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

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

1時(shí)間同步系統(tǒng)的配置
全網(wǎng)配置一套時(shí)間同步系統(tǒng)，由兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）（支持NTP協(xié)議）、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和客戶端組成。兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）放置在機(jī)房交換機(jī)機(jī)柜中，以NTP 協(xié)議方式向全網(wǎng)的客戶端授時(shí)。兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(lái)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)布精確時(shí)間的TCP/IP協(xié)議，其本身的傳輸基于UDP，它可以使計(jì)算機(jī)對(duì)其服務(wù)器或時(shí)鐘源（如石英鐘，GPS等）做同步化，提供高精度的時(shí)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(lái)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(shí)間同步系統(tǒng)的性能
2.1 GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）接收GPS（全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星信號(hào)或接收外部IRIG-B（DC）時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。
2.2 GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）的時(shí)間信號(hào)接收單元能接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）信號(hào)作為外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。正常情況下，GPS時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間信號(hào)接收單元獨(dú)立接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)某一GPS時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間信號(hào)接收單元發(fā)生故障時(shí)，該GPS時(shí)間服務(wù)器能自動(dòng)切換到另一臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間信號(hào)接收單元接收到的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)互為備用。當(dāng)GPS時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間信號(hào)接收單元恢復(fù)正常后，該GPS時(shí)間服務(wù)器自動(dòng)切換回正常工作狀態(tài)，切換時(shí)間小于0.5秒，切換時(shí)GPS時(shí)間服務(wù)器輸出的時(shí)間同步信號(hào)不會(huì)出錯(cuò)。
2.3 GPS時(shí)間服務(wù)器可輸出一路特殊的供GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）間互聯(lián)的IRIG-B（DC）碼信號(hào)，該信號(hào)作為互聯(lián)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）的“后備”外部時(shí)間基準(zhǔn)，當(dāng)GPS時(shí)間服務(wù)器的“主”外部時(shí)間基準(zhǔn)故障時(shí)，該信號(hào)停止輸出。消除當(dāng)GPS時(shí)間服務(wù)器互聯(lián)時(shí)“主”外部時(shí)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(shí)間服務(wù)器具有內(nèi)部守時(shí)功能。當(dāng)接收到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，被外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)同步；當(dāng)接收不到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，切換到內(nèi)部守時(shí)，使GPS時(shí)間服務(wù)器輸出的時(shí)間同步信號(hào)仍能保持一定的準(zhǔn)確度。當(dāng)外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)接收恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切換到正常狀態(tài)工作，切換時(shí)間小于0.5S，切換時(shí)時(shí)鐘輸出的時(shí)間同步信號(hào)不會(huì)出錯(cuò)。
2.5時(shí)鐘裝置的所有輸出信號(hào)均經(jīng)隔離輸出，抗干擾能力強(qiáng)，且各路輸出在電氣上均相互隔離。
2.6 時(shí)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(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
2.7 時(shí)鐘裝置的某一路輸出信號(hào)允許短路5分鐘以上，不會(huì)造成對(duì)該輸出回路的永久性損壞。
2.8 時(shí)鐘裝置的某一路輸出信號(hào)短路，不會(huì)影響其它輸出信號(hào)。
2.9 時(shí)鐘裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CPU板、B碼生成板、NTP信號(hào)輸出板可熱拔插。
2.10時(shí)鐘裝置具有工作狀態(tài)指示、告警顯示和告警信號(hào)輸出功能。告警信號(hào)的電接口類型為繼電器空接點(diǎn)，接點(diǎn)耐壓>250V DC。
2.11 每臺(tái)時(shí)鐘裝置都提供一路TTL脈沖信號(hào)（可編程輸出1PPS、1PPM、1PPH、事件），供時(shí)鐘的準(zhǔn)確度指標(biāo)測(cè)試。
2.12 時(shí)鐘裝置具有時(shí)間顯示功能，可顯示年、月、日、時(shí)、分、秒。

