HR高精度北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)

HR高精度北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)

HR高精度北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)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。時間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)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

HR高精度北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)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。時間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)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

隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展,基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，因?yàn)樗銐虻姆奖?、靈活和可擴(kuò)展性。局域網(wǎng)（LANs）、廣域網(wǎng)（WANs）以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)都是IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的常見例子。當(dāng)我們在工業(yè)控制、測試和測量領(lǐng)域、傳輸聲音、視頻等信息的數(shù)據(jù)主干應(yīng)用方面采用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時，時間的同步是我們考慮的關(guān)鍵要點(diǎn)。例如聲音和視頻質(zhì)量對不確定性的延遲和抖動非常的敏感，裝配生產(chǎn)線上的機(jī)器人彼此之間也需要嚴(yán)格的同步。

IP網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)最初設(shè)計時并沒有考慮同步問題，但是這在現(xiàn)在非常的有必要。如果你的產(chǎn)品需要時間同步需要在設(shè)計上采取哪些措施呢？目前已經(jīng)有幾種解決方案，這里我們與大家討論四種常見的解決方案：網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）、精簡的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）、精確的時間協(xié)議（PTP）以及借助導(dǎo)航系統(tǒng)時間同步，比如定位系統(tǒng)GPS。幸運(yùn)的是從架構(gòu)的角度來看這些不同的實(shí)現(xiàn)方案有很多的共同之處。

主時鐘源

同步網(wǎng)絡(luò)通常都會有一個主時鐘，它的來源一般都是協(xié)調(diào)世界時（UTC），UTC是基于地球的自轉(zhuǎn)而確立的公立時間。UTC與國際原子時（TAI）保持著固定的關(guān)系，兩者之間的固定關(guān)系是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)減慢的速度而周期性的增加到UTC上的閏秒時間而保持的，目前UTC時間比TAI時間快了將近36秒。另一個度量標(biāo)準(zhǔn)是UT1，它是以平子夜作為0時開始的格林格林威治平太陽時加上人工極移校正后的時間標(biāo)準(zhǔn)，UTC與UT1之間的關(guān)系保持在9秒以內(nèi)。

目前有很多個時間服務(wù)器，但是在美國的就是來自國家科學(xué)技術(shù)研究所（NIST）提供的時間，NIST提供的時間是基于UTC、UTC1和網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）服務(wù)器的，其他網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)和主時鐘源都是根據(jù)這個服務(wù)器來確定的，然而還有很多的輔助服務(wù)器存在，而且時間信息也可以來自于導(dǎo)航衛(wèi)星。

時間研究要素

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中存在異步和同步的時間模型，所有同步的方法都需要有一個內(nèi)聚層次的定時解決方案。參考時鐘對于網(wǎng)絡(luò)元素的同步是必須的，網(wǎng)絡(luò)元素通常需要一個電壓控制的晶體振蕩器（VCXO）、鎖相環(huán)（PLL）或者時鐘生成器通過調(diào)整實(shí)現(xiàn)同步狀態(tài)。目前比較流行的方案包括Abracon公司推出的超低相位噪聲的VXCO和IDT公司推出的82P33814-1NLG同步管理單元，支持多種同步模式。

無論選擇哪種解決方案，設(shè)計系統(tǒng)都需要能夠提供適當(dāng)?shù)亩秳铀p和相位噪聲剔除，并且與網(wǎng)絡(luò)中的其他元素保持適當(dāng)?shù)耐焦睢r間設(shè)計方面要包括一定的保持特性，即在被通知同步狀態(tài)之前保持時鐘的能力以防止主時鐘或參考時鐘出現(xiàn)故障。

HR高精度北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)

常用的同步解決方案

網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）和精簡網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）

