[发明专利]一种用于精确评估IEEE1588同步时钟时间偏移估计量下界的方法

说明书

技术领域

本发明属于网络测量和控制系统的时钟同步技术领域，涉及一种用于精确评估IEEE1588同步时钟时间偏移估计量下界的方法。

背景技术

在网络时间同步技术中，目前主要的协议有：简单时钟同步协议(SNTP)、网络时钟同步协议(NTP)和IEEE 1588协议(PTP)。其中，SNTP同步协议和NTP同步协议精度依赖于网络情况，精度不高，只能达到毫秒级，适用于对时间同步精度要求不高的网络环境。IEEE1588时间同步协议借助硬件的帮助提升了协议时间同步的精度，可以将精度提升到微秒级，因而PTP同步协议被广泛应用到了实时性要求高的网络环境中，如工业控制网络、移动通信网络等。

在PTP同步期间，数据包在从主节点游历到从节点的途中会遇到一些中间节点(如：交换机或路由器)这样就会在每个节点上累积随机时延，整个网络就会产生时延偏差，从而时钟在同步过程中就会产生相应的时钟偏移量，时钟偏移量是一个估计问题。为了提高时钟同步的精度就需要提高时钟偏移量精度。传统的方法有通过取估计量的均方误差来衡量估计的精度，如无偏估计一般采用的用柯克拉莫—罗下界，最大似然估计以及自适应估计的估计方差采用的齐夫—扎凯下界。

通过分析PTP同步系统模型，发现始终偏移估计量问题是一个非贝叶斯估计问题，具体可以划分为位置参数估计问题，然而传统的非贝叶斯估计描述方法，如柯克拉莫—罗下界要求观测值的概率密度函数相对于未知参数保持固定，不符合PTP同步系统模型。因而，将基于贝叶斯估计方法的Wei-Weinsten界限描述方法引用到该问题中，通过设定条件，即可获得IEEE1588时钟同步偏移量的性能下界。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于精确评估IEEE1588同步时钟时间偏移估计量下界的方法，具体方案如下：

一种用于精确评估IEEE1588同步时钟时间偏移估计量下界的方法，该方法包括以下步骤：

S1：根据IEEE1588时间同步原理建立相应的系统模型；

S2：通过分析系统模型得出相位偏移和时间偏移的观测模型；

S3：分析位置参数问题的性能界限描述方法，包括非贝叶斯参数模型和贝叶斯参数模型，并得出不同参数模型的使用条件；

S4：将贝叶斯参数估计模型应用到时钟偏移量的观测模型得出性能下界。

进一步，在步骤S1中，所述建立基于IEEE1588时间同步原理的系统模型具体包括：假

定正向和反向延时偏差和为随机变量，相位偏移量α、频率偏移量β、主从时间偏移δ([α，β]^T)和路径正向和反向时延的固定最小部分和为未知的定量，最后，给定时钟偏移估计量的观测模型为y＝Aθ+w，观测矢量y的条件概率密度函数为f(y|)＝f_w(y-A)。

进一步，确定IEEE1588时钟偏移量估计问题是一个位置参数估计问题，该问题可描述为：在一个N维向量空间中，观测量x通过一个条件概率密度函数f(x|θ)受到一个M维参数矢量的影响，如果此处存在一个N×M的矩阵G和一个函数f₀(·)，那么有f(x|θ)＝f₀(x-Gθ)。

进一步，在步骤S4中，采用基于贝叶斯的Weiss-Weinstien估计方法来衡量时钟偏移量下界；在时钟偏移量问题中，传统的非贝叶斯估计理论的于下界R(θ，g)方法，如Cramer-Rao估计要求观测值的概率密度函数相对于未知参数保持恒定，不适用于IEEE1588时间偏移估计问题中的观测量θ为随机变量的条件。将基于贝叶斯的Weiss-Weinstien估计方法应用到IEEE时钟偏移估计问题中，令不等式M(g)≥B(g，p)，通过采取先验分布p(θ)对B(g，p)取下界值即为估计量下界。

进一步，确定Weiss-Weinstien下界的适用条件，该下界描述为：若有一个位置参数问题，其观测量x的概率密度函数为f(x|θ)＝f₀(x-Gθ)，其中为任意标量为M×1的向量，则有

另有一个k×1向量μ，它的i^th元素为：

u_i＝(C^Th_i)·ξ(h₁，O_M×1，1-s_i，O)

那么存在一个O_M×1为一个M×1值为0向量；令V为一个K×K的矩阵，它的(i,j)元素为