[发明专利]一种基于自适应算法的变电站网络对时方法

权利要求书

1.一种基于自适应算法的变电站网络对时方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一：主时钟与本地时钟一次对时，进行N次信息交换，物理层处理延时设为定值d；第k次信息交换中，T_1,k为主时钟第k个信息包的实际发送时间；T_2,k为本地时钟收到第k个信息包的时间；T_3,k为本地时钟发送第k个信息包的实际发送时间；T_4,k为主时钟收到第k个信息包的时间；信息由主时钟到本地时钟的网络传输延时设为随机变量X_k，信息由本地时钟到主时钟的网络传输延时设为随机变量Y_k，假设网络延时和分别服从均值为α和β的指数分布；

步骤二：相偏计算的最大似然估计，假设网络传输的往返延时对称性较好，网络传输延时X_k与Y_k服从相同参数的指数分布，可以令这两个指数函数的均值相等，有α＝β＝λ；同时因为网络传输延时的随机性，造成信息交换延时的不确定，可以将N次对时后得到的信息交换的往返延时数据和进行数值从小到大的顺序统计，重新排列后变为和可以构建似然函数为：

L(d,Φ,λ)=λ-2Ne-(Σk=1NUk+Σk=1NVk-2Nd)λ---(2.5)]]>

考虑到U_k＝T_2,k-T_1,k＝d+Φ+X_k与V_k＝T_4,k-T_3,k＝d-Φ+Y_k，对N次对时信息交换的往返延时进行累加，有

NU‾=Nd+NΦ+Nλ---(2.6)]]>

与

是的平均值，是的平均值；

(2.6)与(2.7)两式相加可得代入式(2.5)可得

LR(d,Φ)=[U‾+V‾2-d]-2Ne-2N---(2.8)]]>

通过使式(2.8)的似然函数L_R(d,Φ)取得最大值，就可以得到参变量的最大似然估计值；

解得d和Φ的最大似然估计为：

dMLE=U(1)+V(1)2ΦMLE=U(1)-V(1)2---(2.9)]]>

U₍₁₎表示中排序第一，V₍₁₎表示中排序第一；

步骤三：相偏计算的最优线性无偏估计，首先将N次对时后得到的信息交换的往返延时数据和进行数值从小到大的顺序统计，重新排列后变为和

定义所需求解未知变量矩阵为δ′＝[dΦαβ]^T，则有

P′=11...111...111...1-1-1...-11N1N+1N-1...Σk=1N1N-k+100...000...01N1N+1N-1...Σk=1N1N-k+1T---(2.10)]]>

矩阵中P′为由对时信息样本长度N决定的矩阵；

由于对信息交换延时数据进行了顺序统计，故建立的是线性模型，δ′的最优线性无偏估计为：

δBLUE′=(P′TQW′-1P′)-1P′TQW′-1W---(2.11)]]>

其中Q′_W是W的协方差矩阵；因为信息交换的往返延时和为两个相互独立的指数随机分布，可得：

QW′=α2Q00β2Q---(2.12)]]>

Q是信息交换延时数据U_(k)和V_(k)的N×N阶对称正定协方差矩阵；

观测到的信息交换延时数据为：

W＝[U₁ V₁ U₂ V₂…U_N V_N]^T

可求解得δ′的最优线性无偏估计为：

δBLUE′=dBLUEΦBLUEαBLUEβBLUE=12N(N-1)(N2-1)U(1)-Σk=2NU(k)+(N2-1)V(1)-Σk=2NV(k)(N2-1)U(1)-Σk=2NU(k)-(N2-1)V(1)+Σk=2NV(k)2NU(1)-2N2U(1)+2NΣk=2NU(k)2NV(1)-2N2V(1)+2NΣk=2NV(k)=12(N-1)N(U(1)+V(1))-(U‾+V‾)N(U(1)-V(1))-(U‾-V‾)2N(U‾-U(1))2N(V‾-V(1))---(2.13)]]>

其中，与分别为信息交换的往返延时数据和的样本平均值，同时也为顺序统计后和的样本平均值；

步骤四：将信息交换次数N，α_BLUE、β_BLUE代入公式(2.16)，其中，α_BLUE代表信息由主时钟到本地时钟的网络传输延时的最优线性无偏估计，β_BLUE代表信息由本地时钟到主时钟的网络传输延时的最优线性无偏估计；

N2-1<αβ(α-β)2---(2.16)]]>

如果公式(2.16)成立，则相偏Φ值采用公式(2.9)中的Φ_MLE；

如果公式(2.16)不成立，则相偏Φ值采用公式(2.13)中的Φ_BLUE；

步骤五：设本地时钟此时输出时间为C_i(t)，对其进行相偏补偿后，实际输出时间C’_i(t)为：

C’_i(t)＝C_i(t)+Φ (3.5)

步骤六：本地时钟频偏的最优估计，假设本地时钟与主时钟之间由于频偏η的影响，时钟相偏单调递增，即频偏η不变，一次对时中对时信息共进行N次交换，其中第k次对时信息交换的T_2,k与T_3,k均为本地时钟的本地时间，与均为主时钟的本地时间，物理层处理延时为定值d，信息由主时钟到本地时钟的网络传输延时为随机变量X_k，信息由本地时钟到主时钟的网络传输延时为随机变量Y_k；选择T_1,1为参考时间，即T_1,1为主时钟实际本地时间的零时刻；则与分别为主时钟实际本地时间与的相对时间；表示在时刻的参考时钟相位偏移，其中Φ^r代表本地时钟的实际相偏；本地时钟接收到第k次对时信息时的相对观测时间为T_2,k，发送第k次对时信息时的相对观测时间为T_3,k，有：

T2,k=T1,kr+d+Xk+(T1,kr-T1,1r+d+Xk)·η+Φr=(T1,k+d+Xk)(1+η)+Φ---(3.1)]]>

有

同理有T_3,k＝(T_4,k-d-Y_k)(1+η)+Φ(3.2)

当网络传输延时对称性较好时，假设网络传输的往返平均延时α和β有α＝β，并且本地时钟相偏Φ已通过计算进行了补偿，同时物理层处理延时d由装置决定，为已知值，可以构建似然函数为

L(η,β)=β-2Ne-(Σk=1NT2,k-T3,k1+η-Σk=1N(x1,k-T4,k)-2Nd)β---(3.3)]]>

X_k>0与Y_k>0，可得定义域

由于d>0与1+η>0，可由定义域推得同时观察到式(3.3)中(T_2,k﹣T_3,k)总是负的，网络传输延时β>0，因此若要使似然函数L(η,β)有最大值，η的取值应尽量小；故η的最大似然估计值为其最小值，即

其中

步骤七：设本地时钟晶振固有频率为f，对其进行补偿后，实际频率f’为：

f’＝f×(1+η_min) (3.6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应算法的变电站网络对时方法，其特征在于：所述信息交换次数N设置为16。