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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)各個節(jié)點的時鐘頻率和相位同步，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，頻率和相位同步問題已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點時鐘以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的各個應(yīng)用界面的時鐘的時刻和時間間隔與協(xié)調(diào)世界時（UTC）同步，最起碼在一個局域或城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)要和北京時間同步。時間同步網(wǎng)絡(luò)是保證時間同步的基礎(chǔ)，構(gòu)成時間同步網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)及產(chǎn)品，也就是通過支持NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器（中新創(chuàng)科DNTS系列）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(tài)的兩個超精細能級之間躍遷所對應(yīng)輻射的9 192 631 770個周期所持續(xù)的時間”，即“原子秒”（TAI）�，F(xiàn)在常用的協(xié)調(diào)世界時實際上是經(jīng)過閏秒調(diào)整的原子秒。
目前在國際基準(zhǔn)和國家基準(zhǔn)層面所使用的主要是銫原子鐘。中國計量科學(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，已接近國際先進水平。其實，在應(yīng)用層面上并不需要國家基準(zhǔn)這樣高的時間和頻率準(zhǔn)確度。不同的應(yīng)用對準(zhǔn)確度的要求是不同的，表1列舉了一些典型的應(yīng)用對時間準(zhǔn)確度的要求（應(yīng)用界面時間相對于UTC時間的誤差）。
表1：一些典型的應(yīng)用對時間精度的應(yīng)用
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應(yīng)用 |
時間精度要求 |
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用于銀行、證券、股票和期貨交易的計算機和服務(wù)器 |
1秒 |
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電力線故障診斷 |
1微秒 |
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交換機及計費系統(tǒng) |
1秒 |
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CDMA2000和TD-SCDMA |
10毫秒 |
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網(wǎng)管系統(tǒng) |
500毫秒 |
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7號信令監(jiān)測系統(tǒng) |
1毫秒 |
二、時間同步網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
目前有多種時間同步技術(shù)，每一種技術(shù)都各有特點，不同技術(shù)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(shù)
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時間同步技術(shù) |
準(zhǔn)確度 |
覆蓋范圍 |
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短波授時 |
1～10毫秒 |
全球 |
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長波授時 |
1毫秒 |
區(qū)域 |
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GPS |
5～500納秒 |
全球 |
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電話撥號授時 |
100毫秒 |
全球 |
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互聯(lián)網(wǎng)授時（NTP） |
1～50毫秒 |
全球 |
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SDH傳輸網(wǎng)授時 |
100納秒 |
長途 |
長短波授時時間同步技術(shù)
利用無線電信號授時已經(jīng)具有80多年的歷史，國際上長波授時主要使用羅蘭-C系統(tǒng)，國內(nèi)發(fā)射臺設(shè)在沿海地區(qū)，主要用于軍事和導(dǎo)航，尚不民用。
電話撥號時間同步技術(shù)
電話撥號授時（ACTS）使用的設(shè)備相對簡單，只需電話線、模擬調(diào)制解調(diào)器、PC及客戶端軟件即可。目前這種計算機主要用于校準(zhǔn)家庭個人計算機時間，同時不具備實時性。
GPS時間同步技術(shù)
GPS時間同步技術(shù)是當(dāng)前較成熟并在國際上廣泛采用的時間同步技術(shù)。目前國際上除了美國的GPS還有前蘇聯(lián)的GLANASS系統(tǒng)和我國的“北斗”系統(tǒng)。GLANASS系統(tǒng)由于經(jīng)濟原因，健康星的數(shù)量有限，穩(wěn)定性和可靠性無法保障�！氨倍贰毕到y(tǒng)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(tǒng)。
互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)
使用互聯(lián)網(wǎng)同步計算機的時間是十分方便的，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)時間協(xié)議（NTP）嵌入到Windows XP系統(tǒng)中，只要計算機能聯(lián)網(wǎng)，就能進行局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的計算機時間校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議采用的是RFC 1350標(biāo)準(zhǔn)，簡化的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）采用的是RFC 1769標(biāo)準(zhǔn)。NTP協(xié)議包含一個64bit的協(xié)調(diào)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(wǎng)絡(luò)負(fù)載）。但實驗表明這種技術(shù)在洲際間的校準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)中應(yīng)設(shè)立一級和二級時間服務(wù)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(lián)網(wǎng)時間協(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)時間同步。
