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前(qian)言

    近幾年來(lai)，隨著計算機(ji)(ji)(ji)自動(dong)(dong)化系統水(shui)平的(de)提高(gao)，在(zai)(zai)各(ge)大計算機(ji)(ji)(ji)監控(kong)系統、微機(ji)(ji)(ji)保(bao)護裝置、微機(ji)(ji)(ji)故(gu)(gu)障(zhang)錄(lu)波(bo)裝置以(yi)及各(ge)類數據管(guan)理機(ji)(ji)(ji)得到了廣泛(fan)的(de)應用，而這些自動(dong)(dong)裝置的(de)配(pei)合工作(zuo)需要有一(yi)(yi)個(ge)統一(yi)(yi)的(de)時(shi)間。當系統發生故(gu)(gu)障(zhang)時(shi)，既可實現(xian)(xian)全站各(ge)系統在(zai)(zai)統一(yi)(yi)時(shi)間基準下的(de)運行監控(kong)和事故(gu)(gu)后(hou)故(gu)(gu)障(zhang)分析(xi)(xi)，也可以(yi)通過各(ge)保(bao)護動(dong)(dong)作(zuo)、開關分合的(de)先后(hou)順序及準確時(shi)間來(lai)分析(xi)(xi)事故(gu)(gu)的(de)原(yuan)因及過程(cheng)，方便對運行中出現(xian)(xian)的(de)各(ge)種事件的(de)分析(xi)(xi)和追溯，提高(gao)了系統的(de)自動(dong)(dong)化水(shui)平。

一、概述 

    　　在(zai)(zai)通(tong)(tong)信(xin)領域，“同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)”概念(nian)是指(zhi)頻(pin)率(lv)的(de)(de)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)，即網(wang)(wang)絡(luo)(luo)各個節點的(de)(de)時(shi)鐘(zhong)頻(pin)率(lv)和(he)(he)相位(wei)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)，其誤差應符合(he)相關標準(zhun)的(de)(de)規定。目前，在(zai)(zai)通(tong)(tong)信(xin)網(wang)(wang)中，頻(pin)率(lv)和(he)(he)相位(wei)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)問題已(yi)經(jing)基(ji)本(ben)解(jie)決，而時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)還沒有得到很好的(de)(de)解(jie)決。時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)是指(zhi)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)各個節點時(shi)鐘(zhong)以(yi)及通(tong)(tong)過網(wang)(wang)絡(luo)(luo)連接的(de)(de)各個應用界面的(de)(de)時(shi)鐘(zhong)的(de)(de)時(shi)刻和(he)(he)時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔與協調世界時(shi)（UTC）同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)，*起碼在(zai)(zai)一個局(ju)域或城(cheng)域網(wang)(wang)絡(luo)(luo)內要和(he)(he)北京(jing)時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)。時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)是保證時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)的(de)(de)基(ji)礎，構成時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)有線(xian)方式(shi)(shi)，也可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)無線(xian)方式(shi)(shi)。在(zai)(zai)這里(li)我們主要介紹互聯網(wang)(wang)時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)技術及產品，也就是通(tong)(tong)過支持NTP協議(yi)的(de)(de)NTP服務器實現網(wang)(wang)絡(luo)(luo)時(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)同(tong)(tong)(tong)(tong)步(bu)(bu)(bu)。

    　　時間的基本單(dan)位是秒(miao)，它是單(dan)位制（SI單(dan)位制）的七個(ge)(ge)基本單(dan)位之一。1967年的計量大會（CGDM）給出了新的秒(miao)定義：“秒(miao)是銫(se)133（133Cs）原(yuan)子(zi)在0K溫度(du)基態的兩個(ge)(ge)超精細能級(ji)之間躍遷所對應輻(fu)射的9 192 631 770個(ge)(ge)周期所持(chi)續的時間”，即“原(yuan)子(zi)秒(miao)”（TAI）。現在常用的協調世(shi)界時實際(ji)上(shang)是經過閏秒(miao)調整的原(yuan)子(zi)秒(miao)。 

    　　目前(qian)在基準(zhun)和國家基準(zhun)層面所(suo)使用(yong)的主要(yao)是銫原(yuan)子(zi)(zi)鐘(zhong)。中國計(ji)量(liang)科學研(yan)究院建立的冷原(yuan)子(zi)(zi)噴泉(quan)銫原(yuan)子(zi)(zi)鐘(zhong)其頻(pin)率(lv)復現(xian)性(xing)為5×10－15，已接近先進水平(ping)。其實，在應(ying)(ying)用(yong)層面上并不需要(yao)國家基準(zhun)這樣高的時(shi)間和頻(pin)率(lv)準(zhun)確度。不同的應(ying)(ying)用(yong)對準(zhun)確度的要(yao)求(qiu)是不同的，表1列舉了一些典(dian)型的應(ying)(ying)用(yong)對時(shi)間準(zhun)確度的要(yao)求(qiu)（應(ying)(ying)用(yong)界(jie)面時(shi)間相對于(yu)UTC時(shi)間的誤(wu)差）。 

    表1：一些典型的應用對時間精度的應用

二、網絡時間同步技(ji)術(shu)

目前(qian)有(you)多(duo)種時間同步(bu)技術，每一種技術都各(ge)有(you)特點，不同技術的時間同步(bu)精度也存在(zai)較大(da)的差異，如表(biao)2所示：

    表2：各(ge)種(zhong)常(chang)用(yong)的時間同步技術

    1、  長短波授時時間同步技術

    利用(yong)無線(xian)電信號授時已經具有80多年的(de)歷史，上長波(bo)授時主要使用(yong)羅蘭(lan)-C系統，國(guo)內發射(she)臺設在沿海(hai)地區(qu)，主要用(yong)于軍事和導航，尚不民用(yong)。

