NTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器在大型局域網(wǎng)的同步技術(shù)

本章利用雙機互備型ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器實現(xiàn)局域網(wǎng)的時間同步解決方案。

1時間同步系統(tǒng)的配置
全網(wǎng)配置一套時間同步系統(tǒng)，由兩臺GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）（支持NTP協(xié)議）、交換機、網(wǎng)絡(luò)和客戶端組成。兩臺GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）放置在機房交換機機柜中，以NTP 協(xié)議方式向全網(wǎng)的客戶端授時。兩臺GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）以冗余熱備模式工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。
NTP（Network Time Protocol）是用來在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)布精確時間的TCP/IP協(xié)議，其本身的傳輸基于UDP，它可以使計算機對其服務(wù)器或時鐘源（如石英鐘，GPS等）做同步化，提供高精度的時間校正（LAN上與標(biāo)準(zhǔn)間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可采用加密確認(rèn)的方式來防止惡毒的協(xié)議攻擊。
支持協(xié)議：NTP，SNTP，ARP,UDP,TCP,Telent,ICMP,SNMP,DHCP和TFTP ；
網(wǎng)絡(luò)接口：RJ－45以太網(wǎng)接口；

2 時間同步系統(tǒng)的性能
2.1 GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）接收GPS（全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星信號或接收外部IRIG-B（DC）時間基準(zhǔn)信號。
2.2 GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）的時間信號接收單元能接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的協(xié)調(diào)世界時（UTC）信號作為外部時間基準(zhǔn)信號。正常情況下，GPS時間服務(wù)器的時間信號接收單元獨立接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間基準(zhǔn)信號。當(dāng)某一GPS時間服務(wù)器的時間信號接收單元發(fā)生故障時，該GPS時間服務(wù)器能自動切換到另一臺GPS時間服務(wù)器的時間信號接收單元接收到的時間基準(zhǔn)信號，實現(xiàn)時間基準(zhǔn)信號互為備用。當(dāng)GPS時間服務(wù)器的時間信號接收單元恢復(fù)正常后，該GPS時間服務(wù)器自動切換回正常工作狀態(tài)，切換時間小于0.5秒，切換時GPS時間服務(wù)器輸出的時間同步信號不會出錯。
2.3 GPS時間服務(wù)器可輸出一路特殊的供GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）間互聯(lián)的IRIG-B（DC）碼信號，該信號作為互聯(lián)GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）的“后備”外部時間基準(zhǔn)，當(dāng)GPS時間服務(wù)器的“主”外部時間基準(zhǔn)故障時，該信號停止輸出。消除當(dāng)GPS時間服務(wù)器互聯(lián)時“主”外部時間基準(zhǔn)發(fā)生故障所引起的工作狀態(tài)不確定性。
2.4 GPS時間服務(wù)器具有內(nèi)部守時功能。當(dāng)接收到外部時間基準(zhǔn)信號時，被外部時間基準(zhǔn)信號同步；當(dāng)接收不到外部時間基準(zhǔn)信號時，切換到內(nèi)部守時，使GPS時間服務(wù)器輸出的時間同步信號仍能保持一定的準(zhǔn)確度。當(dāng)外部時間基準(zhǔn)信號接收恢復(fù)時，自動切換到正常狀態(tài)工作，切換時間小于0.5S，切換時時鐘輸出的時間同步信號不會出錯。
2.5時鐘裝置的所有輸出信號均經(jīng)隔離輸出，抗干擾能力強，且各路輸出在電氣上均相互隔離。
2.6 時鐘裝置具有自復(fù)位能力，在因干擾造成裝置CPU瞬間故障時，能自動恢復(fù)正常工作。
2.7 時鐘裝置的某一路輸出信號允許短路5分鐘以上，不會造成對該輸出回路的永久性損壞。
2.8 時鐘裝置的某一路輸出信號短路，不會影響其它輸出信號。
2.9 時鐘裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，CPU板、B碼生成板、NTP信號輸出板可熱拔插。
2.10時鐘裝置具有工作狀態(tài)指示、告警顯示和告警信號輸出功能。告警信號的電接口類型為繼電器空接點，接點耐壓>250V DC。
2.11 每臺時鐘裝置都提供一路TTL脈沖信號（可編程輸出1PPS、1PPM、1PPH、事件），供時鐘的準(zhǔn)確度指標(biāo)測試。
2.12 時鐘裝置具有時間顯示功能，可顯示年、月、日、時、分、秒。

