GPS標準時鐘系統(tǒng)（北斗子母鐘系統(tǒng)）設計構(gòu)造原理特點

GPS標準時鐘系統(tǒng)（北斗子母鐘系統(tǒng)）設計構(gòu)造原理特點

【摘要】時鐘系統(tǒng)是校園網(wǎng)絡中一個重要的精準計時系統(tǒng)，隨著網(wǎng)絡的普及，許多校園都建了自己的校園專網(wǎng)，使用的網(wǎng)絡設備和服務器也日益增多，這些設備都有自己的時鐘，而且是可以調(diào)節(jié)的。但是無法保證網(wǎng)絡中的所有設備和主機的時鐘是同步的，因為這些時鐘每天會產(chǎn)生數(shù)秒、甚至數(shù)分鐘的誤差。經(jīng)過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網(wǎng)絡環(huán)境下的應用中可能會引發(fā)意想不到的問題。

1、概述

隨著網(wǎng)絡的普及，許多校園都建了自己的校園專網(wǎng)，使用的網(wǎng)絡設備和服務器也日益增多，這些設備都有自己的時鐘，而且是可以調(diào)節(jié)的。但是無法保證網(wǎng)絡中的所有設備和主機的時鐘是同步的，因為這些時鐘每天會產(chǎn)生數(shù)秒、甚至數(shù)分鐘的誤差。經(jīng)過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網(wǎng)絡環(huán)境下的應用中可能會引發(fā)意想不到的問題。如在分布式計算環(huán)境中，由于每個主機時鐘不一致，會造成同一操作在不同主機的記錄時間不一致，將導致服務無法正常地進行。隨著各種網(wǎng)絡應用的不斷發(fā)展，對時鐘的要求也越來越高，否則會引發(fā)許多的問題。

校園由教室、辦公室、圖書館等場所組成，各個場所時鐘信息不一致，師生工作無法協(xié)同達到最高效率，平時工作中可能影響不大，但在關鍵考試時因時鐘不一致，導致學生無法考出真實水平，教師的教學成績就無法評估，這就影響大了。

2、系統(tǒng)設備構(gòu)成

網(wǎng)絡時鐘系統(tǒng)由衛(wèi)星信號接收天線、NTP衛(wèi)星時鐘服務器（NTP網(wǎng)絡母鐘）、網(wǎng)絡交換機、NTP網(wǎng)絡子鐘、傳輸通道（網(wǎng)線）、管理軟件等組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2.1 衛(wèi)星信號接收天線

衛(wèi)星信號接收天線由衛(wèi)星蘑菇頭和適當長度天線組成，可向衛(wèi)星時鐘服務器（網(wǎng)絡母鐘）提供衛(wèi)星實時同步信號。

2.2 衛(wèi)星時鐘服務器（網(wǎng)絡母鐘）

時鐘系統(tǒng)中的衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘為雙機備份裝置，其中一個作為系統(tǒng)時間信號的主要來源，另一個作為整個時鐘系統(tǒng)的設備備份，以備緊急故障時使用。衛(wèi)星母鐘LCD顯示屏上可顯示年、月、日、時、分、秒時間信息和當前的GPS北斗衛(wèi)星顆數(shù)。時鐘系統(tǒng)由2臺高穩(wěn)衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘、衛(wèi)星接收天線、天線支架、客戶端軟件等構(gòu)成；

衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘的多路網(wǎng)口可向教室和辦公室數(shù)字NTP網(wǎng)絡子鐘，也可同時向校園廣播系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、智慧教室系統(tǒng)、智慧圖書館系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、校園信息管理系統(tǒng)等其他各個子系統(tǒng)的服務器監(jiān)控主機提供標準時間信號。

2.3 NTP網(wǎng)絡子鐘

網(wǎng)絡子鐘（即時間同步顯示屏）安裝于教室或辦公室、圖書館、走道、安防監(jiān)控室等需要顯示時間的各重要場所。

網(wǎng)絡子鐘采用數(shù)字式?？娠@示時分、時分秒、年月日星期時分秒，可根據(jù)現(xiàn)場實際需求訂購，網(wǎng)絡子鐘自動發(fā)送時間同步信號請求，衛(wèi)星時鐘服務器（網(wǎng)絡母鐘）接收到子鐘請求后自動響應并實現(xiàn)時間同步工作。

網(wǎng)絡子鐘采用磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；超薄金屬外殼設計，靜電噴塑；年月日星期漢字自發(fā)光且與數(shù)字渾然一體。

2.4 傳輸通道

衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘與NTP網(wǎng)絡子鐘之間的傳輸通道可采用五類、六類網(wǎng)線進行管理通訊線，所有的設備均采用標準RJ45網(wǎng)口。

2.5 管理軟件

管理軟件可安裝在一臺高性能計算機上，通過網(wǎng)絡傳輸通道，實時監(jiān)控時鐘系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

