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北斗校時(shí)服務(wù)器在分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用
更新時(shí)間：2016-11-16 點(diǎn)擊次數(shù)：2018次
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(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)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(shí)間的同步還沒有得到很好的解決。時(shí)間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的各個(gè)應(yīng)用界面的時(shí)鐘的時(shí)刻和時(shí)間間隔與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）同步，zui起碼在一個(gè)局域或城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)要和北京時(shí)間同步。時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)是保證時(shí)間同步的基礎(chǔ)，構(gòu)成時(shí)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(shí)間同步技術(shù)及產(chǎn)品，也就是通過支持NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。
時(shí)間的基本單位是秒，它是單位制（SI單位制）的七個(gè)基本單位之一。1967年的計(jì)量大會(huì)（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(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)輻射的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”，即“原子秒”（TAI）?，F(xiàn)在常用的協(xié)調(diào)世界時(shí)實(shí)際上是經(jīng)過閏秒調(diào)整的原子秒。
目前在基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)層面所使用的主要是銫原子鐘。中國(guó)計(jì)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，已接近水平。其實(shí)，在應(yīng)用層面上并不需要國(guó)家基準(zhǔn)這樣高的時(shí)間和頻率準(zhǔn)確度。不同的應(yīng)用對(duì)準(zhǔn)確度的要求是不同的，表1列舉了一些典型的應(yīng)用對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確度的要求（應(yīng)用界面時(shí)間相對(duì)于UTC時(shí)間的誤差）。
二、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)
目前有多種時(shí)間同步技術(shù)，每一種技術(shù)都各有特點(diǎn)，不同技術(shù)的時(shí)間同步精度也存在較大的差異1、長(zhǎng)短波授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)
利用無線電信號(hào)授時(shí)已經(jīng)具有80多年的歷史，上長(zhǎng)波授時(shí)主要使用羅蘭-C系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)發(fā)射臺(tái)設(shè)在沿海地區(qū)，主要用于軍事和導(dǎo)航，尚不民用。
2、撥號(hào)時(shí)間同步技術(shù)
撥號(hào)授時(shí)（ACTS）使用的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，只需線、模擬調(diào)制解調(diào)器、PC及客戶端軟件即可。目前這種計(jì)算機(jī)主要用于校準(zhǔn)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)間，同時(shí)不具備實(shí)時(shí)性。
3、GPS時(shí)間同步技術(shù)
GPS時(shí)間同步技術(shù)是當(dāng)前較成熟并在上廣泛采用的時(shí)間同步技術(shù)。目前上除了美國(guó)的GPS還有前蘇聯(lián)的GLANASS系統(tǒng)和我國(guó)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)尚未民用，而且無法做到實(shí)時(shí)覆蓋。目前GPS屬于比較成熟可靠的系統(tǒng)。
4、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)
使用互聯(lián)網(wǎng)同步計(jì)算機(jī)的時(shí)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(shí)間協(xié)議（NTP）嵌入到WindowsXP系統(tǒng)中，只要計(jì)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(jì)算機(jī)時(shí)間校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議采用的是RFC1350標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）采用的是RFC1769標(biāo)準(zhǔn)。NTP協(xié)議包含一個(gè)64bit的協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）時(shí)間戳，時(shí)間分辨率時(shí)200ps，并可以提供1~50ms的時(shí)間精度（依賴網(wǎng)絡(luò)負(fù)載）。但實(shí)驗(yàn)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(jí)。所以，在龐大的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)設(shè)立一級(jí)和二級(jí)時(shí)間服務(wù)器來解決精度的問題。
另外，還有兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的、低精度的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(shí)間同步。
三、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器
網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器是GPS時(shí)間同步技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)的結(jié)合。采用19英寸1U機(jī)架式設(shè)計(jì)，內(nèi)置GPS接收機(jī)，以GPS衛(wèi)星時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源，支持NTP協(xié)議（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP協(xié)議。能夠?yàn)榫钟蚓W(wǎng)內(nèi)成百上千的計(jì)算機(jī)、路由器等提供時(shí)間校準(zhǔn)。
在上面的方案中，從省中心網(wǎng)絡(luò)到各地市級(jí)網(wǎng)絡(luò)需要保持應(yīng)用界面的時(shí)間同步。如果僅僅在省級(jí)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器那么地市級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的客戶端由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等原因不能保證所需精度，那么通過在地市級(jí)網(wǎng)絡(luò)中也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器就能解決這一問題，但是如果網(wǎng)絡(luò)條件較好的情況下，這種誤差NTP協(xié)議時(shí)可以自動(dòng)補(bǔ)償過來的。
