GPS北斗衛(wèi)星校時服務(wù)器（NTP服務(wù)器）助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更精準

GPS北斗衛(wèi)星校時服務(wù)器（NTP服務(wù)器）助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更精準

京準電子官V——ahjzsz

前言
近幾年來，隨著計算機自動化系統(tǒng)水平的提高，在各大計算機監(jiān)控
系統(tǒng)、微機保護裝置、微機故障錄波裝置以及各類數(shù)據(jù)管理機得到了
廣泛的應(yīng)用，而這些自動裝置的配合工作需要有一個精確統(tǒng)一的時
間。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，既可實現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時間基準下的運
行監(jiān)控和事故后故障分析，也可以通過各保護動作、開關(guān)分合的先后
順序及準確時間來分析事故的原因及過程，方便對運行中出現(xiàn)的各
種事件的分析和追溯，提高了系統(tǒng)的自動化水平。
一、概述
在通信領(lǐng)域，“同步”概念是指頻率的同步，即網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點
的時鐘頻率和相位同步，其誤差應(yīng)符合相關(guān)標準的規(guī)定。目前，在通
信網(wǎng)中，頻率和相位同步問題已經(jīng)基本解決，而時間的同步還沒有
得到很好的解決。時間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點時鐘以及通過網(wǎng)絡(luò)連接
的各個應(yīng)用界面的時鐘的時刻和時間間隔與協(xié)調(diào)世界時（UTC）同步，
最起碼在一個局域或城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)要和北京時間同步。時間同步網(wǎng)絡(luò)是
保證時間同步的基礎(chǔ)，構(gòu)成時間同步網(wǎng)絡(luò)可以采取有線方式，也可
以采取無線方式。在這里我們主要介紹互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)及產(chǎn)品，
也就是通過支持NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間同步。
時間的基本單位是秒，它是國際單位制（SI單位制）的七個基
本單位之一。1967年的國際計量大會（CGDM）給出了新的秒定義：
“秒是銫133（133Cs）原子在0K溫度基態(tài)的兩個超精細能級之間躍
遷所對應(yīng)輻射的9 192 631 770個周期所持續(xù)的時間”，即“原子
秒”（TAI）?，F(xiàn)在常用的協(xié)調(diào)世界時實際上是經(jīng)過閏秒調(diào)整的原子
秒。
目前在國際基準和國家基準層面所使用的主要是銫原子鐘。中國
計量科學研究院建立的冷原子噴泉銫原子鐘其頻率復現(xiàn)性為5×10
－15，已接近國際先進水平。其實，在應(yīng)用層面上并不需要國家基準
這樣高的時間和頻率準確度。不同的應(yīng)用對準確度的要求是不同的，
表1列舉了一些典型的應(yīng)用對時間準確度的要求（應(yīng)用界面時間相
對于UTC時間的誤差）。
表1：一些典型的應(yīng)用對時間精度的應(yīng)用
應(yīng)用時間精度要
求
用于銀行、證券、股票和期貨交易的計算
機和服務(wù)器
1秒
電力線故障診斷1微秒
交換機及計費系統(tǒng)1秒
CDMA2000和TD-SCDMA 10毫秒
網(wǎng)管系統(tǒng)500毫秒
7號信令監(jiān)測系統(tǒng)1毫秒
二、網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)
目前有多種時間同步技術(shù)，每一種技術(shù)都各有特點，不同技術(shù)的
時間同步精度也存在較大的差異，如表2所示：
表2：各種常用的時間同步技術(shù)
時間同步技術(shù)準確度覆蓋范圍
短波授時1～10毫秒全球
長波授時1毫秒?yún)^(qū)域
GPS 5～500納秒全球
電話撥號授時100毫秒全球
互聯(lián)網(wǎng)授時（NTP） 1～50毫秒全球
SDH傳輸網(wǎng)授時100納秒長途
1、 長短波授時時間同步技術(shù)
利用無線電信號授時已經(jīng)具有80多年的歷史，國際上長波授
時主要使用羅蘭-C系統(tǒng)，國內(nèi)發(fā)射臺設(shè)在沿海地區(qū)，主要用
于軍事和導航，尚不民用。
2、 電話撥號時間同步技術(shù)
電話撥號授時（ACTS）使用的設(shè)備相對簡單，只需電話線、模
擬調(diào)制解調(diào)器、PC及客戶端軟件即可。目前這種計算機主要用
于校準家庭個人計算機時間，同時不具備實時性。
3、 GPS時間同步技術(shù)
GPS時間同步技術(shù)是當前較成熟并在國際上廣泛采用的時間同
步技術(shù)。目前國際上除了美國的GPS還有前蘇聯(lián)的GLANASS系
統(tǒng)和我國的“北斗”系統(tǒng)。GLANASS系統(tǒng)由于經(jīng)濟原因，健康
星的數(shù)量有限，穩(wěn)定性和可靠性無法保障?！氨倍贰毕到y(tǒng)尚未
民用，而且無法做到實時覆蓋。目前GPS屬于比較成熟可靠的
系統(tǒng)。
4、 互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)
使用互聯(lián)網(wǎng)同步計算機的時間是十分方便的，目前這種方式
在局域網(wǎng)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。微軟公司已將網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議
（NTP）嵌入到Windows XP系統(tǒng)中，只要計算機能聯(lián)網(wǎng)，就
能進行局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的計算機時間校準。標準的NTP協(xié)議
采用的是RFC 1350標準，簡化的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）采用
的是RFC 1769標準。NTP協(xié)議包含一個64bit的協(xié)調(diào)世界時
（UTC）時間戳，時間分辨率時200ps，并可以提供1~50ms的
時間精度（依賴網(wǎng)絡(luò)負載）。但實驗表明這種技術(shù)在洲際間的
校準精度只能達到幾百毫秒甚至只能達到秒的量級。所以，在
龐大的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)設(shè)立一級和二級時間服務(wù)器來解決精度的問
題。
另外，還有兩個相對簡單的、低精度的互聯(lián)網(wǎng)時間協(xié)議：Time
協(xié)議（RFC868）和Daytime協(xié)議（RFC867），可以提供1s校
準精度的廣域網(wǎng)時間同步。
三、GPS 網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器
網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器是GPS時間同步技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)
的結(jié)合。采用19英寸1U機架式設(shè)計，內(nèi)置GPS接收機，以GPS衛(wèi)
星時間為標準時間源，支持NTP協(xié)議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP
協(xié)議。能夠為局域網(wǎng)內(nèi)成百上千的計算機、路由器等提供時間校準。
下圖為GPS網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器的應(yīng)用方案：
在上面的方案中，從省中心網(wǎng)絡(luò)到各地市級網(wǎng)絡(luò)需要保持應(yīng)用界
面的時間同步。如果僅僅在省級網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器那么
地市級網(wǎng)絡(luò)中的客戶端由于網(wǎng)絡(luò)延時等原因不能保證所需精度，那
么通過在地市級網(wǎng)絡(luò)中也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器就能解決這一問題，
但是如果網(wǎng)絡(luò)條件較好的情況下，這種誤差NTP協(xié)議時可以自動補
償過來的；

審核編輯 黃宇