管理軟件可查看本時鐘系統(tǒng)內(nèi)任何一臺網(wǎng)絡子鐘的運行狀況，可以對本時鐘系統(tǒng)內(nèi)任何一臺網(wǎng)絡子鐘進行必要的操作（校對、停止、復位、追時、時間設置等）。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可準確記錄故障時間和故障部位，能方便地查看維護提供準確數(shù)據(jù)等。

3、系統(tǒng)功能

時鐘系統(tǒng)基本功能如下:

3.1 同步校對

系統(tǒng)通過衛(wèi)星信號接收天線不間斷接收GPS/北斗衛(wèi)星發(fā)送的時間碼及其相關代碼，并對接收到的數(shù)據(jù)進行分析，判斷這些數(shù)據(jù)是否真實可靠。如果數(shù)據(jù)可靠即被衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘采用，如果數(shù)據(jù)不可靠便放棄，下次繼續(xù)接收。

網(wǎng)絡子鐘是個獨立的顯示單元，可以脫離衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘單獨運行，同時又能主動請求衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘的標準時間信息，網(wǎng)絡母鐘對其實時校對。為了確保接收到的信息是真實的、可靠的，網(wǎng)絡母鐘對接收到的請求信息進行嚴格分析、判斷，排除干擾信息。

3.2 時間顯示及調(diào)整

數(shù)字式網(wǎng)絡子鐘時間采用“時分；時分秒；年月日星期”可選模式，調(diào)整時間時，網(wǎng)絡子鐘發(fā)出校準請求，衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘接收到請求后立即將精準時間信息發(fā)送出去對子鐘時間進行調(diào)整。

3.3 為其他系統(tǒng)提供時間信號

衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘設有四路NTP網(wǎng)絡接口（RJ45）,且每路網(wǎng)口具有獨立MAC地址相互物理隔離互不影響工作，能夠時刻準備為校園網(wǎng)絡及其他各個子系統(tǒng)提供時間同步信號。主要系統(tǒng)包括：廣播系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、智慧教室系統(tǒng)、智慧圖書館系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、校園信息管理系統(tǒng)、校園機房服務器等。

3.4 系統(tǒng)監(jiān)測功能

在控制中心設置對時鐘系統(tǒng)進行管理監(jiān)測計算機系統(tǒng)，具有自診斷功能，可進行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等。

中心內(nèi)管理計算機能夠檢測到子鐘設備的運行狀態(tài)信息，且對檢測到的故障狀態(tài)進行顯示，能實時、詳細地反應系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的狀態(tài)，并能對全系統(tǒng)時鐘進行點對點的控制（復位、停止、校對、追時等）。

系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠發(fā)出聲光報警，指示故障部位，對故障告警做同步傳輸，提供給值班室的工作人員，并進行故障記錄和打印等工作。

3.5 系統(tǒng)可擴展性

系統(tǒng)擴容時，中心的網(wǎng)絡母鐘可通過擴展設備對需求實時進行擴展，方便各個站點網(wǎng)絡子鐘的增設工作。

3.6 集散控制

系統(tǒng)采用集散控制功能，即分布式系統(tǒng)，中心網(wǎng)絡母鐘、網(wǎng)絡子鐘相互之間通過五類六類屏蔽網(wǎng)線方式連接，在整個系統(tǒng)中相對獨立，任何一部分發(fā)生故障都不會影響整個系統(tǒng)的運行。

4、系統(tǒng)配置原則

校園由教室、辦公室、圖書館、弱電安防控制室等場所組成。

時鐘安裝方式及大小可根據(jù)安裝位置確定，我司推薦衛(wèi)星網(wǎng)絡母鐘、各個子鐘的尺寸及顯示內(nèi)容、安裝位置參考建議配置表：

5、系統(tǒng)總結(jié)

時鐘系統(tǒng)不僅方便企事業(yè)單位的精準計時，更能為他們大大提升工作效率，效率的提高意味著社會公共服務的改善，而企事業(yè)單位對時間的強烈關注，正是他們服務和效率意識的見證。

隨著各單位大數(shù)據(jù)建立，網(wǎng)絡設備與服務器數(shù)量不斷增加。網(wǎng)絡管理員在查看眾多網(wǎng)絡設備日志時，往往發(fā)現(xiàn)時間不一，即使手工設置時間，也會出現(xiàn)因時區(qū)或夏令時等因素造成時間誤差；有些二層交換機重啟后，時鐘會還原到初始值，需要重新設置時間。對于核心網(wǎng)絡設備和重要應用服務器而言，它們之間有時需要協(xié)同工作，因此時間的統(tǒng)一準確性、可靠性顯得尤為重要。

同時時鐘系統(tǒng)具有業(yè)界領先的環(huán)保性能，引領了都市綠色辦公風潮。隨著現(xiàn)代人生活節(jié)奏的不斷加快，網(wǎng)絡化的普及，對時間精準度的需求也是越來越高，尤其是當前的機場、鐵路（地鐵和火車站）、醫(yī)院、學校、政府機關、企事業(yè)單位等正好迎合了他們的需求，為他們解決實實在在的問題。

審核編輯 黃宇