中新创科网络时间同步方案



一、概述
       在通信领域,“同步”概念是指频率的同步,即网络各个节点的时钟频率和相位同步,其误差应符合相关标准的规定。目前,在通信网中,频率和相位同步问题已经基本解决,而时间的同步还没有得到很好的解决。时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面的时钟的时刻和时间间隔与协调世界时(UTC)同步,最起码在一个局域或城域网络内要和北京时间同步。时间同步网络是保证时间同步的基础,构成时间同步网络可以采取有线方式,也可以采取无线方式。在这里我们主要介绍互联网时间同步技术及产品,也就是通过支持 NTP 协议的网络时间服务器(中新创科 DNTS 系列)实现网络时间同步。

       时间的基本单位是秒,它是国际单位制(SI 单位制)的七个基本单位之一。1967 年的国际计量大会(CGDM)给出了新的秒定义:“秒是铯 133(133Cs)原子在 0K 温度基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的 9 192 631 770 个周期所持续的时间”,即“原子秒”(TAI)。现在常用的协调世界时实际上是经过闰秒调整的原子秒。

       目前在国际基准和国家基准层面所使用的主要是铯原子钟。中国计量科学研究院建立的冷原子喷泉铯原子钟其频率复现性为 5×10-15,已接近国际先进水平。其实,在应用层面上并不需要国家基准这样高的时间和频率准确度。不同的应用对准确度的要求是不同的,表1 列举了一些典型的应用对时间准确度的要求(应用界面时间相对于 UTC 时间的误差)。

表 1:一些典型的应用对时间精度的应用

应用

时间精度要求

用于银行、证券、股票和期货交易的计算机和服务器

电力线故障诊断

微秒

交换机及计费系统

CDMA2000  TD-SCDMA 

10 毫秒

网管系统

500 毫秒

号信令监测系统 

毫秒


二、时间同步网络技术
       目前有多种时间同步技术,每一种技术都各有特点,不同技术的时间同步精度也存在
较大的差异,如表 2 所示:

表 2:各种常用的时间同步技术


时间同步技术

准确度

覆盖范围

短波授时

110 毫秒

全球

长波授时

毫秒

区域

GPS

5500 纳秒

全球

电话拨号授时

100 毫秒

全球

互联网授时(NTP

150 毫秒

全球

SDH 传输网授时

100 纳秒

长途


1、长短波授时时间同步技术
     利用无线电信号授时已经具有 80 多年的历史,国际上长波授时主要使用罗兰-C 系统,国内发射台设在沿海地区,主要用于军事和导航,尚不民用。
2、电话拨号时间同步技术
     电话拨号授时(ACTS)使用的设备相对简单,只需电话线、模拟调制解调器、PC及客户端软件即可。目前这种计算机主要用于校准家庭个人计算机时间,同时不具备实时性。
3、GPS 时间同步技术

     GPS 时间同步技术是当前较成熟并在国际上广泛采用的时间同步技术。目前国际上除了美国的 GPS 还有前苏联的 GLANASS 系统和我国的“北斗”系统。GLANASS系统由于经济原因,健康星的数量有限,稳定性和可靠性无法保障。“北斗”系统尚未民用,而且无法做到实时覆盖。目前 GPS 属于比较成熟可靠的系统。
4、互联网时间同步技术
      使用互联网同步计算机的时间是十分方便的,目前这种方式在局域网内得到广泛的应用。微软公司已将网络时间协议(NTP)嵌入到 Windows XP 系统中,只要计算机能联网,就能进行局域网或广域网内的计算机时间校准。标准的 NTP 协议采用的是 RFC 1350 标准,简化的网络时间协议(SNTP)采用的是 RFC 1769 标准。NTP协议包含一个 64bit 的协调世界时(UTC)时间戳,时间分辨率时 200ps,并可以提供 1~50ms 的时间精度(依赖网络负载)。但实验表明这种技术在洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。所以,在庞大的网络中应设立一级和二级时间服务器来解决精度的问题。
      另外,还有两个相对简单的、低精度的互联网时间协议:Time 协议(RFC868)和Daytime 协议(RFC867),可以提供 1s 校准精度的广域网时间同步。
三、中新创科的网络时间服务器

