NTP網絡時間服務器在大型局域網的同步技術

本章利用雙機互備型ntp網絡時間服務器實現局域網的時間同步解決方案。

1時間同步系統(tǒng)的配置
全網配置一套時間同步系統(tǒng)，由兩臺GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）（支持NTP協(xié)議）、交換機、網絡和客戶端組成。兩臺GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）放置在機房交換機機柜中，以NTP 協(xié)議方式向全網的客戶端授時。兩臺GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）以冗余熱備模式工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。
NTP（Network Time Protocol）是用來在整個網絡內發(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上與標準間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可采用加密確認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 ；
網絡接口：RJ－45以太網接口；

2 時間同步系統(tǒng)的性能
2.1 GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）接收GPS（全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星信號或接收外部IRIG-B（DC）時間基準信號。
2.2 GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）的時間信號接收單元能接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的協(xié)調世界時（UTC）信號作為外部時間基準信號。正常情況下，GPS時間服務器的時間信號接收單元獨立接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間基準信號。當某一GPS時間服務器的時間信號接收單元發(fā)生故障時，該GPS時間服務器能自動切換到另一臺GPS時間服務器的時間信號接收單元接收到的時間基準信號，實現時間基準信號互為備用。當GPS時間服務器的時間信號接收單元恢復正常后，該GPS時間服務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時間服務器輸出的時間同步信號不會出錯。
2.3 GPS時間服務器可輸出一路特殊的供GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）間互聯(lián)的IRIG-B（DC）碼信號，該信號作為互聯(lián)GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）的“后備”外部時間基準，當GPS時間服務器的“主”外部時間基準故障時，該信號停止輸出。消除當GPS時間服務器互聯(lián)時“主”外部時間基準發(fā)生故障所引起的工作狀態(tài)不確定性。
2.4 GPS時間服務器具有內部守時功能。當接收到外部時間基準信號時，被外部時間基準信號同步；當接收不到外部時間基準信號時，切換到內部守時，使GPS時間服務器輸出的時間同步信號仍能保持一定的準確度。當外部時間基準信號接收恢復時，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 時鐘裝置具有自復位能力，在因干擾造成裝置CPU瞬間故障時，能自動恢復正常工作。
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構設計，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），供時鐘的準確度指標測試。
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)的結構
該系統(tǒng)結構由兩臺GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）屏、交換機、網絡和客戶端組成。
兩臺GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器），互為熱備，GPS時間服務器1作為“常用”時間服務器，GPS時間服務器2作為“備用”時間服務器。當“常用”時間服務器（GPS時間服務器1）的GPS信號接收單元發(fā)生故障時，自動切換至“備用”時間服務器（GPS時間服務器2）的GPS信號接收單元接收到的時間基準信號，從而保證系統(tǒng)的可靠性。當“常用”時間服務器（GPS時間服務器1）的GPS信號接收單元恢復正常后，該GPS時間服務器自動切換回正常工作狀態(tài)。
當GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）都接收不到兩路外部時間基準信號時，切換到內部守時，保持一定的走時準確度；當外部時間基準信號接收恢復時，自動切換回接收外部時間基準信號的工作狀態(tài)。
兩臺GPS時間服務器的RJ45口分別接到交換機上，分配兩個IP地址，如GPS時間服務器1的IP地址為IP1, GPS時間服務器2的IP地址為IP2,則兩個IP地址就作為網內的標準時間服務器。客戶端PC機可使用操作系統(tǒng)自帶NTP服務，也可使用我公司提供的客戶端軟件。本軟件可輸入兩臺GPS時間服務器的IP地址， IP1地址作為主地址，IP2地址作為備用地址，當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
我公司專業(yè)致力于GPS/北斗授時產品的研發(fā)和應用，在多年來的專業(yè)積累基礎上，充分發(fā)揮自身在授時產品領域的技術優(yōu)勢和應用經驗，依托相關的科研院所，結合美國GPS全球定位系統(tǒng)、中國北斗星系統(tǒng)、B碼基準解碼接收技術、智能馴服恒溫晶體振蕩器（或原子鐘）守時技術，自主開發(fā)的具有國內領先水平的授時產品，該產品是專業(yè)用于各行業(yè)統(tǒng)一時間基準的授時系統(tǒng)，全自動智能化運行，免操作維護，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30nS。
4.3更全面的可靠性、安全性設計
4.3.1 應用GPS授時技術/B碼基準解碼接收技術/高穩(wěn)晶體振蕩器守時技術授時，實現多基準冗余授時，能夠智能判別GPS信號、外部B碼時間基準信號的穩(wěn)定性和優(yōu)劣，并提供多種時間基準配置方法。
4.3.2 采用精準的測頻與“智能學習算法”，使守時電路輸出信號與GPS衛(wèi)星/IRIG-B時間基準保持精密同步,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，相當于UTC時間基準的復現。
4.3.4 GPS接收天線重點考慮了防雷設計、穩(wěn)定性設計、抗干擾設計，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、寬范圍開關電源，工作穩(wěn)定可靠，裝置電源供電自適應，并且系統(tǒng)電源經專門濾波、消除共模干擾電路處理。
4.3.6 在現場避雷針避雷范圍內，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 時鐘裝置機箱經防磁處理，抗干擾能力強。
4.3.8 裝置具有自復位能力，在因干擾造成裝置程序出錯時，能自動恢復正常工作。
4.3.9 裝置所有輸入、輸出信號均電氣隔離。

4.4 可實現時間同步系統(tǒng)的在線運行監(jiān)控
4.4.1 GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）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?！?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時間服務器（ntp網絡時間服務器）有電源中斷告警、GPS失步告警、外部“B碼輸入”（后備時間基準）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。支持本地和遠程網管，通過WEB方式對系統(tǒng)進行遠程管理，完成對系統(tǒng)的衛(wèi)星接收狀況、設備工作狀態(tài)、參數設置等信息進行管理。
4.5 系統(tǒng)操作簡單、維護方便，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構設計，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護方便，為將來其它信號基準源(珈俐略衛(wèi)星信號、上游地面鏈路的DCLS信號、NTP時間基準信號等) 的接入提供了方便。
4.5.3系統(tǒng)不僅實現了GPS時間服務器（ntp網絡時間服務器）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網絡時間信號，可以滿足現場不同設備的對時接口要求。
4.6 系統(tǒng)安裝調試安全方便
4.6.1 時鐘裝置為架裝式結構，2U、19”標準機箱,安裝方便。
4.6.2 時鐘裝置采用模塊化結構設計，支持板卡熱插拔，配置靈活，易于調試。
4.6.3 每臺裝置提供一路可編程的TTL脈沖信號（1PPS/1PPM/1PPH）供時鐘的準確度指