在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，時間同步是保障數(shù)據(jù)一致性、日志準(zhǔn)確性和系統(tǒng)協(xié)同工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，許多用戶在實際應(yīng)用中常常遭遇時間偏差、同步失敗等問題。本文將帶您輕松入門時間同步技術(shù)，系統(tǒng)梳理常見問題，并提供實用的解決方案，助您快速掌握這一基礎(chǔ)而重要的技能。

一、什么是時間同步？

在 LuatOS 開發(fā)中，時間同步是指通過專用硬件模塊或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將蜂窩模組的本地時鐘校準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn) UTC 時間（或指定時區(qū)時間），使單個模組時鐘長期準(zhǔn)確，或多個模組 / 云端的時間戳誤差控制在可接受范圍的技術(shù)過程。

二、為什么需要時間同步

每個設(shè)備都有自己的本地時鐘（如單片機的 RTC 模塊、服務(wù)器的系統(tǒng)時鐘），受硬件精度、溫度變化、電壓波動等影響，本地時鐘會產(chǎn)生漂移（即時間走快或走慢）：

1、模組默認(rèn)時間非常不準(zhǔn)確：

模組默認(rèn)本地時間是 2000-01-01 08:00:00；

模組默認(rèn) UTC 時間是 2000-01-01 00:00:00，所以需要時間同步來校準(zhǔn)。

2、即使已經(jīng)做過時間同步，模組時鐘在運行過程中也會出現(xiàn)微小的誤差，低功耗模式、psm+ 模式下都會有誤差(誤差測試數(shù)據(jù)見本文第六章)，所以實際項目中休眠喚醒以后也會需要再次時間同步。

3、實際的項目開發(fā)中也需要準(zhǔn)確的時間。

時間同步的核心目標(biāo)，就是通過特定機制校準(zhǔn)這些漂移的時鐘，使多設(shè)備的時間基準(zhǔn)統(tǒng)一，時間同步是很多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，嵌入式設(shè)備穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，核心必要性體現(xiàn)在以下 幾個場景：

數(shù)據(jù)采集與時序?qū)R

在物聯(lián)網(wǎng)場景中，多個傳感器 / 設(shè)備會向主控平臺上報數(shù)據(jù)。如果沒有統(tǒng)一時間戳，無法判斷數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序。例如：合宙 4G 模組采集的溫濕度數(shù)據(jù)，若時間不同步，分析時會混淆 “溫度升高” 和 “設(shè)備負(fù)載增加” 的因果關(guān)系。

多設(shè)備協(xié)同控制

分布式系統(tǒng)或工業(yè)控制場景中，設(shè)備需要按統(tǒng)一時間執(zhí)行動作。例如：智能電網(wǎng)的多臺斷路器需同步跳閘、流水線的多臺電機需同步啟停，時間不同步會導(dǎo)致動作錯亂，引發(fā)設(shè)備故障或生產(chǎn)事故。

日志溯源與故障排查

嵌入式或服務(wù)器系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，需要通過多設(shè)備的日志定位根因。如果日志時間戳不統(tǒng)一，無法還原故障發(fā)生的完整時序。例如：合宙模組的網(wǎng)絡(luò)通信日志、若時間差過大，無法判斷是 “模組網(wǎng)絡(luò)斷開” 先發(fā)生，還是 “主控應(yīng)用崩潰” 先發(fā)生。

安全認(rèn)證與事務(wù)一致性

金融支付、身份認(rèn)證等場景中，時間戳是防篡改、防重放攻擊的關(guān)鍵。例如：一筆支付請求的時間戳若與服務(wù)器時間偏差過大，會被判定為非法請求；分布式數(shù)據(jù)庫的事務(wù)提交，需要統(tǒng)一時間戳保證數(shù)據(jù)一致性。

三、時間同步的五種方法

3.1 NTP 時間同步

基于socket核心庫https://docs.openluat.com/osapi/core/socket/

原理：通過網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）向 NTP 服務(wù)器（如阿里云、騰訊云服務(wù)器）請求時間，模組訪問這些免費公共的 NTP 服務(wù)器，獲取 NTP 服務(wù)器返回時間。

