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时间同步系统的实现和应用

2006-07-08 17:12 423 查看

时间同步系统的实现和应用

　　时间同步系统的实现和应用　　

一、时间同步的意义

　　将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年月日时分秒)基于UTC（协调世界时）时间偏差限定在足够小的范围内（如100ms），这种同步过程叫做时间同步。

　　一般来说，时间同步应用最广泛的是在INTERNET上的计算机。计算机时钟用于记录事件的时间信息，如E-MAIL信息、文件创建和访问时间、数据库处理时间等。时钟还被用于控制备份的操作、为设计自动构造编译器检查文件是否变动过以及其他应用。如果计算机时钟不精确，那么这些应用中很多将无法正常工作。对时间敏感的计算机系统，如金融业界服务器、EDI、大型分布式商业数据库、航天航空控制计算机等，更需要高精度的时间信息。交通运输业的时间显示系统，如地铁时刻表显示系统、机场时刻表显示系统，如果偏差较大，可能会影响旅客的旅行。

　　CDMA基站需要UTC信息。依赖GPS卫星时间同步的CDMA系统，基站之间的时间同步均以公共CDMA时标为基准，该时标通过接收GPS定时，同步于UTC时间。BTS需要绝对时间以获取从MS发送的CDMA信号。在软切换中，可能在选择器中发生邮件指令不匹配，这是由于BS消息路径队列延迟。为防止这种不匹配，所有BTS和BSC必须时间同步。

　　时间同步功能还应用在电话计费方面，这是因为多运营商的出现和分时段费率的存在。网间计费不一致所造成的话单损失，采用时间同步可减小甚至消除。比如，电信和联通互通时，是通过关口局计费，假如电信侧计费起点为20：58（半费时段前），而联通侧计费起点为21：01（半费时段后），则电信、联通计费话单会出现误差，通常的做法是丢弃话单，损失由双方运营商承担。如果在双方的交换机上可以接收BITS提供的绝对时刻（TOD），则双方的计费误差可以控制在毫秒级，从根本上避免话单差异。即使只有一方的交换机可做到接收TOD，则在话单决策上，该方可占据裁决地位，为己方消除损失。因此，TOD解决方案是运营商密切关注的一个同步新技术。

　　网管系统的告警和日志同样需要准确记录事件和告警的准确时间，以便进行故障和性能分析。譬如，网管中心产生的告警时间，可能不是交换机实际产生告警的准确时间。另外当网管中心采用多点日志记录时，如果网络各个节点时间不同步，将造成日志记录的混乱。若需要这些信息快速准确进行故障定位，准确的时间是必不可少的。

二、UTC时间基准的获取

　　世界上大多数国家采用的标准时间标度是基于地球自转的天文时和基于原子振荡的原子时获得的协调世界时UTC。UTC时间通过很多途径散播，包括无线与卫星导航系统，电话调制解调器和便携计时器。

　　卫星导航系统的时间基准是由各自国家的地面时间基准源授时的，因此，采用GPS或GLONASS接收机就可以方便地获得UTC时间。新型的GPS/GLONASS接收机能够直接输出1PPS、RS－232、IRIG－B的格式信号，为目前广泛应用时间信息奠定基础。

　　为了实现时间信息的传播，并保证传播精度，就需要分布式网络时间协议。这些协议能够保证时间同步网元设备正确读取服务器的时间，将读数传送给一个或更多的客户，并且根据需要调整每个客户的时间。这些协议包括：Network Time Protocol（NTP），Digital Time Synchronization Protocol （DTSS）等。

三、UTC时间的传播方式

　　传送UTC的时间信息，通常有无线传输方式（高频或低频无线电信号）、有线传输方式（DCN、PSTN、DDN等），一般来说，电信网采用有线传输方式来解决UTC时间的传播。

　　随着计算机网络的发展，Network Time Protocol（NTP）协议成为TCP/IP协议家族的一员。目前internet网上安装了NTP软件的时间服务器(NTP)向其客户端计算机提供时间服务基准，一级时间服务器(NTP)几乎都是从GPS接收机获得UTC的绝对时刻信息（采用RS－232接口），低级别的时间服务器(NTP)通过基于TCP/IP的DCN网从上级服务器获得UTC时间。所有需要时间的客户端计算机通过安装NTP的客户端程序，从指定的时间服务器(NTP)上获得UTC时间信息，用于校准自身的当前时间信息。

　　1998年，Internet中NTP协议就拥有超过230个通过无线、卫星和Modem同步的一级时间服务器(NTP)，以及远远超过100，000个二级服务器和客户机。另外，在政府，社团和机构中还有数以千计的专网。它们在同步网络中作为一个子树或子网，其中一级服务器作为根，而二级服务器和客户机处于不断增长的下层。

　　采用NTP协议提供TOD，适合具有DCN网的用户，投资最省，精度满足计费、电子商务、网管的需求。

四、时间同步组网方案

　1、局间时间同步

　　局间时间同步组网结构为一级时间服务器(NTP)（stratum 1）、二级时间服务器(NTP)（stratum 2）、……、15级时间服务器(NTP)（stratum 15）。

　　上下级时间服务器(NTP)首选采用DCN网，通常上下级时间服务器(NTP)之间设置为转接次数较少的固定路由，传输距离也不特别长，因此此种方式具有投资最省、性能良好、安装方便、无需维护等特点，完全能够满足电信用户和业务对秒级精度的基本需求（经过跟踪能够达到远高于100ms的精度）。若暂不具备DCN网，也可自行组建专用时间同步DCN网进行NTP包的传送，如DDN专线、PSTN专线（需要采用MODEM）或者E1专线。只要服务器之间的传输通道稳定正常工作，足以使得各级时间服务器(NTP)拥有毫秒级的精度。

　2、局内时间同步

　　安装了客户端NTP软件的计算机，借助局域网的LAN从网络时间服务器(NTP)获得UTC时间参考，计算本地UTC时间信息；客户端计算机安装一个基于NTP或SNTP的软件程序就可取得同步信息。

　　由此可见，凡是能够与时间服务器(NTP)处于同一大楼的计算机用户，通过TCP/IP的局域网是获得TOD时间的最高效的手段，因而该方式具有投资省，软件安装方便，精度高的特点，最易于大量推广采用。

　　无法上LAN局域网的计算机，只能通过可接入用户设备物理接口（如IRIG-B、RS－232等）进行单独传送UTC信息。

　　因此目前采用NTP协议是最佳选择方案，足以满足通信网上绝大多数网管中心和通信设备（工作站、服务器、维护终端、交换机）对告警、日志、计费、文件记录等业务的精度要求。对原有数据网负荷不会有多少影响（一般不超过总负荷的2％），同时安装使用或升级维护均很方便。

　　时间服务器(NTP)采用标准的NTP协议，其提供的接口也是标准的，其他被同步的时间服务器(NTP)和使用者不必采用和首级时间服务器(NTP)相同的操作系统和软件，只需提供标准的NTP接口即可使用SYNLOCK提供的NTP服务。华为公司提供其它级别的时间服务器(NTP)软硬件，为其它基于WINDOWS NT的网管中心或SUN工作站提供时间服务器(NTP)软件。

　　时间服务器(NTP)与同步设备间的通信网可利用现有的专用网络，也可通过PSTN、DDN等各种通信网络自行构建。因网络接口、协议接口均采用标准协议，可扩充性、兼容性好，可方便、经济地为各时间使用设备提供精确的时间。

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