網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

2010年08月08日 17:24:05人氣：2223來(lái)源：上海銳呈電氣有限公司

一、時(shí)間同步的意義

　　將通信網(wǎng)上各種通信設(shè)備或計(jì)算機(jī)設(shè)備的時(shí)間信息（年月日時(shí)分秒）基于UTC（協(xié)調(diào)世界時(shí)）時(shí)間偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)（如100ms），這種同步過(guò)程叫做時(shí)間同步。

　　一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間同步應(yīng)用zui廣泛的是在INTERNET上的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)時(shí)鐘用于記錄事件的時(shí)間信息，如信息、文件創(chuàng)建和訪問(wèn)時(shí)間、數(shù)據(jù)庫(kù)處理時(shí)間等。時(shí)鐘還被用于控制備份的操作、為設(shè)計(jì)自動(dòng)構(gòu)造編譯器檢查文件是否變動(dòng)過(guò)以及其他應(yīng)用。如果計(jì)算機(jī)時(shí)鐘不，那么這些應(yīng)用中很多將無(wú)法正常工作。對(duì)時(shí)間敏感的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如金融業(yè)界服務(wù)器、EDI、大型分布式商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、航天航空控制計(jì)算機(jī)等，更需要高精度的時(shí)間信息。交通運(yùn)輸業(yè)的時(shí)間顯示系統(tǒng)，如地鐵時(shí)刻表顯示系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)時(shí)刻表顯示系統(tǒng)，如果偏差較大，可能會(huì)影響旅客的旅行。

　　CDMA基站需要UTC信息。依賴GPS衛(wèi)星時(shí)間同步的CDMA系統(tǒng)，基站之間的時(shí)間同步均以公共CDMA時(shí)標(biāo)為基準(zhǔn)，該時(shí)標(biāo)通過(guò)接收GPS定時(shí)，同步于UTC時(shí)間。BTS需要時(shí)間以獲取從MS發(fā)送的CDMA信號(hào)。在軟切換中，可能在選擇器中發(fā)生郵件指令不匹配，這是由于BS消息路徑隊(duì)列延遲。為防止這種不匹配，所有BTS和BSC必須時(shí)間同步。

　　時(shí)間同步功能還應(yīng)用在計(jì)費(fèi)方面，這是因?yàn)槎噙\(yùn)營(yíng)商的出現(xiàn)和分時(shí)段費(fèi)率的存在。網(wǎng)間計(jì)費(fèi)不一致所造成的話單損失，采用時(shí)間同步可減小甚至消除。比如，電信和聯(lián)通互通時(shí)，是通過(guò)關(guān)口局計(jì)費(fèi)，假如電信側(cè)計(jì)費(fèi)起點(diǎn)為20：58（半費(fèi)時(shí)段前），而聯(lián)通側(cè)計(jì)費(fèi)起點(diǎn)為21：01（半費(fèi)時(shí)段后），則電信、聯(lián)通計(jì)費(fèi)話單會(huì)出現(xiàn)誤差，通常的做法是丟棄話單，損失由雙方運(yùn)營(yíng)商承擔(dān)。如果在雙方的交換機(jī)上可以接收BITS提供的時(shí)刻（TOD），則雙方的計(jì)費(fèi)誤差可以控制在毫秒級(jí)，從根本上避免話單差異。即使只有一方的交換機(jī)可做到接收TOD，則在話單決策上，該方可占據(jù)裁決地位，為己方消除損失。因此，TOD解決方案是運(yùn)營(yíng)商密切關(guān)注的一個(gè)同步新技術(shù)。

　　網(wǎng)管系統(tǒng)的告警和日志同樣需要準(zhǔn)確記錄事件和告警的準(zhǔn)確時(shí)間，以便進(jìn)行故障和性能分析。譬如，網(wǎng)管中心產(chǎn)生的告警時(shí)間，可能不是交換機(jī)實(shí)際產(chǎn)生告警的準(zhǔn)確時(shí)間。另外當(dāng)網(wǎng)管中心采用多點(diǎn)日志記錄時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間不同步，將造成日志記錄的混亂。若需要這些信息快速準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位，準(zhǔn)確的時(shí)間是*的。

二、UTC時(shí)間基準(zhǔn)的獲取

　　世界上大多數(shù)國(guó)家采用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)度是基于地球自轉(zhuǎn)的天文時(shí)和基于原子振蕩的原子時(shí)獲得的協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC。UTC時(shí)間通過(guò)很多途徑散播，包括無(wú)線與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)器和便攜計(jì)時(shí)器。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)是由各自國(guó)家的地面時(shí)間基準(zhǔn)源授時(shí)的，因此，采用GPS GLONASS 北斗接收機(jī)就可以方便地獲得UTC時(shí)間。

　　為了實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息的傳播，并保證傳播精度，就需要分布式網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議。這些協(xié)議能夠保證時(shí)間同步網(wǎng)元設(shè)備正確讀取服務(wù)器的時(shí)間，將讀數(shù)傳送給一個(gè)或更多的客戶，并且根據(jù)需要調(diào)整每個(gè)客戶的時(shí)間。這些協(xié)議包括：Network Time Protocol（NTP），Digital Time Synchronization Protocol （DTSS）等。

三、UTC時(shí)間的傳播方式

　　傳送UTC的時(shí)間信息，通常有無(wú)線傳輸方式（高頻或低頻無(wú)線電信號(hào)）、有線傳輸方式（DCN、PSTN、DDN等），一般來(lái)說(shuō)，電信網(wǎng)采用有線傳輸方式來(lái)解決UTC時(shí)間的傳播。

