唯尚GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘在山東青州大學(xué)成功運(yùn)行

發(fā)布時間：2019-12-02 來源：

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，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GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘（濟(jì)南唯尚W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(xì)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(jìn)水平。其實，在應(yīng)用層面上并不需要基準(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。

 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。

       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(jī)主要用于校準(zhǔn)家庭個人計算機(jī)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(jì)原因，健康星的數(shù)量有限，穩(wěn)定性和可靠性無法保障。“北斗”系統(tǒng)正在健康快速的發(fā)展中。所以，目前GPS、北斗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(jī)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(jī)能聯(lián)網(wǎng)，就能進(jìn)行局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的計算機(jī)時間校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議采用的是RFC 1305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(dá)到幾百毫秒甚至只能達(dá)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。 

三、選用濟(jì)南唯尚的GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘解決時間同步問題。

一直以來，濟(jì)南唯尚電子有限公司致力于GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘的研發(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)品分幾十個型號可滿足不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)時間同步需求。同時，唯尚公司的產(chǎn)品已經(jīng)在電力、鐵路、衛(wèi)星、電信、安防、政府機(jī)關(guān)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。

唯尚產(chǎn)品采用19英寸1U機(jī)架式設(shè)計，內(nèi)置GPS接收機(jī)，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，可以為局域網(wǎng)內(nèi)成百上千的計算機(jī)、路由器等提供時間校準(zhǔn)終來達(dá)到整個網(wǎng)絡(luò)時間同步。 

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(dá)到幾百毫秒甚至只能達(dá)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。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(jī)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(jī)發(fā)生故障，這時本地的網(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)器具備高的自守時功能（守時精度1×10 －12即30年誤差1s）仍然能提供的時間源。

四、GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘的特點：

1．模塊化結(jié)構(gòu)，NTP/SNTP端口數(shù)量可靈活配置，多配置20路相互獨立的10/100M網(wǎng)口。

2．雙CPU同時工作，32位CPU雙核處理器，性能提高。

3．支持單星授時模式，適用于收星效果不佳的情況，有屋頂和貼窗天線可供選擇。

4．自保持能力強(qiáng)，裝置收不到衛(wèi)星信號后，自保持能力優(yōu)于0.42μS/min。

5．可同時為幾十萬臺客戶端、服務(wù)器、工作站提供時間服務(wù)。

6．支持WINDOWS9X/NT/2000/XP/2003、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX等操作系統(tǒng)及支持NTP協(xié)議的路由器、交換機(jī)、智能控制器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

7．裝置采用全模塊化即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護(hù)方便，同時為將來現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)改造擴(kuò)建時增加對時端口提供了方便。

五、GPS網(wǎng)絡(luò)校時鐘的詳細(xì)參數(shù)：
1．時間源：GPS、北斗、CDMA、IRIG-B、恒溫晶振OCXO、原子鐘可選；

2．電源：220V/110V交、直流自適應(yīng),雙電源冗余；

3．GPS接收頻率：1575.42MHz,接收靈敏度：捕獲〈-160dBW，跟蹤〈-163dBW。捕獲時間：裝置冷啟動時，〈5min；裝置熱啟動時，〈1min。

4．北斗接收器：通道：6；接收靈敏度：-157.6dBW；冷啟動首捕時間：≤2秒；失鎖重捕時間：≤1 秒；1PPS精度：優(yōu)于100nS。

5．平均無故障間隔時間(MTBF)≥150000小時；平均維修時間（MTTR）：一般不大于30分，使用壽命不少于20年。正常使用條件下無須維護(hù)。

6．授時精度：脈沖、B碼：0.1μS，串口：10μS ，NTP/SNTP：1-10ms；

7．網(wǎng)口支持協(xié)議：NTP/SNTP ，ARP，UDP/ Time，Telnet，ICMP，SNMP，MD5；