運用北京中新創(chuàng)科的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器解決時間同步問題。
一直以來，中新創(chuàng)科公司致力于網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器的研發(fā)，可根據(jù)客戶的要求單獨定做，并取得了廣大客戶的認(rèn)可。目前產(chǎn)品分6個型號可滿足不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)時間同步需求。同時，中新創(chuàng)科的DNTS系列網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器已經(jīng)在：電力、鐵路、衛(wèi)星、軍隊、電信、政府機關(guān)等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。
中新創(chuàng)科的DNTS時間服務(wù)器是客戶可自己設(shè)置時間源保存到服務(wù)器的恒溫晶振里達到時間同步或GPS時間同步技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)的結(jié)合。一號衛(wèi)星發(fā)射基地就是采用19英寸1U機架式設(shè)計，內(nèi)置GPS接收機，以GPS衛(wèi)星時間為標(biāo)準(zhǔn)時間源，支持NTP協(xié)議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP協(xié)議，同時可以支持能夠為局域網(wǎng)內(nèi)成百上千的計算機、路由器等提供時間校準(zhǔn)最終來達到整個網(wǎng)絡(luò)時間同步。下圖為北京銀行利用網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器雙機備份達到網(wǎng)絡(luò)同步的應(yīng)用方案：
圖1
在前面互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)中提到因為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及延時的原因?qū)е轮揠H間的校準(zhǔn)精度只能達到幾百毫秒甚至只能達到秒的量級。那么在龐大的網(wǎng)絡(luò)中需要一級二級網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器來很好的解決校準(zhǔn)精度和冗錯的問題。圖2為大型網(wǎng)絡(luò)解決方案：
圖2
在上面的方案中，從主干網(wǎng)絡(luò)到各分支網(wǎng)絡(luò)需要保持應(yīng)用界面的時間同步。如果僅僅在主干網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器那么分支網(wǎng)絡(luò)中的客戶端由于網(wǎng)絡(luò)延時等原因不能保證所需精度，那么通過在地市級網(wǎng)絡(luò)中也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器就能解決這一問題，因為這種情況下各地的GPS接收機在接收到3顆以上衛(wèi)星信號時大家的時間源都是當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)時間，所以時間源的一致性得到保證。同時，即便某地的GPS接收機發(fā)生故障這是本地的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器可作為NTP的客戶端向上主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的一級時間服務(wù)器請求標(biāo)準(zhǔn)時間繼續(xù)提供精準(zhǔn)的時間源為本地網(wǎng)絡(luò)的客戶端提供校準(zhǔn)服務(wù)。在極端情況下，當(dāng)主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立的一級時間服務(wù)器GPS也發(fā)生故障時，分支網(wǎng)的時間服務(wù)器具備高精準(zhǔn)的自守時功能（守時精度1×10 －12即30年誤差1s）仍然能提供精準(zhǔn)的時間源。方案中的一級時間服務(wù)器采用中新創(chuàng)科DNTS-72型。
另外，中新創(chuàng)科還提供應(yīng)用于移動通信、衛(wèi)星通信和數(shù)字廣播電視系統(tǒng)的時間頻率產(chǎn)品，例如可以作為CDMA鐘源為CDMA基站提供時鐘源可提供19.6608MHZ方波信號，PP2S信號，10M正弦波信號或方波信號。如作為數(shù)字集群的應(yīng)用可定制信號16.384MHZ，14.4MHZ。并支持再定時功能作為再定時設(shè)備使用。
中新創(chuàng)科時間服務(wù)器參數(shù)和性能特點：
1 保證Intranet/Internet內(nèi)所有的計算機時間同步
2 支持協(xié)議ARP,UDP,IP,TCP, Telnet, ICMP, SNMP, DHCP, TFTP,NTP,SNTP,Time/UDP
3 NTP V4，V3，V2;NTP Server或NTP Client可選擇
4 2個獨立以太網(wǎng)速率10/100M，協(xié)議兼容：Ethernet 2.0/IEEE 802.3
5 一個RS232/RS485口輸出標(biāo)準(zhǔn)時間和位置信號(NMEA 0183)
6 一個RS232口輸入，可作為外部時間源
7 1PPS輸出
8 本地干節(jié)點告警功能
9 12通道GPS接收機，尋星時間小于10秒
10 內(nèi)置高精度時鐘，GPS信號丟失情況下仍可輸出標(biāo)準(zhǔn)時間信號
11 網(wǎng)絡(luò)較時精度小于10ms可用于WIN95/98/ME/NT/2000,Unix,Linux
12 提供MD5加密驗證，防止非法獲取時間
13 提供UDP廣播協(xié)議，可接LED顯示屏
14 完善的SNMP網(wǎng)管功能
15 輸入電源 220VAC/50Hz,-48VDC,24VDC,10W
16 B碼輸入,B碼輸出,1PPS,1PPM,1PPH
型號：DNTS系列
選型指南
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GPS |
PPS |
網(wǎng)口1 |
網(wǎng)口2 |
LCD |
LED |
RS232 |
RS485 |
本地告警 |
機架式 |
天線 |
B碼 |
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DNTS-1 |
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DNTS-2 |
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DNTS-3 |
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DNTS-4 |
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DNTS-5 |
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DNTS-72 |
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DNTS-74 |
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聯(lián)系人：彭理根
電話：010-81688870
北京中新創(chuàng)科技有限公司
www.neutrontek.com
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