to reach steady state. To assess the performance of the system, this study integrates the PTP software and the network interface with timestamper to establish a subnet. For the stability analysis of the system under tests, this paper utilizes the ITU-T recommended Allan deviation. Experimental results show that the performance of the gray PI controller is better than the traditional one. The transient response time of the system is significantly reduced by introducing the proposed gray PI controller.

中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 vii
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究方向 1
1.3 論文架構 1
第2章 時間與頻率概論 3
2.1 振盪器及其頻率標準 3
2.1.1 石英振盪器 3
2.1.2 原子振盪器 5
2.2 時頻量測 8
2.3 頻率性能指標 10
2.3.1 頻率性能的衡定 10
2.3.2 時間訊號的數學模型 10
2.3.3 頻率準確度 14
2.3.4 頻率穩定度 15
第3章 IEEE 1588標準概論 21
3.1 IEEE 1588標準同步原理 21
3.1.1 延遲時間與時間補償 23
3.1.2 協定中重要的假設 24
3.2 精確時間同步協定(PTP)系統 28
3.3 PTP狀態及狀態機 29
3.4 單一主時鐘與從時鐘 33
第4章 精確時間同步協定程式 35
4.1 精確時間同步協定軟體 35
4.1.1 硬體限制 36
4.1.2 軟體限制 36
4.2 時鐘伺服(Clock servo) 37
4.2.1 設計上的限制 37
4.2.2 比例積分控制器 37
4.2.3 灰色比例積分控制器 38
4.3 灰色預測 39
4.3.1 累加生成(Accumulated generating operation; AGO) 40
4.3.2 建立一階灰微分方程模型 40
4.3.3 以最小平方法解a、b 41
4.3.4 白化響應式 42
4.4 調整參數 43
第5章 實驗結果與數據 45
5.1 網路拓樸類型 45
5.2 實驗設備 46
5.3 實驗結果及分析 47
5.3.1 實驗一 Master to slave directly 47
5.3.2 實驗二 Master to slave (switch) 48
5.3.3 實驗三 Master to two slaves (switch) 52
5.3.4 討論 55
第6章 結論與未來展望 61
6.1 結論 61
6.2 未來展望 61
參考文獻 63

[1]涂昆源(2001)。全球定位系統載波相位在頻率同步之應用。未出版博士論文，國立台灣大學，台北市。
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[3]鄧聚龍(2003)。灰色系統理論與應用。台北：高立書局。
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[9]Kendall Correll. (2007, June 17). ptpd. sourceforge.net/project/showfiles.php?grou p _id=139814.
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