京準(zhǔn)電鐘｜基于納秒級的GPS北斗衛(wèi)星授時服務(wù)器

你有沒有思考過這樣一個問題：火車站內(nèi)，熙熙攘攘，旅客排隊進(jìn)站、列車?？堪l(fā)車，一切井然有序。一旦有個別時間出現(xiàn)錯誤，便會造成運行混亂——這些時鐘如何能做到精準(zhǔn)統(tǒng)一、不差分毫？

答案便是車站里的“時間管理大師”——時間同步系統(tǒng)。這是一種能接收外部衛(wèi)星時間基準(zhǔn)信號，并按照要求的時間精度向外輸出時間同步信號和時間信息的系統(tǒng)，通俗來講，它能使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備時鐘對準(zhǔn)并同步一致。

它的應(yīng)用場景也十分廣泛，金融、電力、交通、醫(yī)療等各行各業(yè)平穩(wěn)運行，都離不開它的精準(zhǔn)同步。然而這個保障國家重要領(lǐng)域安全運行的技術(shù)，曾長期被國外壟斷。

“時間”必須掌握在中國人自己手里

京準(zhǔn)電子對時間同步行業(yè)的發(fā)展有著清醒的認(rèn)識，我們明白只有經(jīng)過不懈的努力，使我國時間同步的質(zhì)量和水平并身國際先進(jìn)行列。但在高端細(xì)分領(lǐng)域尤其是電子信息技術(shù)主導(dǎo)的技術(shù)用鐘領(lǐng)域，仍嚴(yán)重落后于國外同行。金融、電力、核電等重要領(lǐng)域的授時系統(tǒng)仍被國外品牌所壟斷，從經(jīng)濟運行、國家安全角度講，存在一定“隱患”。“換句話說，我們沒有自己的‘時間’，這是很被動的事情。”自此，“一定要把‘時間’牢牢掌握在中國人自己手里！”就萌生在安徽京準(zhǔn)人的心里。

懷揣著讓時間同步領(lǐng)先世界的夢想和追求，開啟了我們的創(chuàng)業(yè)之路。在國外技術(shù)封鎖、無經(jīng)驗可借鑒的情況下，團(tuán)隊經(jīng)歷了無數(shù)次失敗，歷時5年多，終于研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“時間同步系統(tǒng)”。后來，京準(zhǔn)時鐘成功助力港珠澳大橋、葛洲壩、都江堰、中石油、中石化、北京市公安局等國家重點項目時鐘同步工作，打破了國外壟斷。

時間同步系統(tǒng)的研發(fā)難度，主要體現(xiàn)在精確性和同步性兩方面。“時間信號在傳遞過程中會有丟失和延遲?！睘榱俗畲蟪潭壬舷@種誤差，技術(shù)團(tuán)隊發(fā)明了一種時間推后補償?shù)募夹g(shù)，通過核心算法，能夠?qū)⒄`差控制在納秒級別，比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高出1000倍，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流水平。

網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議NTP協(xié)議屬于應(yīng)用層協(xié)議，是用于在分布式時間服務(wù)器和客戶端之間進(jìn)行時間同步的，它定義了協(xié)議實現(xiàn)過程中所使用的結(jié)構(gòu)、算法、實體和協(xié)議。NTP協(xié)議是基于IP和UDP的，也可以被其它協(xié)議組使用。NTP是從時間協(xié)議（TIME PROTOCOL）和ICMP 時間戳報文（ICMP TIMESTAMP MESSAGE）演變而來，主要是從準(zhǔn)確性和強壯性方面進(jìn)行了特殊的設(shè)計。

NTP的優(yōu)點：

è 采用分層的方法來定義時鐘的準(zhǔn)確性，可以迅速同步網(wǎng)絡(luò)中各臺設(shè)備的時間。

è 支持訪問控制和MD5驗證。

è 可以選擇采用單播、廣播或組播發(fā)送協(xié)議報文。

IEEE1588（PTP）協(xié)議借鑒了NTP技術(shù)，具有容易配置、快速收斂以及對網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點。IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的全稱是“網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，簡稱PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的時鐘進(jìn)行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，IEEE 1588PTP時鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

IEEE1588將整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時鐘分為兩種，即普通時鐘（Ordinary Clock，OC）和邊界時鐘（Boundary Clock，BC），只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘，有一個以上PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每個PTP端口提供獨立的PTP通信。其中，邊界時鐘通常用在確定性較差的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機和路由器）上。從通信關(guān)系上又可把時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實現(xiàn)主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網(wǎng)內(nèi)只能有一個主時鐘。整個系統(tǒng)中的最優(yōu)時鐘為最高級時鐘GMC（Grandmaster Clock），有著最好的穩(wěn)定性、精確性、確定性等。根據(jù)各節(jié)點上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時間）的可追溯性等特性，由最佳主時鐘算法（Best Master Clock）來自動選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時鐘；在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。每個系統(tǒng)只有一個GMC，且每個子網(wǎng)內(nèi)只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步；

無論從NTP還是PTP協(xié)議入手，都是希望建立起系統(tǒng)時間同步網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)度，并將時間同步的服務(wù)端和客戶端封裝為獨立的類庫，以實現(xiàn)與各種現(xiàn)有系統(tǒng)的裝配。與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行集成裝配的應(yīng)用表明，基于NTP的時間同步網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實現(xiàn)時間同步的有效辦法。PTP依靠它自身強大的精度實現(xiàn)更高速的精準(zhǔn)同步，使整個系統(tǒng)進(jìn)行校時的辦法。不管哪一種同步方式，目的只有一個就是讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時鐘更精準(zhǔn)、更可靠，更穩(wěn)定。

審核編輯 黃宇