網路光陰同步解決籌劃

一、時間同步概述

隨著信息的發展，各類信息系統也越來越多，網路時間同步應用已經非常普遍，如電力、金融、通信、交通、廣電、安防、石化、冶金、水利、國防、醫療、教育、政府機關、IT等領域的網路系統需要在大範圍保持計算機的時間同步和時間準確，將通信網上各種通信設備或計算機設備的時間信息(年月日時分秒)基於UTC（協調世界時）時間偏差限定在足夠小的範圍內，這種同步過程叫做時間同步 。

目前各系統之間的時鐘並不是完全精確統一。系統需要時鐘的高度精確，且今後的各類系統之間數據交互會越來越多，相應的時鐘要求也越來越精確。因此有一個好的標準時間校時器是非常必要的。

Network Time Protocol（NTP）是用來使計算機時間同步化的一種協議，它可以使計算機對其服務器或時鐘源（如石英鐘，GPS等等)做同步化，它可以提供高精準度的時間校正，且可由加密確認的方式來防止惡毒的協議攻擊。

NTP提供準確時間，首先要有準確的時間來源，這一時間應該是國際標準時間UTC。 NTP獲得UTC的時間來源可以是原子鐘、天文台、衛星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準確而可靠的時間源，時間按NTP服務器的等級傳播。

二、網路時間同步系統組成

NTP網路時間服務器可配置於IP網中，採用NTP協議（Network Time Protocol，網路時間協議）通過IP網路向網路中各計算機進行NTP授時，進行時間信號的傳遞。

裝置以接收到的GPS信息（串口+1PPS）為時間源，通過NTP/SNTP協議同步網路中的所有計算機、路由器、交換機、服務器等設備,做到網路授時。大部分操作系統都自帶NTP服務，只需做一下設置即可。

網路時鐘同步服務器

網路對時作為一種時間同步方法, 比起目前在廠站中普遍採用的裝置直接接 GPS外部高精度時鐘源的方式, 有它經濟、簡單、規範[8] 、高效的優勢,並且符合廠站自動化系統網路化的發展趨勢。作為變電站內網路和系統的國際標準 IEC61850, 對網路對時的應用也有非常明確的要求和模型。

a.ntp網路時間服務器-時間服務器功能方面, 在IEC61850第5部分功能通信要求和裝置模型的附件G中對IEC61850的時間同步任務規定: 時間同步用於系統內各裝置間的同步。具有精確外部時間源的邏輯節點作為主時鐘, 同一類型的另一個邏輯節點作為後備主時鐘。通過主時鐘對各分布節點設置絕對時間; 各分布節點時鐘連續同步。為提高效率, 時鐘同步最好通過協議層完成。可見除了主、備主時鐘直接從外部高精度時間源獲取時間, 站內其他裝置還是要通過主時鐘做到時間同步。

b. 網路時間同步-ntp網路時間服務器-時間服務器在模型方面,IEC61850第 7- 2 部分規 定的時間模型和時間同步原理圖。圖中的 IEC61850 特定通信服務映射( SCSM) 指的是IEC61850中定義的一種映射機制, 它提供了IEC61850中上層抽象通信服務接口( ACSI)服務和對象對特定應用協議/通信協議集的具體映射。

定義和說明如下: 主世界協調時間UTC( Universal Time Coordinated) 從外部高精度時間源 得到時間;時間服務器作為站內時間同步的時間源 採用時間同步協議與站內其他智能電子設備(IED)進行時間同步,具體採用的時間同步協議依賴於所選擇的SCSM。對於網路型應用而言, SCSM指的是IEC61850第8-1部分所定義的到以太網加報文製造規範(MMS)的協議棧的映射。其中,簡單網路時間協議(SNTP)被作為網路時間同步的應用層協議。

三、常見的對時系統結構

目前,廠站自動化系統中,對時系統普遍採用直接接線對時和網路對時相結合的方式。具體表現為: 通過1個或多個GPS接收機引入高精度時鐘; 站控層則一般只有1~2台服務器採用串口時間報文的方 式從GPS接收機獲取時間, 其餘站控層節點則採用 網路對時的方式; 間隔層裝置普遍採用直接接線到GPS接收機的方式獲取時間, 一般採用分/秒脈沖、IRIG-B碼、DCF77碼方式。