    2、  撥(bo)號(hao)時(shi)間同(tong)步技術

    撥號授時(shi)（ACTS）使用的設備相對簡單，只需線、模擬調(diao)制解調(diao)器、PC及客戶端軟件(jian)即可。目前這種計算機(ji)主要用于校準家庭個人計算機(ji)時(shi)間，同(tong)時(shi)不(bu)具備實時(shi)性(xing)。

    3、  GPS時間同(tong)步技術

   ; GPS時間(jian)同(tong)步技術是(shi)當前較成熟(shu)并在上(shang)廣泛采(cai)用(yong)的(de)(de)時間(jian)同(tong)步技術。目前上(shang)除了美國的(de)(de)GPS還有(you)前蘇(su)聯的(de)(de)GLANASS系(xi)統(tong)和我國的(de)(de)“北(bei)斗”系(xi)統(tong)。GLANASS系(xi)統(tong)由于經(jing)濟原因(yin)，健康星的(de)(de)數量(liang)有(you)限，穩定性(xing)和可靠性(xing)無(wu)法保障。“北(bei)斗”系(xi)統(tong)也已(yi)開始推廣民用(yong)。

    4、  互(hu)聯網時間同(tong)步技(ji)術(shu)

    使用互(hu)聯網(wang)(wang)同步(bu)計(ji)算機(ji)的(de)時(shi)間(jian)是(shi)十分方便的(de)，目前這種方式在局(ju)域網(wang)(wang)內得到廣泛的(de)應(ying)用。微(wei)軟公(gong)司已將網(wang)(wang)絡(luo)時(shi)間(jian)協(xie)(xie)議（NTP）嵌入到Windows XP系統中，只要(yao)計(ji)算機(ji)能(neng)(neng)(neng)聯網(wang)(wang)，就能(neng)(neng)(neng)進行局(ju)域網(wang)(wang)或廣域網(wang)(wang)內的(de)計(ji)算機(ji)時(shi)間(jian)校準(zhun)(zhun)(zhun)。標準(zhun)(zhun)(zhun)的(de)NTP協(xie)(xie)議采用的(de)是(shi)RFC 1350標準(zhun)(zhun)(zhun)，簡化的(de)網(wang)(wang)絡(luo)時(shi)間(jian)協(xie)(xie)議（SNTP）采用的(de)是(shi)RFC 1769標準(zhun)(zhun)(zhun)。NTP協(xie)(xie)議包含一個64bit的(de)協(xie)(xie)調(diao)世界時(shi)（UTC）時(shi)間(jian)戳，時(shi)間(jian)分辨率時(shi)200ps，并(bing)可(ke)以提供1~50ms的(de)時(shi)間(jian)精度（依賴網(wang)(wang)絡(luo)負載）。但實驗表(biao)明這種技術在洲際間(jian)的(de)校準(zhun)(zhun)(zhun)精度只能(neng)(neng)(neng)達到幾百毫秒甚至只能(neng)(neng)(neng)達到秒的(de)量級(ji)。所以，在龐大的(de)網(wang)(wang)絡(luo)中應(ying)設立一級(ji)和二級(ji)時(shi)間(jian)服務器來解決精度的(de)問題。

    另外，還有(you)兩個相對簡單(dan)的(de)、低精度的(de)互聯網時間(jian)協(xie)議(yi)：Time協(xie)議(yi)（RFC868）和Daytime協(xie)議(yi)（RFC867），可以提供1s校準精度的(de)廣域網時間(jian)同(tong)步。

三、NTP服務(wu)器(qi)

   上(shang)海(hai)銳(rui)呈電氣有(you)限(xian)公司生(sheng)產的NTP服務器(qi)是GPS時(shi)間(jian)(jian)同步(bu)技(ji)術和互聯(lian)網時(shi)間(jian)(jian)同步(bu)技(ji)術的結合。采用(yong)19英(ying)寸1U機(ji)架式(shi)設計(ji)，內置GPS接(jie)收機(ji)，以(yi)GPS衛星時(shi)間(jian)(jian)為(wei)標準(zhun)時(shi)間(jian)(jian)源，支持NTP協(xie)議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP協(xie)議。能夠為(wei)局域網內成(cheng)百(bai)上(shang)千的計(ji)算機(ji)、路由器(qi)等提供時(shi)間(jian)(jian)校準(zhun)。下圖(tu)為(wei)NTP服務器(qi)的應用(yong)方案(an)：

    在上面(mian)的(de)(de)方(fang)案中，從(cong)省(sheng)中心(xin)網(wang)(wang)絡(luo)到各地市級(ji)(ji)(ji)網(wang)(wang)絡(luo)需(xu)要(yao)保(bao)持應(ying)用界面(mian)的(de)(de)時間同步。如(ru)果(guo)僅僅在省(sheng)級(ji)(ji)(ji)網(wang)(wang)絡(luo)中設立(li)一臺NTP服務(wu)器(qi)那么地市級(ji)(ji)(ji)網(wang)(wang)絡(luo)中的(de)(de)客戶(hu)端(duan)由于網(wang)(wang)絡(luo)延(yan)時等原因不能保(bao)證(zheng)所需(xu)精(jing)度，那么通過在地市級(ji)(ji)(ji)網(wang)(wang)絡(luo)中也(ye)設立(li)NTP服務(wu)器(qi)就能解決(jue)這一問題，但是如(ru)果(guo)網(wang)(wang)絡(luo)條件較(jiao)好(hao)的(de)(de)情況下，這種誤差NTP協議(yi)時可(ke)以自(zi)動補償過來的(de)(de)。