      一直以来,中新创科公司致力于网络时间服务器的研发,并取得了广大客户的认可。目前产品分 6 个型号可满足不同行业的网络时间同步需求。同时,中新创科的 DNTS系列网络时间服务器已经在:电力、铁路、军队、电信、政府机关等行业有着广泛的应用。

中新创科的 DNTS 时间服务器是 GPS 时间同步技术和互联网时间同步技术的结合。采用 19 英寸 1U 机架式设计,内置 GPS 接收机,以 GPS 卫星时间为标准时间源,支持NTP 协议(V2.0/V3.0/V4.0)和 SNTP 协议。能够为局域网内成百上千的计算机、路由器等提供时间校准。下图 1 为网络时间服务器的应用方案: 

图 1


       在前面互联网时间同步技术中提到因为网络负载以及延时的原因导致洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。那么在庞大的网络中需要一级二级网络时间服务器来很好的解决校准精度和冗错的问题。图 2 为大型网络解决方案:

图 2



       在上面的方案中,从省中心网络到各地市级网络需要保持应用界面的时间同步。如果仅仅在省级网络中设立一台网络时间服务器那么地市级网络中的客户端由于网络延时等原因不能保证所需精度,那么通过在地市级网络中也设立网络时间服务器就能解决这一问题,因为这种情况下各地的 GPS 接收机在接收到 3 颗以上卫星信号时大家的时间源都是当前的标准时间,所以时间源的一致性得到保证。同时,即便某地的 GPS 接收机发生故障这是本地的网络时间服务器可作为 NTP 的客户端向上一级省中心网络的一级时间服务器请求标准时间继续提供精准的时间源为本地网络的客户端提供校准服务。在极端情况下,当省级网络中设立的一级时间服务器 GPS 也发生故障时,一级时间服务器具备高精准的自守时功能(守时精度 1×10 -12 即 30 年误差 1s)仍然能提供精准的时间源。方案中的一级时间服务器采用中新创科 DNTS-6 型,二级时间服务器采用 DNTS-3 型。

       另外,中新创科还提供应用于移动通信、卫星通信和数字广播电视系统的时间频率产品,例如可以作为 CDMA 钟源为 CDMA 基站提供时钟源可提供 19.6608MHZ 方波信号,PP2S 信
号,10M 正弦波信号或方波信号。如作为数字集群的应用可定制信号 16.384MHZ,14.4MHZ。并支持再定时功能作为再定时设备使用。
中新创科时间服务器参数和性能特点:
● 保证 Intranet/Internet 内所有的计算机时间同步
● 支持协议 ARP,UDP,IP,TCP, Telnet, ICMP, SNMP, DHCP, TFTP,NTP,SNTP,Time/UDP
● NTP V4,V3,V2;NTP Server 或 NTP Client 可选择
● 2 个独立以太网速率 10/100M,协议兼容:Ethernet 2.0/IEEE 802.3
● 一个 RS232/RS485 口输出标准时间和位置信号(NMEA 0183)
● 一个 RS232 口输入,可作为外部时间源
● 1PPS 输出
● 本地干节点告警功能

● 12 通道 GPS 接收机,寻星时间小于 10 秒

● 内置高精度时钟,GPS 信号丢失情况下仍可输出标准时间信号

 网络较时精度小于 10ms
 可用于 WIN95/98/ME/NT/2000,Unix,Linux

  提供 MD5 加密验证,防止非法获取时间
  提供 UDP 广播协议,可接 LED 显示屏
  完善的 SNMP 网管功能
  输入电源 220VAC/50Hz,-48VDC,24VDC,10W

型号:DNTS-7 系列

 



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