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，Network Time Protocol（NTP）協(xié)議成為TCP/IP協(xié)議家族的一員。目前internet網(wǎng)上安裝了NTP軟件的時(shí)間服務(wù)器（NTP）向其客戶端計(jì)算機(jī)提供時(shí)間服務(wù)基準(zhǔn)，一級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）幾乎都是從GPS接收機(jī)獲得UTC的時(shí)刻信息（采用RS－232接口），低級(jí)別的時(shí)間服務(wù)器（NTP）通過(guò)基于TCP/IP的DCN網(wǎng)從上級(jí)服務(wù)器獲得UTC時(shí)間。所有需要時(shí)間的客戶端計(jì)算機(jī)通過(guò)安裝NTP的客戶端程序，從的時(shí)間服務(wù)器（如上海銳呈K801 NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器，參考：/）上獲得UTC時(shí)間信息，用于校準(zhǔn)自身的當(dāng)前時(shí)間信息。

　　1998年，Internet中NTP協(xié)議就擁有超過(guò)230個(gè)通過(guò)無(wú)線、衛(wèi)星和Modem同步的一級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP），以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100，000個(gè)二級(jí)服務(wù)器和客戶機(jī)。另外，在政府，社團(tuán)和機(jī)構(gòu)中還有數(shù)以千計(jì)的專網(wǎng)。它們?cè)谕骄W(wǎng)絡(luò)中作為一個(gè)子樹(shù)或子網(wǎng)，其中一級(jí)服務(wù)器作為根，而二級(jí)服務(wù)器和客戶機(jī)處于不斷增長(zhǎng)的下層。

　　采用NTP協(xié)議提供TOD，適合具有DCN網(wǎng)的用戶，投資zui省，精度滿足計(jì)費(fèi)、電子商務(wù)、網(wǎng)管的需求。

四、時(shí)間同步組網(wǎng)方案

　1、局間時(shí)間同步

　　局間時(shí)間同步組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為一級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）（stratum 1）、二級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）（stratum 2）、……、15級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）（stratum 15）。

　　上下級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）采用DCN網(wǎng)，通常上下級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）之間設(shè)置為轉(zhuǎn)接次數(shù)較少的固定路由，傳輸距離也不特別長(zhǎng)，因此此種方式具有投資zui省、性能良好、安裝方便、無(wú)需維護(hù)等特點(diǎn)，完夠滿足電信用戶和業(yè)務(wù)對(duì)秒級(jí)精度的基本需求（經(jīng)過(guò)跟蹤能夠達(dá)到遠(yuǎn)高于100ms的精度）。若暫不具備DCN網(wǎng)，也可自行組建時(shí)間同步DCN網(wǎng)進(jìn)行NTP包的傳送，如DDN專線、PSTN專線（需要采用MODEM）或者E1專線。只要服務(wù)器之間的傳輸通道穩(wěn)定正常工作，足以使得各級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）擁有毫秒級(jí)的精度。

　2、局內(nèi)時(shí)間同步

　　安裝了客戶端NTP軟件的計(jì)算機(jī)，借助局域網(wǎng)的LAN從網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器（NTP）獲得UTC時(shí)間參考，計(jì)算本地UTC時(shí)間信息；客戶端計(jì)算機(jī)安裝一個(gè)基于NTP或SNTP的軟件程序就可取得同步信息。

　　由此可見(jiàn)，凡是能夠與時(shí)間服務(wù)器（NTP）處于同一大樓的計(jì)算機(jī)用戶，通過(guò)TCP/IP的局域網(wǎng)是獲得TOD時(shí)間的zui的手段，因而該方式具有投資省，軟件安裝方便，精度高的特點(diǎn)，zui易于大量推廣采用。

　　無(wú)法上LAN局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，只能通過(guò)可接入用戶設(shè)備物理接口（如IRIG-B、RS－232等）進(jìn)行單獨(dú)傳送UTC信息。

　　因此目前采用NTP協(xié)議是*選擇方案，足以滿足通信網(wǎng)上絕大多數(shù)網(wǎng)管中心和通信設(shè)備（工作站、服務(wù)器、維護(hù)終端、交換機(jī)）對(duì)告警、日志、計(jì)費(fèi)、文件記錄等業(yè)務(wù)的精度要求。對(duì)原有數(shù)據(jù)網(wǎng)負(fù)荷不會(huì)有多少影響（一般不超過(guò)總負(fù)荷的2％），同時(shí)安裝使用或升級(jí)維護(hù)均很方便。

　　時(shí)間服務(wù)器（NTP）采用標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議，其提供的接口也是標(biāo)準(zhǔn)的，其他被同步的時(shí)間服務(wù)器（NTP）和使用者不必采用和首級(jí)時(shí)間服務(wù)器（NTP）相同的操作系統(tǒng)和軟件，只需提供標(biāo)準(zhǔn)的NTP接口即可使用SYNLOCK提供的NTP服務(wù)。華為公司提供其它級(jí)別的時(shí)間服務(wù)器（NTP）軟硬件，為其它基于WINDOWS NT的網(wǎng)管中心或SUN工作站提供時(shí)間服務(wù)器（NTP）軟件。

　　時(shí)間服務(wù)器（NTP）與同步設(shè)備間的通信網(wǎng)可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，也可通過(guò)PSTN、DDN等各種通信網(wǎng)絡(luò)自行構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：計(jì)時(shí)器工作站操作系統(tǒng)

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