3 時間同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩臺GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）屏、交換機、網(wǎng)絡(luò)和客戶端組成。
兩臺GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器），互為熱備，GPS時間服務(wù)器1作為“常用”時間服務(wù)器，GPS時間服務(wù)器2作為“備用”時間服務(wù)器。當(dāng)“常用”時間服務(wù)器（GPS時間服務(wù)器1）的GPS信號接收單元發(fā)生故障時，自動切換至“備用”時間服務(wù)器（GPS時間服務(wù)器2）的GPS信號接收單元接收到的時間基準(zhǔn)信號，從而保證系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)“常用”時間服務(wù)器（GPS時間服務(wù)器1）的GPS信號接收單元恢復(fù)正常后，該GPS時間服務(wù)器自動切換回正常工作狀態(tài)。
當(dāng)GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）都接收不到兩路外部時間基準(zhǔn)信號時，切換到內(nèi)部守時，保持一定的走時準(zhǔn)確度；當(dāng)外部時間基準(zhǔn)信號接收恢復(fù)時，自動切換回接收外部時間基準(zhǔn)信號的工作狀態(tài)。
兩臺GPS時間服務(wù)器的RJ45口分別接到交換機上，分配兩個IP地址，如GPS時間服務(wù)器1的IP地址為IP1, GPS時間服務(wù)器2的IP地址為IP2,則兩個IP地址就作為網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)時間服務(wù)器?？蛻舳薖C機可使用操作系統(tǒng)自帶NTP服務(wù)，也可使用我公司提供的客戶端軟件。本軟件可輸入兩臺GPS時間服務(wù)器的IP地址， IP1地址作為主地址，IP2地址作為備用地址，當(dāng)客戶端因某些原因無法從主地址獲取時間信息時，則自動從備用地址獲取時間信息。
嵌入式錄像機(DVR)不具備NTP對時功能，需在PC機上安裝DVR廠家提供的管理軟件，把時間信息傳給DVR。

4 系統(tǒng)特點　
4.1 專業(yè)廠家，專業(yè)品質(zhì)
我公司專業(yè)致力于GPS/北斗授時產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，在多年來的專業(yè)積累基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮自身在授時產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用經(jīng)驗，依托相關(guān)的科研院所，結(jié)合美國GPS全球定位系統(tǒng)、中國北斗星系統(tǒng)、B碼基準(zhǔn)解碼接收技術(shù)、智能馴服恒溫晶體振蕩器（或原子鐘）守時技術(shù)，自主開發(fā)的具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的授時產(chǎn)品，該產(chǎn)品是專業(yè)用于各行業(yè)統(tǒng)一時間基準(zhǔn)的授時系統(tǒng)，全自動智能化運行，免操作維護(hù)，適合無人值守。
4.2 精度高
采用美國原裝高精度GPS授時模塊，時鐘同步精度可達(dá)30nS。
4.3更全面的可靠性、安全性設(shè)計
4.3.1 應(yīng)用GPS授時技術(shù)/B碼基準(zhǔn)解碼接收技術(shù)/高穩(wěn)晶體振蕩器守時技術(shù)授時，實現(xiàn)多基準(zhǔn)冗余授時，能夠智能判別GPS信號、外部B碼時間基準(zhǔn)信號的穩(wěn)定性和優(yōu)劣，并提供多種時間基準(zhǔn)配置方法。
4.3.2 采用精準(zhǔn)的測頻與“智能學(xué)習(xí)算法”，使守時電路輸出信號與GPS衛(wèi)星/IRIG-B時間基準(zhǔn)保持精密同步,消除因晶體振蕩器老化造成的頻偏帶來的影響。
4.3.3 由于裝置輸出的1PPS等時間信號是內(nèi)置振蕩器的分頻秒信號輸出，同步于GPS系統(tǒng)但并不受GPS秒脈沖信號跳變帶來的影響，相當(dāng)于UTC時間基準(zhǔn)的復(fù)現(xiàn)。
4.3.4 GPS接收天線重點考慮了防雷設(shè)計、穩(wěn)定性設(shè)計、抗干擾設(shè)計，信號接收可靠性高，不受電廠/變電站地域條件和環(huán)境的限制。
4.3.5 選用高性能、寬范圍開關(guān)電源，工作穩(wěn)定可靠，裝置電源供電自適應(yīng)，并且系統(tǒng)電源經(jīng)專門濾波、消除共模干擾電路處理。
4.3.6 在現(xiàn)場避雷針避雷范圍內(nèi)，GPS天線加裝專用天線防雷器，使時鐘裝置具有雙重防雷效果。
4.3.7 時鐘裝置機箱經(jīng)防磁處理，抗干擾能力強。
4.3.8 裝置具有自復(fù)位能力，在因干擾造成裝置程序出錯時，能自動恢復(fù)正常工作。
4.3.9 裝置所有輸入、輸出信號均電氣隔離。