的公共網(wǎng)絡(luò)時間同步方法就是NTP以及其精簡版SNTP，公共的NTP子網(wǎng)在所有大陸甚至在海底都設(shè)有服務(wù)器，為互聯(lián)網(wǎng)上無數(shù)的計算機(jī)提供時間支持服務(wù)。NTP服務(wù)器時間是基于UTC的，但是NIST組織架設(shè)了一個基于UT1的NTP服務(wù)器。

NTP協(xié)議使用軟件時間戳來實(shí)現(xiàn)精確的時間同步，精度范圍從100µs 到100ms 或者更大。很多因素會導(dǎo)致差異，但是通常都是由于網(wǎng)絡(luò)延遲、硬件、操作系統(tǒng)、環(huán)境溫度變化引起的振蕩器漂移以及時間更新引起的時間間隔引起的。

當(dāng)我們確定需要對客戶端的本地時間進(jìn)行調(diào)整時，還需要將往返時間延遲考慮在內(nèi)。NTP和SNTP使用相同的過程來確定校正因子，計算結(jié)果是假設(shè)往返兩方向的延遲都是相同的而確定的，因此在客戶端與服務(wù)端之間一共發(fā)生了四個數(shù)據(jù)包交換。

NTP和SNTP之間的主要區(qū)別是SNTP客戶端需要周期性的直接從單個SNTP服務(wù)器同步它們的時間，因此，SNTP主要用于不需要太高精度要求的應(yīng)用程序，NTP則采用基于狀態(tài)的復(fù)雜算法來提升精度。

NTP支持多播/任播、客戶端/服務(wù)器、點(diǎn)對點(diǎn)模式，而SNTP通常應(yīng)用于客戶端-服務(wù)端模式，NTP系統(tǒng)廣播時間信息是分層的并建立不同的層級，每個級別被分配給一個對應(yīng)層級（Stratum）的序號，Stratum 1服務(wù)器是層，提供全局的時間同步服務(wù)，上層的需要根據(jù)底層的時間信息來同步。（網(wǎng)絡(luò)事件結(jié)構(gòu)為進(jìn)一步研究提供了很好的使用信息來源，并且提供了一個參考實(shí)現(xiàn)方案稱為NTPd，適用于Unix和Windows操作系統(tǒng)）  

與NTP和PTP協(xié)議不同，GPS系統(tǒng)的可變延遲問題則不一樣，因?yàn)闀r間信息都直接來自于衛(wèi)星，限制的因素是接收器必須有一條暢通無阻的通路，大氣環(huán)境以及衛(wèi)星相對接收器的位置都會對精度產(chǎn)生影響。因?yàn)榻o每個網(wǎng)絡(luò)元素都集成一個接收器會很昂貴，因此工程師們會有效的控制成本，不過GPS時代相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)便宜很多了，使得實(shí)際的解決方案的同步精度能夠達(dá)到100ns以內(nèi)。

GPS系統(tǒng)接收器還有一個好的特性就是它可以應(yīng)用于封閉網(wǎng)絡(luò)，即沒有互聯(lián)網(wǎng)連接。它們同樣可以為PTP網(wǎng)絡(luò)提供精確的主時鐘源。

總結(jié)

除了上文提到的時間同步方法，當(dāng)然還有其他的方案比如“同步網(wǎng)絡(luò)（SyncE）”和“范圍內(nèi)儀表組時間編碼（IRIG）”，這些都值得我們深入去研究。這些技術(shù)都是通過分發(fā)信號實(shí)現(xiàn)同步但是都需要專用的硬件平臺。

“同步網(wǎng)絡(luò)”已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)受到越來越多的歡迎，傳統(tǒng)的時間劃分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)榛贗P的切換和多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)方案（上文提到的DP83640就是基于SyncE技術(shù)實(shí)現(xiàn)的）。為了進(jìn)一步的探索，可以參考國際電信聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：ITU-T Rec.G8261，62，64。

