計算機網絡時間同步（NTP網絡授時）應用方案

前言

近幾年來，隨著計算機自動化系統水平的提高，在各大計算機監控系統、微機保護裝置、微機故障錄波裝置以及各類數據管理機得到了廣泛的應用，而這些自動裝置的配合工作需要有一個精確統一的時間。當系統發生故障時，既可實現全站各系統在統一時間基準下的運行監控和事故后故障分析，也可以通過各保護動作、開關分合的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程，方便對運行中出現的各種事件的分析和追溯，提高了系統的自動化水平。

一、概述 

　　在通信領域，“同步”概念是指頻率的同步，即網絡各個節點的時鐘頻率和相位同步，其誤差應符合相關標準的規定。目前，在通信網中，頻率和相位同步問題已經基本解決，而時間的同步還沒有得到很好的解決。時間同步是指網絡各個節點時鐘以及通過網絡連接的各個應用界面的時鐘的時刻和時間間隔與協調世界時（UTC）同步，最起碼在一個局域或城域網絡內要和北京時間同步。時間同步網絡是保證時間同步的基礎，構成時間同步網絡可以采取有線方式，也可以采取無線方式。在這里我們主要介紹互聯網時間同步技術及產品，也就是通過支持NTP協議的網絡時間服務器實現網絡時間同步。

　　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溫度基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應輻射的9 192 631 770個周期所持續的時間”，即“原子秒”（TAI）?，F在常用的協調世界時實際上是經過閏秒調整的原子秒。 

　　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性為5×10－15，已接近國際先進水平。其實，在應用層面上并不需要國家基準這樣高的時間和頻率準確度。不同的應用對準確度的要求是不同的，表1列舉了一些典型的應用對時間準確度的要求（應用界面時間相對于UTC時間的誤差）。 

 

表1：一些典型的應用對時間精度的應用

應用 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器 1秒

電力線故障診斷 1微秒

交換機及計費系統 1秒

CDMA2000和TD-SCDMA 10毫秒

網管系統 500毫秒

7號信令監測系統 1毫秒

 

二、網絡時間同步技術

目前有多種時間同步技術，每一種技術都各有特點，不同技術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

時間同步技術 準確度 覆蓋范圍

短波授時 1～10毫秒 全球

長波授時 1毫秒 區域

GPS 5～500納秒 全球

電話撥號授時 100毫秒 全球

互聯網授時（NTP） 1～50毫秒 全球

SDH傳輸網授時 100納秒 長途

1、  長短波授時時間同步技術

利用無線電信號授時已經具有80多年的歷史，國際上長波授時主要使用羅蘭-C系統，國內發射臺設在沿海地區，主要用于軍事和導航，尚不民用。

2、  電話撥號時間同步技術

電話撥號授時（ACTS）使用的設備相對簡單，只需電話線、模擬調制解調器、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

GPS時間同步技術是當前較成熟并在國際上廣泛采用的時間同步技術。目前國際上除了美國的GPS還有前蘇聯的GLANASS系統和我國的“北斗”系統。GLANASS系統由于經濟原因，健康星的數量有限，穩定性和可靠性無法保障。“北斗”系統尚未民用，而且無法做到實時覆蓋。目前GPS屬于比較成熟可靠的系統。

4、  互聯網時間同步技術

使用互聯網同步計算機的時間是十分方便的，目前這種方式在局域網內得到廣泛的應用。微軟公司已將網絡時間協議（NTP）嵌入到Windows XP系統中，只要計算機能聯網，就能進行局域網或廣域網內的計算機時間校準。標準的NTP協議采用的是RFC 1350標準，簡化的網絡時間協議（SNTP）采用的是RFC 1769標準。NTP協議包含一個64bit的協調世界時（UTC）時間戳，時間分辨率時200ps，并可以提供1~50ms的時間精度（依賴網絡負載）。但實驗表明這種技術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，在龐大的網絡中應設立一級和二級時間服務器來解決精度的問題。

另外，還有兩個相對簡單的、低精度的互聯網時間協議：Time協議（RFC868）和Daytime協議（RFC867），可以提供1s校準精度的廣域網時間同步。

    

三、GPS網絡時間服務器

網絡時間服務器是GPS時間同步技術和互聯網時間同步技術的結合。采用19英寸1U機架式設計，內置GPS接收機，以GPS衛星時間為標準時間源，支持NTP協議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP協議。能夠為局域網內成百上千的計算機、路由器等提供時間校準。下圖為GPS網絡時間服務器的應用方案： 

在上面的方案中，從省中心網絡到各地市級網絡需要保持應用界面的時間同步。如果僅僅在省級網絡中設立一臺網絡時間服務器那么地市級網絡中的客戶端由于網絡延時等原因不能保證所需精度，那么通過在地市級網絡中也設立網絡時間服務器就能解決這一問題，但是如果網絡條件較好的情況下，這種誤差NTP協議時可以自動補償過來的

本文由安徽京準電鐘提供