開關(guān)控制和觸發(fā)條件 核心接口為 socket.sntp()。 調(diào)用一次 socket.sntp() ， 模組就主動去網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器同步一次時間，同步成功后，發(fā)送系統(tǒng)消息 NTP_UPDATE，NTP_UPDATE 的回調(diào)參數(shù) tp 返回 1 表示是基站時間同步,返回 0 表示是 NTP 時間同步; 如果沒有調(diào)用 socket.sntp()的話，就不會去同步網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的時間。 時間同步成功后，調(diào)用 rtc.get()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）獲取當(dāng)前系統(tǒng)實時時鐘的時間， 調(diào)用 os.time()（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間表轉(zhuǎn)換為時間戳。 使用 os.date(fmt, time)（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串或時間表

代碼實現(xiàn)邏輯

同步結(jié)果NTP 時間一旦同步成功，是否準(zhǔn)確取決于 NTP 服務(wù)器是否有 bug 導(dǎo)致返回錯誤的時間

優(yōu)點：

精度較高（秒級），網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時可靠；

支持多服務(wù)器，自動切換失敗的服務(wù)器；

適用于有網(wǎng)絡(luò)連接的場景，配置簡單。

缺點：

依賴網(wǎng)絡(luò)連接，無網(wǎng)絡(luò)時失效；

受網(wǎng)絡(luò)延遲影響（首次同步可能有 10~500ms 偏差，二次同步后精度提升）；

可能受 DNS 解析、NTP 服務(wù)器響應(yīng)超時影響。

適用場景：有穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備（如物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)監(jiān)控設(shè)備），需定期同步時間的場景。

3.2 基站時間同步

基于 mobile 核心庫https://docs.openluat.com/osapi/core/mobile/

原理：運營商提供的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站會下發(fā)時間，模組通過基站信號來獲取時間。

開關(guān)控制和觸發(fā)條件核心接口 mobile.syncTime()。 默認(rèn)是開啟基站時間同步功能，由模組底層自動處理，成功同步時間會發(fā)送系統(tǒng)消息 NTP_UPDATE，NTP_UPDATE 的回調(diào)參數(shù) tp 返回 1 表示是基站時間同步,返回 0 表示是 NTP 時間同步。 使用 mobile.syncTime(false)關(guān)閉基站時間同步。 時間同步成功后，調(diào)用 rtc.get()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）獲取當(dāng)前系統(tǒng)實時時鐘的時間， 調(diào)用 os.time()（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間表轉(zhuǎn)換為時間戳。 使用 os.date(fmt, time)（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串或時間表

代碼實現(xiàn)邏輯

同步結(jié)果無基站信號、模組注冊網(wǎng)絡(luò)失敗等因素會導(dǎo)致時間同步失敗。一旦時間同步成功，時間是否正確，取決于基站時鐘偏差，根據(jù)歷史經(jīng)驗來看，出錯的概率是極低的，且偏差量級嚴(yán)格受控于電信級同步體系。 當(dāng)基站時間同步出錯，如果是基站出問題，需要找運營商來解決。

優(yōu)點：

開啟后會自動不定期的同步基站時間，模組應(yīng)用程序不關(guān)心也不控制同步的時機

無需額外配置，有網(wǎng)絡(luò)信號即可；

適用于無 GNSS 信號但有移動網(wǎng)絡(luò)的場景，如城市高樓區(qū)域。

缺點：

精度秒級，受基站時鐘偏差影響；

依賴基站信號，偏遠(yuǎn)地區(qū)可能信號弱或無信號；

不同運營商基站時間可能存在微小偏差。

僅支持移動 / 電信卡，部分聯(lián)通卡沒有基站授時；

適用場景：依賴蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，作為 GNSS 和 NTP 的補充。

3.3 自建服務(wù)器時間同步

原理：自建服務(wù)器下發(fā)時間，解析后手動同步系統(tǒng)時間。

開關(guān)控制和觸發(fā)條件

業(yè)務(wù)服務(wù)器下發(fā)時間參數(shù)，調(diào)用 rtc.set()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）設(shè)置 RTC 時鐘的時間

時間同步成功后，調(diào)用 rtc.get()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）獲取當(dāng)前系統(tǒng)實時時鐘的時間，

調(diào)用 os.time()（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間表轉(zhuǎn)換為時間戳。

