北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘（GPS對(duì)時(shí)器）在局域網(wǎng)時(shí)間同步中的應(yīng)用

• 型   號(hào)：W9001
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隨著電廠、變電站自動(dòng)化水平的提高，各種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化裝置廣泛應(yīng)用，如調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波裝置。

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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(wèn)題已經(jīng)基本解決，而時(shí)間的同步還沒(méi)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(guò)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(wú)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(guò)支持NTP協(xié)議的北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘（濟(jì)南唯尚W系列）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9 192 631 770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(guò)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。

 二、時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)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。

       長(zhǎng)短波授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)

    利用無(wú)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。

       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(hù)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。

       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(wú)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(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Windows XP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RFC 1305標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）采用的是RFC 1769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(lài)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(lái)解決精度的問(wèn)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、選用濟(jì)南唯尚的北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘解決時(shí)間同步問(wèn)題。

　　一直以來(lái)，濟(jì)南唯尚電子有限公司致力于北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的研發(fā)，可根據(jù)客戶(hù)的要求單獨(dú)定做，并取得了廣大客戶(hù)的認(rèn)可。目前產(chǎn)品分幾十個(gè)型號(hào)可滿(mǎn)足不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步需求。同時(shí)，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(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，可以為局域網(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)zui終來(lái)達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。

　　在前面互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)中提到因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及延時(shí)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(jí)。那么在龐大的網(wǎng)絡(luò)中需要一級(jí)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器來(lái)很好的解決校準(zhǔn)精度和冗錯(cuò)的問(wèn)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(shí)間同步。如果僅僅在主干網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺(tái)網(wǎng) 絡(luò) 時(shí)間服務(wù)器，那么分支網(wǎng)絡(luò)中的客戶(hù)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(guò)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(wèn)題，因?yàn)檫@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(hào)時(shí)大家的時(shí)間源都是當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，所以時(shí)間源的*性得到保證。同時(shí)，即便某地的GPS接收機(jī)發(fā)生故障，這時(shí)本地的網(wǎng) 絡(luò) 時(shí)間服務(wù)器可作為NTP的客戶(hù)端向上主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的一級(jí)時(shí)間服務(wù)器請(qǐng)求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間繼續(xù)提供的時(shí)間源為本地網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)端提供校準(zhǔn)服務(wù)。在情況下，當(dāng)主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立的一級(jí)時(shí)間服務(wù)器GPS也發(fā)生故障時(shí)，分支網(wǎng)的時(shí)間服務(wù)器具備高的自守時(shí)功能（守時(shí)精度1×10 －12即30年誤差1s）仍然能提供的時(shí)間源。

四、北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的特點(diǎn)：

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

2．雙CPU同時(shí)工作，32位CPU雙核處理器，性能提高。

3．支持單星授時(shí)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(hào)后，自保持能力優(yōu)于0.42μS/min。

5．可同時(shí)為幾十萬(wàn)臺(tái)客戶(hù)端、服務(wù)器、工作站提供時(shí)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(jì)，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護(hù)方便，同時(shí)為將來(lái)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)改造擴(kuò)建時(shí)增加對(duì)時(shí)端口提供了方便。

五、北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的詳細(xì)參數(shù)：
1．時(shí)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(shí)間：裝置冷啟動(dòng)時(shí)，<5min；裝置熱啟動(dòng)時(shí)，<1min。

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

5．平均*間隔時(shí)間(MTBF)≥150000小時(shí)；平均維修時(shí)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(wú)須維護(hù)。

6．授時(shí)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，net，ICMP，SNMP，MD5；