3 時(shí)間同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）屏、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和客戶端組成。
兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器），互為熱備，GPS時(shí)間服務(wù)器1作為“常用”時(shí)間服務(wù)器，GPS時(shí)間服務(wù)器2作為“備用”時(shí)間服務(wù)器。當(dāng)“常用”時(shí)間服務(wù)器（GPS時(shí)間服務(wù)器1）的GPS信號(hào)接收單元發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換至“備用”時(shí)間服務(wù)器（GPS時(shí)間服務(wù)器2）的GPS信號(hào)接收單元接收到的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，從而保證系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)“常用”時(shí)間服務(wù)器（GPS時(shí)間服務(wù)器1）的GPS信號(hào)接收單元恢復(fù)正常后，該GPS時(shí)間服務(wù)器自動(dòng)切換回正常工作狀態(tài)。
當(dāng)GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）都接收不到兩路外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，切換到內(nèi)部守時(shí)，保持一定的走時(shí)準(zhǔn)確度；當(dāng)外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)接收恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切換回接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的工作狀態(tài)。
兩臺(tái)GPS時(shí)間服務(wù)器的RJ45口分別接到交換機(jī)上，分配兩個(gè)IP地址，如GPS時(shí)間服務(wù)器1的IP地址為IP1, GPS時(shí)間服務(wù)器2的IP地址為IP2,則兩個(gè)IP地址就作為網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)器?？蛻舳薖C機(jī)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(tái)GPS時(shí)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(wú)法從主地址獲取時(shí)間信息時(shí)，則自動(dòng)從備用地址獲取時(shí)間信息。
嵌入式錄像機(jī)(DVR)不具備NTP對(duì)時(shí)功能，需在PC機(jī)上安裝DVR廠家提供的管理軟件，把時(shí)間信息傳給DVR。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)　
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(shí)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，在多年來(lái)的專業(yè)積累基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮自身在授時(shí)產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，依托相關(guān)的科研院所，結(jié)合美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)、中國(guó)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(shí)技術(shù)，自主開發(fā)的具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的授時(shí)產(chǎn)品，該產(chǎn)品是專業(yè)用于各行業(yè)統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)的授時(shí)系統(tǒng)，全自動(dòng)智能化運(yùn)行，免操作維護(hù)，適合無(wú)人值守。
4.2 精度高
采用美國(guó)原裝高精度GPS授時(shí)模塊，時(shí)鐘同步精度可達(dá)30nS。
4.3更全面的可靠性、安全性設(shè)計(jì)
4.3.1 應(yīng)用GPS授時(shí)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(shí)技術(shù)授時(shí)，實(shí)現(xiàn)多基準(zhǔn)冗余授時(shí)，能夠智能判別GPS信號(hào)、外部B碼時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的穩(wěn)定性和優(yōu)劣，并提供多種時(shí)間基準(zhǔn)配置方法。
4.3.2 采用精準(zhǔn)的測(cè)頻與“智能學(xué)習(xí)算法”，使守時(shí)電路輸出信號(hào)與GPS衛(wèi)星/IRIG-B時(shí)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(lái)的影響。
4.3.3 由于裝置輸出的1PPS等時(shí)間信號(hào)是內(nèi)置振蕩器的分頻秒信號(hào)輸出，同步于GPS系統(tǒng)但并不受GPS秒脈沖信號(hào)跳變帶來(lái)的影響，相當(dāng)于UTC時(shí)間基準(zhǔn)的復(fù)現(xiàn)。
4.3.4 GPS接收天線重點(diǎn)考慮了防雷設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)，信號(hào)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(chǎng)避雷針避雷范圍內(nèi)，GPS天線加裝專用天線防雷器，使時(shí)鐘裝置具有雙重防雷效果。
4.3.7 時(shí)鐘裝置機(jī)箱經(jīng)防磁處理，抗干擾能力強(qiáng)。
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(cuò)時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
4.3.9 裝置所有輸入、輸出信號(hào)均電氣隔離。

4.4 可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步系統(tǒng)的在線運(yùn)行監(jiān)控
4.4.1 GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）前面板有“電源指示”燈、“秒脈沖指示” 燈、“GPS信號(hào)輸入” 燈、“B碼信號(hào)輸入” 燈、“GPS信號(hào)輸入異?！?燈、“B碼信號(hào)輸入異常” 燈多種狀態(tài)指示，便于運(yùn)行值班人員的日常巡視。
4.4.2 GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(shí)間基準(zhǔn)）消失告警。這些告警信號(hào)為繼電器空接點(diǎn)信號(hào)輸出，可接入監(jiān)控系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)控時(shí)間同步系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
4.4.3完善的北斗和GPS信號(hào)的性能監(jiān)測(cè)，自動(dòng)或手動(dòng)選擇主用衛(wèi)星信號(hào)。支持本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)管，通過(guò)WEB方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，完成對(duì)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(jiǎn)單、維護(hù)方便，信號(hào)接口豐富、配置靈活、易于擴(kuò)展
4.5.1 時(shí)鐘裝置使用按鍵設(shè)置, 脈沖、串口信號(hào)輸出可編程，操作簡(jiǎn)單。
4.5.2 時(shí)鐘裝置采用全模塊化即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護(hù)方便，為將來(lái)其它信號(hào)基準(zhǔn)源(珈俐略衛(wèi)星信號(hào)、上游地面鏈路的DCLS信號(hào)、NTP時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)等) 的接入提供了方便。
4.5.3系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了GPS時(shí)間服務(wù)器（ntp網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器）與信號(hào)擴(kuò)展箱的板卡全兼容，還提供了豐富的信號(hào)接口資源和開放式特殊接口設(shè)計(jì)平臺(tái)，具備優(yōu)異的兼容能力，可提供多路脈沖信號(hào)（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接點(diǎn)、差分、TTL、24V/110V/220V有源）、IRIB-B信號(hào)（TTL、422、232、AC）、DCF77信號(hào)（有源、無(wú)源）、時(shí)間報(bào)文（RS232、RS422/485）、NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信號(hào)，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備的對(duì)時(shí)接口要求。
4.6 系統(tǒng)安裝調(diào)試安全方便
4.6.1 時(shí)鐘裝置為架裝式結(jié)構(gòu)，2U、19”標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,安裝方便。
4.6.2 時(shí)鐘裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支持板卡熱插拔，配置靈活，易于調(diào)試。
4.6.3 每臺(tái)裝置提供一路可編程的TTL脈沖信號(hào)（1PPS/1PPM/1PPH）供時(shí)鐘的準(zhǔn)確度指