網(wǎng)絡(luò)時間同步解決方案也可以通過上文提到的方法組合來實(shí)現(xiàn)，比如基于PTP的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可以從GPS接收器獲取其主時鐘源，當(dāng)然也可以從NTP衍生服務(wù)器獲取。許多可行的方法和組合可以一起工作，最終目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精確的時間同步，但是每種技術(shù)都有自己的功能特性，而且隨著網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的發(fā)展逐漸都能夠滿足現(xiàn)代應(yīng)用的大部分需求。

北斗衛(wèi)星校時器產(chǎn)品介紹：

北斗衛(wèi)星校時器是針對計算機(jī)、自動化裝置等進(jìn)行校時而研發(fā)的高科技設(shè)備，該產(chǎn)品可從GPS衛(wèi)星（北斗衛(wèi)星、B碼接口、PTP）上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將這些信號通過各種接口（NTP/SNTP、串口、B碼、PTP、脈沖）傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備（計算機(jī)、保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠(yuǎn)動RTU），這樣系統(tǒng)中就有了一個標(biāo)準(zhǔn)的時間源，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的時間一致。

HR系列北斗衛(wèi)星校時器內(nèi)部采用ARM嵌入式系統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)，以高速芯片進(jìn)行控制，無硬盤和風(fēng)扇設(shè)計，精度高、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)、無積累誤差、不受地域氣候等環(huán)境條件限制、性價比高、操作簡單、全自動智能化運(yùn)行，免操作維護(hù)，適合無人值守。該產(chǎn)品可以為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電力自動化系統(tǒng)、水利自動化系統(tǒng)、電子商務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)上B2B系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫的保存維護(hù)等系統(tǒng)提供精密的標(biāo)準(zhǔn)時間信號和時間戳服務(wù)，已經(jīng)被成功應(yīng)用在廣電、交通、金融、通信、安防、電力、水利、醫(yī)療、教育、IT等領(lǐng)域。

二、北斗衛(wèi)星校時器產(chǎn)品特點(diǎn)：

◆ 高精度，串口/脈沖可達(dá)30ns，NTP客戶端優(yōu)于2ms，時間同步快。

◆ 雙CPU同時工作，32位CPU雙核處理器，采用DSP/CPLD完成實(shí)時高速處理；

◆ 具有可擴(kuò)展無限個獨(dú)立的物理隔離10/100M網(wǎng)口（每個端口具有獨(dú)立的MAC地址），每個網(wǎng)口可以靈活的配置使用，可以用在不同的子網(wǎng)和物理隔離網(wǎng)絡(luò)里；

◆ 作一級時間服務(wù)器，可同時為上萬臺客戶端、服務(wù)器、工作站提供時間服務(wù)。

◆ 支持WINDOWS9X/NT/2000/XP/2003/vista、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX等操作系統(tǒng)及支持NTP協(xié)議的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

◆ 多種配置方法（TELNET/WEB），易于管理和升級，支持MD5加密和SNMP網(wǎng)管；

◆ 設(shè)備支持NTP和SNTP協(xié)議，且提供IBIG-B碼互備信號接口，要實(shí)現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需額外編程便可自動精確同步時間。

◆ 支持電源中斷、GPS失歩干接點(diǎn)信號告警（訂貨時須說明）。

◆ 專用嵌入式系統(tǒng)，無硬盤和風(fēng)扇設(shè)計，防震設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

◆ 機(jī)箱經(jīng)防磁處理，抗干擾能力強(qiáng)。

◆ GPS接收天線重點(diǎn)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，不受地域條件和環(huán)境的限制。

◆ 裝置具有多種串行信息輸出與交互方式，以滿足不同用戶的需求。

◆ 串口信號輸出可編程，按鍵設(shè)置,操作方便。

◆ 裝置可通過數(shù)碼管在線顯示當(dāng)前收星個數(shù)，直觀反映裝置的同步狀況。

◆ 機(jī)架式結(jié)構(gòu)，1U/2U、19”標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,安裝方便。