4.4 可實現(xiàn)時間同步系統(tǒng)的在線運行監(jiān)控
4.4.1 GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）前面板有“電源指示”燈、“秒脈沖指示” 燈、“GPS信號輸入” 燈、“B碼信號輸入” 燈、“GPS信號輸入異常” 燈、“B碼信號輸入異?！?燈多種狀態(tài)指示，便于運行值班人員的日常巡視。
4.4.2 GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）有電源中斷告警、GPS失步告警、外部“B碼輸入”（后備時間基準(zhǔn)）消失告警。這些告警信號為繼電器空接點信號輸出，可接入監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)控時間同步系統(tǒng)的運行狀況。
4.4.3完善的北斗和GPS信號的性能監(jiān)測，自動或手動選擇主用衛(wèi)星信號。支持本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)管，通過WEB方式對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，完成對系統(tǒng)的衛(wèi)星接收狀況、設(shè)備工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置等信息進(jìn)行管理。
4.5 系統(tǒng)操作簡單、維護(hù)方便，信號接口豐富、配置靈活、易于擴展
4.5.1 時鐘裝置使用按鍵設(shè)置, 脈沖、串口信號輸出可編程，操作簡單。
4.5.2 時鐘裝置采用全模塊化即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護(hù)方便，為將來其它信號基準(zhǔn)源(珈俐略衛(wèi)星信號、上游地面鏈路的DCLS信號、NTP時間基準(zhǔn)信號等) 的接入提供了方便。
4.5.3系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）與信號擴展箱的板卡全兼容，還提供了豐富的信號接口資源和開放式特殊接口設(shè)計平臺，具備優(yōu)異的兼容能力，可提供多路脈沖信號（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接點、差分、TTL、24V/110V/220V有源）、IRIB-B信號（TTL、422、232、AC）、DCF77信號（有源、無源）、時間報文（RS232、RS422/485）、NTP網(wǎng)絡(luò)時間信號，可以滿足現(xiàn)場不同設(shè)備的對時接口要求。
4.6 系統(tǒng)安裝調(diào)試安全方便
4.6.1 時鐘裝置為架裝式結(jié)構(gòu)，2U、19”標(biāo)準(zhǔn)機箱,安裝方便。
4.6.2 時鐘裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持板卡熱插拔，配置靈活，易于調(diào)試。
4.6.3 每臺裝置提供一路可編程的TTL脈沖信號（1PPS/1PPM/1PPH）供時鐘的準(zhǔn)確度指標(biāo)測試。
4.6.4 GPS時間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器）可通過數(shù)碼管顯示跟蹤到的有效衛(wèi)星個數(shù)，直觀地反映裝置接收GPS衛(wèi)星的狀況。

5 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
5.1 運行條件
5.1.1 環(huán)境條件
工作溫度：-200C～+700C；
貯存溫度：-450C～+850C；
濕度：<95%。
5.1.2 電源
交流供電：220V±20%或110V±20% ， 47Hz～63Hz；
直流供電：220V±20%或110V±20%。
裝置電源供電自適應(yīng)。
5.1.3 抗干擾
在雷擊過電壓、一次回路操作、開關(guān)場故障、二次回路操作及其它強干擾作用下，裝置不誤動作。
裝置快速瞬變干擾試驗、高頻干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、阻尼震蕩波干擾試驗、沖擊電壓試驗和絕緣試驗符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T15153.1-1998（遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng) 第2部分：工作條件 第1篇：電源和電磁兼容），并達(dá)到Ⅲ級及以上標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 技術(shù)參數(shù)
5.2.1 GPS接收天線
天線環(huán)境要求：
工作溫度：-45℃～+85℃；
貯存溫度：-50℃～+90℃；
濕度：100%，結(jié)露；
體積：φ96mm×126mm。
5.2.2 GPS接收器
接收頻率：1575.42MHz（L1信號）。
接收靈敏度：捕獲〈-160dBW，跟蹤〈-163dBW。
同時跟蹤：正常狀態(tài)下可同時跟蹤8～12顆GPS衛(wèi)星；
裝置冷起動時不小于4顆衛(wèi)星；
裝置熱起動時不小于1顆衛(wèi)星。
捕獲時間：裝置冷起動時，〈10min；裝置熱起動時，〈1min。
內(nèi)部電池：電池類型：鋰電池；
電池壽命：≮25000h。
5.2.3 時鐘裝置內(nèi)部的時間保持單元守時精度：時間保持單元晶體振蕩器選用OCXO，守時精度優(yōu)于7*10-8。
5.2.4 時鐘裝置功耗：≤20W。
5.2.5 時鐘裝置的絕緣電阻：≮20MΩ。
5.2.6 系統(tǒng)平均無故障間隔時間(MTBF)：≥70000小時；系統(tǒng)平均維修時間（MTTR）：一般不大于30分鐘，使用壽命不少于20年。正常使用條件下無須維護(hù)。
5.2.7 輸出時間與協(xié)調(diào)世界時（UTC）時間同步準(zhǔn)確度：≤0.5μS。
5.2.8 NTP接口：
每秒NTP請求量 時間標(biāo)識精度 可處理用戶終端請求量
0～100 1～10ms 48,000
100～200 10～100ms 96,000
5.2.9 重量：3kg。