摘要
随着工业控制业务需求的不断增长，工业现场对工控网络可靠性和确定性时延的要求也越来越高。时间敏感网络(Time-Sensitive Networking，TSN)虽然可以提供纳秒级的确定性服务，且兼容以太网协议，但是仅采用TSN难以满足复杂网络环境，因此，TSN与无线网络的结合部署是十分有必要的。第五代移动通信技术(Fifth Generation Mobile Communications，5G)作为一种新一代的无线通信技术，能够与TSN有效的融合并提供高可靠低时延的数据传输。如今，5G与TSN融合部署已经成为智能制造领域的研究热点。在智能制造等领域中，数据传输、流量调度和协同管理等操作都要求全网设备保持时间同步。目前，关于时间同步的研究主要集中在单个网络，对于5G与TSN的融合网络的时间同步研究较少。同时，5G与TSN的融合网络的时间同步问题亟待解决。因此，研究面向5G与TSN融合的跨网时间同步具有非常重要的意义。本文提出了一种适用于5G和TSN融合的跨网时间同步方法，主要完成以下几点工作内容的研究。 1.本文研究了国内外时间同步技术的现状，同时，对5G网络时间同步、TSN时间同步以及跨网时间同步相关技术进行了分析。 2.针对5G与TSN融合的跨网时间同步问题，本文提出了一种基于IEEE802.1AS和单向消息传播相结合的逐级传递同步信息的跨网时间同步方法，该方法将TSN主时钟消息经过5G系统逐级传递给TSN从时钟。具体分为TSN和5G系统两个部分。在TSN部分，使用IEEE802.1AS协议完成频率偏移和链路延时的计算;在5G系统部分，将5G时钟域看作透明时钟，结合时间同步消息在5G系统中传输特点，提出单向消息传播机制，对5G系统频率偏移进行估计和补偿，进而得到更加精准的驻留时间。最后，对整个网络传输延时和频率偏差进行计算，并对从时钟进行时钟补偿，完成跨网时间同步。 3.基于Java语言和5G网络环境搭建时间同步验证平台，对本文提出的跨网时间同步方法进行验证，并对仿真结果进行分析，仿真结果表明本文提出的跨网时间同步方法能够达到纳秒级时间同步。
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