使用 os.date(fmt, time)（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串或時間表

代碼實現(xiàn)邏輯

同步結(jié)果

同步的時間是否準(zhǔn)確取決于服務(wù)器時間本身。

優(yōu)點：

時間與業(yè)務(wù)服務(wù)器強綁定，確保業(yè)務(wù)邏輯時間一致性；

服務(wù)器可控，客戶可自行保證服務(wù)器時間準(zhǔn)確性。

缺點：

精度依賴業(yè)務(wù)服務(wù)器時間精度和網(wǎng)絡(luò)延遲；

依賴服務(wù)器可用性和網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器故障則同步失?。?/p>

需自定義請求和解析邏輯。

適用場景：業(yè)務(wù)對時間統(tǒng)一性要求高的場景，如交易系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上報需與服務(wù)器時間對齊。

3.4 GNSS 時間同步

基于 exgnss 擴展庫 https://docs.openluat.com/osapi/ext/exgnss/

原理：通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（如 GPS、北斗等）獲取時間。

開關(guān)控制和觸發(fā)條件

使用 exgnss.rmc()接口，獲取獲取 RMC 的信息，包含時間信息。

調(diào)用 rtc.set()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）設(shè)置 RTC 時鐘的時間

調(diào)用 os.time()（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間表轉(zhuǎn)換為時間戳。使用 os.date(fmt, time)（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串或時間表

代碼實現(xiàn)邏輯

同步結(jié)果依賴 GNSS 信號，僅在 GNSS 模塊搜星成功后返回有效數(shù)據(jù)，搜星未成功前的，即使顯示了時間，也不是可靠時間，室內(nèi)、遮擋嚴(yán)重（如隧道、地下室）場景下會獲取時間失敗。成功獲取的時間是否準(zhǔn)確，取決于輸出的衛(wèi)星有效時間是否正確，根據(jù)歷史經(jīng)驗來看，出錯的概率可忽略不計，截止到 2026 年，在合宙支持客戶的 10 幾年中，僅 2018 年遇見過某一款國外的 GNSS 芯片，出現(xiàn) GNSS 時間同步錯誤，合宙出貨的模組暫未遇見過 GNSS 時間同步出錯的情況。 當(dāng) GNSS 時間同步出錯，如果是 GNSS 芯片軟件或者 GNSS 芯片服務(wù)出現(xiàn)問題，需要找 GNSS 芯片服務(wù)器商解決

優(yōu)點：

精度高，時間源為衛(wèi)星，全球統(tǒng)一且可靠；

無需依賴網(wǎng)絡(luò)或基站，獨立工作。

缺點：

依賴衛(wèi)星信號，室內(nèi)、地下、高樓遮擋等場景可能定位失敗（無法同步）；

啟動需一定時間（首次定位可能耗時數(shù)秒至數(shù)十秒）；

硬件需支持 GNSS 模塊。

適用場景：戶外開闊區(qū)域（如車輛、船舶、無人機）、對時間精度要求極高的場景（如軌跡記錄、精準(zhǔn)計時）。

3.5 SMS 時間同步（不到萬不得已，不要使用，誤差太大）

（基于sms核心庫https://docs.openluat.com/osapi/core/sms/）

原理：通過接收包含時間信息的短信，解析內(nèi)容后手動同步系統(tǒng)時間，此時間是 sms 發(fā)送者將 sms 傳輸?shù)交镜臅r間，需自定義解析邏輯。

開關(guān)控制和觸發(fā)條件用 sms.send()接口，可以發(fā)送任意查詢指令給運營商，比如 sms.send("10001", "102")，給電信運營商發(fā)送查詢話費的短信，當(dāng)模組收到運營商返回的短信時，會發(fā)布系統(tǒng)消息"SMS_INC"，開發(fā)者可以通過"SMS_INC"攜帶的時間參數(shù)表 metas 手動同步系統(tǒng)時鐘。 此方式收發(fā)短信雙向免費。 獲取時間后，調(diào)用 rtc.set()（https://docs.openluat.com/osapi/core/rtc/）設(shè)置 RTC 時鐘的時間；調(diào)用 os.time()（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間表轉(zhuǎn)換為時間戳；調(diào)用 os.date(fmt, time)（https://docs.openluat.com/osapi/core/os/）將時間轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串或時間表