由於間隔層裝置眾多, GPS接收機裝置往往連有擴展箱, 以便多出接點, 並且允許同一面屏上若干裝置共用同1副接點, 或者允許1副接點連接若干 台裝置。不同廠家出廠的GPS接收裝置, 其秒脈沖、IRIG-B碼輸出精度略有不同。圖2是典型500kV變電站對時系統結構。對於那些直接從GPS接收機取秒脈沖、分脈沖 信號的裝置, 它還需要綜合當前時刻的分、秒值(這些信息一般由其他節點通過網路傳送) , 才能給出當前準確時間。其時間精確度和具體硬、軟件做到水平有很大關係。

由於做到精度的限制以及部分裝置設計結構等其他原因,目前,在實際應用中網路對時主要用於站控層或者站內遠動單元與上級調度之間,還很少用於間隔層以下。不排除隨著在精度問題上的突破, 在間隔層上也部分或全部引入網路對時的可能性。

四、網路時間同步協議

首先必須指出,對於那些直接把時間值發到下一級節點或者由主站端直接通過規約報文把時間值發給子站端的做法, 在站控層有可能達到精度要求,在間隔層以下則肯定不行。這一點在文獻[ 11] 的仿真分析中得到證明。為了保證一定的精度,需要借助於一定的算法 和協議。目前, 這方面的網路協議首推網路時間協議(NTP)或簡單網路時間協議(SNTP)。

NTP協議全稱網路時間協議。這是一個互聯網上的對時協議, 最早是由美國Delaware大學的 David L.Mills教授設計做到的,從1982年最初提出到現在已發展到NTP V4。NTP是建立在UDP/IP協議之上的一個應用層協議,採用一種層次式分布結構, 即第0層是外部高精度時間源, 第1層時間服務器從第0層取得時間並通過 NTP 協議給其他層提供時間, 第2層以後都從上一層或者同層取得時間, 顯然時間精度隨層數增加而遞減。其同步模式可分為客 戶 /服務器模式、對等模式和廣播/多播模式等。為了保證安全性, 並且定義有授權和加密措施。

NTP協議是要在複雜的Internet網路上定義一種時間同步協議, 它所要考慮的問題比廠站自動化系統環境複雜得多,典型的如:多時鐘源(可多至幾十至幾百)、干擾性時鐘信號、黑客攻擊和不確定的網路延遲等。為了保證精度,NTP協議定義了相應的NTP時鐘模型和算法,其算法有收包算法( 計算時間包的偏移、網路延遲、錯誤可能等值) 、時間過濾算法(進行時間包的健全性檢驗和過濾) 、交集選擇算法-聚類算法(這2個算法都是對時間包進行精選, 留下合格的時間包信息) 、合成算法(根據合格的不同時間源來的包信息, 加權合成為更精確的時間信號) 。

SYN2101型NTP網路時間服務器

在目前NTP V4中, 調整的對象不僅包括時間偏移, 也包括相應節點的頻率誤差補償, 以及根據測得的網路抖動對系統參數作相應的調整。這些網路時間同步的新特性還可能用到操作系統或硬件的特殊支持。

五、網路時間同步服務器廠家介紹

西安同步電子科技有限公司研發生產多種網路時間同步服務器，包括北斗網路時間同步服務器，GPS網路時間同步服務器，CDMA網路時間同步服務器等等。網路時間同步服務器內部的時鐘源可以選擇溫補晶振、恒溫晶振、銣鐘等；機箱可以選擇1u或者4u的，1u機箱輸出NTP/SNTP路數最多4路，4u機箱最多可以輸出70路NTP網路接口，滿足市場上絕大多數需求。歡迎新老朋友交流網路時間服務器相關技術問題。

六、網路時間同步服務器價格匯總

網路時間同步服務器一般的市場價格在5000-30000元之間，主要是根據以下原因進行區別：1）外部時鐘源區別，比如北斗衛星比gps衛星貴，增加比如1pps，10mhz，IRIG-B，cdma等就會更貴；2）根據NTP吞吐量來區別價格，目前經常有的是1000,2000,3000,4000,8000,10000,12000,14000次每秒，吞吐量越大價格越高；3）內部時鐘源不同，溫補晶振、恒溫晶振、銣鐘是價格越來越高；4）網路速度不同，10m，100m，1000m，速度越快價格越高；所以用戶再詢問價格是要根據具體性能對比價格，不能僅僅是對比價格，特別是目前市場上有些廠家使用sntp代替ntp，sntp肯定價格特別低，根本就無法完全滿足ntp的要求，因此建議採購網路時間同步服務器之前，務必了解清楚，有其他技術問題隨時可以與我公司技術人員聯繫。

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