【摘 要】
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随着通信技术的蓬勃发展、实时性应用的增多、大带宽高速率传输需求的增长，网络中的时钟节点对时间同步的精度要求日益严格。以往广泛应用在计算机网络的网络时间协议(NetworkTimeProtocol，NTP)只能提供毫秒级精度，另一方面，GPS虽然能提供高达纳秒级的时间精度需求，但受制于成本与安全问题，此时，IEEE1588协议以其高达亚纳秒级精度、成本低、适应性强等优点成为高精度时间同步的理想方案。
本文首先介绍了分组传送网(Packet Transport Network，PTN)的发展历程和同
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随着通信技术的蓬勃发展、实时性应用的增多、大带宽高速率传输需求的增长，网络中的时钟节点对时间同步的精度要求日益严格。以往广泛应用在计算机网络的网络时间协议(NetworkTimeProtocol，NTP)只能提供毫秒级精度，另一方面，GPS虽然能提供高达纳秒级的时间精度需求，但受制于成本与安全问题，此时，IEEE1588协议以其高达亚纳秒级精度、成本低、适应性强等优点成为高精度时间同步的理想方案。
本文首先介绍了分组传送网(Packet Transport Network，PTN)的发展历程和同步需求，然后介绍PTN时钟同步技术中的精确时间协议(Precision Time Protocol，PTP)IEEE1588，并通过IEEE1588网络仿真分析不同时钟类型的特点。随后分析同步性能的影响因素，其中，针对温度因素对时钟稳定性的影响，采用卡尔曼滤波对时钟状态进行估计。最后采用基于天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search Algorithm，BAS)优化比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)的时钟伺服控制方法实现时钟频率的控制。本文主要工作包括：
(1)研究IEEE1588协议原理，分析不同时钟类型，采用OMNeT++搭建在级联边界时钟、级联透明时钟、存在交换设备的混合时钟的三种线性拓扑结构下，进行主从时钟同步的特点。分析限制IEEE1588系统同步精度性能的主要因素：协议栈时延抖动、分组时延变化、非对称性、时间戳量化误差、时钟的不稳定性，并提出应对措施。
(2)对于时钟不稳定性：针对温度因素引起的老化率，进而带来的频率偏斜、时钟偏差误差，建立三态时钟模型，同时对IEEE1588观测引入的误差，建模为高斯白噪声，采用卡尔曼滤波器进行估计、减轻。
(3)为提高基于PID的从时钟伺服控制系统的同步精度与收敛速度，采用基于BAS优化PID的控制方法(BAS-PID)，进行从时钟频率控制。与传统的基于反向传播神经网络、粒子群优化PID的控制方法相比，BAS-PID控制方法具有略高的同步精度与略快收敛速度，使同步更高效。
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