代碼實現(xiàn)邏輯

同步結(jié)果通過解析收到的運營商短信，來獲取到運營商發(fā)出短信的時間，依賴短信發(fā)送和接收，延遲可能達分鐘級。所以時間同步是否正確，取決于發(fā)送和接收短信的延遲程度，此種方式獲取到的時間出錯概率較大。 如果短消息服務(wù)器中心出問題導(dǎo)致無法收取短信，需要找運營商解決。

優(yōu)點：

適用于網(wǎng)絡(luò)和 GNSS 信號均差但能接收短信的場景，如偏遠(yuǎn)地區(qū)；

無需主動聯(lián)網(wǎng)，被動接收即可。

缺點：

實時性差，依賴短信發(fā)送和接收延遲，可能達分鐘級；

需手動解析短信內(nèi)容，易受短信格式錯誤、亂碼影響；

依賴短信功能正常

適用場景：緊急情況下的時間校準(zhǔn)，如 GNSS 失效時的備用方案，極端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（僅能收發(fā)短信）、低頻次同步需求的設(shè)備。

四、僅啟用一種還是同時啟用多種？

4.1 僅啟用一種時間同步

優(yōu)點是，實現(xiàn)簡單、資源消耗低、無需處理多源沖突；

缺點是，單點依賴，該方式失效時時間無法同步。任何時間同步都有可能出錯，時間同步的任何單元節(jié)點都有可能出bug；出bug是不可避免的，即使之前沒出現(xiàn)過，也并不代表以后不會出現(xiàn)。

4.2 同時啟用多種時間同步

優(yōu)點是，冗余備份，一種方式失效時自動切換到其他方式；缺點是，實現(xiàn)復(fù)雜，需處理時間源優(yōu)先級和沖突，如多源時間不一致時以哪個為準(zhǔn)；且很容易出現(xiàn)的問題是：第一種時間同步和第二種時間同步的時間本身存在誤差， 例如 NTP 服務(wù)器的時間比基站的時間慢 5 秒，這樣就會出現(xiàn)基站先同步，NTP 后同步，假設(shè)在實際時間 12:00:00，基站同步時間成功，此時模組的時間為 12:00:00，過了 3 秒后，模組的時間為 12:00:03，此時 NTP 時間同步成功，會將模組時間同步為 11:59:58，模組時間就出現(xiàn)了跳變；在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，可能出現(xiàn)忽前忽后的跳變。

所以啟用一種還是多種時間同步，取決于項目業(yè)務(wù)邏輯對時間的容錯要求。

五、項目開發(fā)中如何選擇時間同步方法

5.1 如果項目業(yè)務(wù)要求必須要有正確的時間

時間同步如果是受限于模組或者用戶自己的服務(wù)器之外的其他節(jié)點，時間同步出錯時解決的時效性是不可控制的;

如果項目要求時間必須準(zhǔn)確，且時間同步出錯之后可以得到及時解決，推薦僅僅使用自建服務(wù)器進行時間同步，并且這個服務(wù)器就是項目業(yè)務(wù)服務(wù)器，當(dāng)模組和服務(wù)器建立連接后，服務(wù)器首先下發(fā)時間給模組，這樣模組在和業(yè)務(wù)服務(wù)器進行其他業(yè)務(wù)交互時，就能保證時間的正確性。如果出問題，我們和用戶雙方也可以及時溝通解決。

5.2 其他應(yīng)用場景

推薦多種方法并用，在用戶腳本可以控制是否將獲取到的時間同步到模組的方法（自建服務(wù)器，GNSS）中，可以根據(jù)項目需求，設(shè)置一個誤差閾值來決定是否更新時間，這樣可以大大降低時間跳變的概率。

六、不同模式下時鐘誤差

模組時鐘在運行過程中的誤差實測

測試硬件：Air780EHM

常規(guī)模式：無誤差

低功耗模式：暫無數(shù)據(jù)

psm+ 模式 ：

時間差距和休眠時間有關(guān)系，也和內(nèi)部/外部晶振有關(guān)系，和休眠時間成非線性關(guān)系，整體來說，休眠時間越長，時鐘偏差越大。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