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

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

京準(zhǔn)電子官V——ahjzsz

前言
近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)水平的提高，在各大計(jì)算機(jī)監(jiān)控
系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)故障錄波裝置以及各類數(shù)據(jù)管理機(jī)得到了
廣泛的應(yīng)用，而這些自動(dòng)裝置的配合工作需要有一個(gè)精確統(tǒng)一的時(shí)
間。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)
行監(jiān)控和事故后故障分析，也可以通過(guò)各保護(hù)動(dòng)作、開(kāi)關(guān)分合的先后
順序及準(zhǔn)確時(shí)間來(lái)分析事故的原因及過(guò)程，方便對(duì)運(yùn)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(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)
的時(shí)鐘頻率和相位同步，其誤差應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。目前，在通
信網(wǎng)中，頻率和相位同步問(wèn)題已經(jīng)基本解決，而時(shí)間的同步還沒(méi)有
得到很好的解決。時(shí)間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接
的各個(gè)應(yīng)用界面的時(shí)鐘的時(shí)刻和時(shí)間間隔與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）同步，
最起碼在一個(gè)局域或城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)要和北京時(shí)間同步。時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)是
保證時(shí)間同步的基礎(chǔ)，構(gòu)成時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)可以采取有線方式，也可
以采取無(wú)線方式。在這里我們主要介紹互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)及產(chǎn)品，
也就是通過(guò)支持NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。
時(shí)間的基本單位是秒，它是國(guó)際單位制（SI單位制）的七個(gè)基
本單位之一。1967年的國(guó)際計(jì)量大會(huì)（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(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍
遷所對(duì)應(yīng)輻射的9 192 631 770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”，即“原子
秒”（TAI）。現(xiàn)在常用的協(xié)調(diào)世界時(shí)實(shí)際上是經(jīng)過(guò)閏秒調(diào)整的原子
秒。
目前在國(guó)際基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)層面所使用的主要是銫原子鐘。中國(guó)
計(jì)量科學(xué)研究院建立的冷原子噴泉銫原子鐘其頻率復(fù)現(xiàn)性為5×10
－15，已接近國(guó)際先進(jìn)水平。其實(shí)，在應(yīng)用層面上并不需要國(guó)家基準(zhǔn)
這樣高的時(shí)間和頻率準(zhǔn)確度。不同的應(yīng)用對(duì)準(zhǔn)確度的要求是不同的，
表1列舉了一些典型的應(yīng)用對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確度的要求（應(yīng)用界面時(shí)間相
對(duì)于UTC時(shí)間的誤差）。
表1：一些典型的應(yīng)用對(duì)時(shí)間精度的應(yīng)用
應(yīng)用時(shí)間精度要
求
用于銀行、證券、股票和期貨交易的計(jì)算
機(jī)和服務(wù)器
1秒
電力線故障診斷1微秒
交換機(jī)及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)1秒
CDMA2000和TD-SCDMA 10毫秒
網(wǎng)管系統(tǒng)500毫秒
7號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1毫秒
二、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)
目前有多種時(shí)間同步技術(shù)，每一種技術(shù)都各有特點(diǎn)，不同技術(shù)的
時(shí)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(shí)間同步技術(shù)
時(shí)間同步技術(shù)準(zhǔn)確度覆蓋范圍
短波授時(shí)1～10毫秒全球
長(zhǎng)波授時(shí)1毫秒?yún)^(qū)域
GPS 5～500納秒全球
電話撥號(hào)授時(shí)100毫秒全球
互聯(lián)網(wǎng)授時(shí)（NTP） 1～50毫秒全球
SDH傳輸網(wǎng)授時(shí)100納秒長(zhǎng)途
1、 長(zhǎng)短波授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)
利用無(wú)線電信號(hào)授時(shí)已經(jīng)具有80多年的歷史，國(guó)際上長(zhǎng)波授
時(shí)主要使用羅蘭-C系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)發(fā)射臺(tái)設(shè)在沿海地區(qū)，主要用
于軍事和導(dǎo)航，尚不民用。
2、 電話撥號(hào)時(shí)間同步技術(shù)
電話撥號(hào)授時(shí)（ACTS）使用的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)主要用
于校準(zhǔn)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)間，同時(shí)不具備實(shí)時(shí)性。
3、 GPS時(shí)間同步技術(shù)
GPS時(shí)間同步技術(shù)是當(dāng)前較成熟并在國(guó)際上廣泛采用的時(shí)間同
步技術(shù)。目前國(guó)際上除了美國(guó)的GPS還有前蘇聯(lián)的GLANASS系
統(tǒng)和我國(guó)的“北斗”系統(tǒng)。GLANASS系統(tǒng)由于經(jīng)濟(jì)原因，健康
星的數(shù)量有限，穩(wěn)定性和可靠性無(wú)法保障。“北斗”系統(tǒng)尚未
民用，而且無(wú)法做到實(shí)時(shí)覆蓋。目前GPS屬于比較成熟可靠的
系統(tǒng)。
4、 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)
使用互聯(lián)網(wǎng)同步計(jì)算機(jī)的時(shí)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(shí)間協(xié)議
（NTP）嵌入到Windows XP系統(tǒng)中，只要計(jì)算機(jī)能聯(lián)網(wǎng)，就
能進(jìn)行局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)時(shí)間校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議
采用的是RFC 1350標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）采用
的是RFC 1769標(biāo)準(zhǔn)。NTP協(xié)議包含一個(gè)64bit的協(xié)調(diào)世界時(shí)
（UTC）時(shí)間戳，時(shí)間分辨率時(shí)200ps，并可以提供1~50ms的
時(shí)間精度（依賴網(wǎng)絡(luò)負(fù)載）。但實(shí)驗(yàn)表明這種技術(shù)在洲際間的
校準(zhǔn)精度只能達(dá)到幾百毫秒甚至只能達(dá)到秒的量級(jí)。所以，在
龐大的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)設(shè)立一級(jí)和二級(jí)時(shí)間服務(wù)器來(lái)解決精度的問(wèn)
題。
另外，還有兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的、低精度的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間協(xié)議：Time
協(xié)議（RFC868）和Daytime協(xié)議（RFC867），可以提供1s校
準(zhǔn)精度的廣域網(wǎng)時(shí)間同步。
三、GPS 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器
網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器是GPS時(shí)間同步技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)
的結(jié)合。采用19英寸1U機(jī)架式設(shè)計(jì)，內(nèi)置GPS接收機(jī)，以GPS衛(wèi)
星時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源，支持NTP協(xié)議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP
協(xié)議。能夠?yàn)榫钟蚓W(wǎng)內(nèi)成百上千的計(jì)算機(jī)、路由器等提供時(shí)間校準(zhǔn)。
下圖為GPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jí)網(wǎng)絡(luò)需要保持應(yīng)用界
面的時(shí)間同步。如果僅僅在省級(jí)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器那么
地市級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的客戶端由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等原因不能保證所需精度，那
么通過(guò)在地市級(jí)網(wǎng)絡(luò)中也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器就能解決這一問(wèn)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(shí)可以自動(dòng)補(bǔ)
償過(guò)來(lái)的；

審核編輯 黃宇