网络时间同步解决方案

一、时间同步概述

 随着信息的发展，各类信息系统也越来越多，网络时间同步应用已经非常普遍，如电力、金融、通信、交通、广电、安防、石化、冶金、水利、国防、医疗、教育、政府机关、IT等领域的网络系统需要在大范围保持计算机的时间同步和时间准确，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，这种同步过程叫做时间同步 。

目前各系统之间的时钟并不是完全精确统一。系统需要时钟的高度精确，且今后的各类系统之间数据交互会越来越多，相应的时钟要求也越来越精确。因此有一个好的标准时间校时器是非常必要的。

Network Time Protocol（NTP）是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正，且可由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。

NTP提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应该是国际标准时间UTC。 NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取。这样就有了准确而可靠的时间源，时间按NTP服务器的等级传播。

二、网络时间同步系统组成

NTP网络时间服务器可配置于IP网中，采用NTP协议（Network Time Protocol，网络时间协议）通过IP网络向网络中各计算机进行NTP授时，进行时间信号的传递。

装置以接收到的GPS信息（串口+1PPS）为时间源，通过NTP/SNTP协议同步网络中的所有计算机、路由器、交换机、服务器等设备,实现网络授时。大部分操作系统都自带NTP服务，只需做一下设置即可。

网络时钟同步服务器

网络对时作为一种时间同步方法, 比起目前在厂站中普遍采用的装置直接接 GPS外部高精度时钟源的方式, 有它经济、简单、规范[8] 、高效的优势,并且符合厂站自动化系统网络化的发展趋势。作为变电站内网络和系统的国际标准 IEC61850, 对网络对时的应用也有非常明确的要求和模型。

a.ntp网络时间服务器-时间服务器功能方面, 在IEC61850第5部分功能通信要求和装置模型的附件G中对IEC61850的时间同步任务规定: 时间同步用于系统内各装置间的同步。具有精确外部时间源的逻辑节点作为主时钟, 同一类型的另一个逻辑节点作为后备主时钟。通过主时钟对各分布节点设置绝对时间; 各分布节点时钟连续同步。为提高效率, 时钟同步最好通过协议层完成。可见除了主、备主时钟直接从外部高精度时间源获取时间, 站内其他装置还是要通过主时钟实现时间同步。

b. 网络时间同步-ntp网络时间服务器-时间服务器在模型方面,IEC61850第 7- 2 部分规 定的时间模型和时间同步原理图。图中的 IEC61850 特定通信服务映射( SCSM) 指的是IEC61850中定义的一种映射机制, 它提供了IEC61850中上层抽象通信服务接口( ACSI)服务和对象对特定应用协议/通信协议集的具体映射。

定义和说明如下: 主世界协调时间UTC( Universal Time Coordinated) 从外部高精度时间源 得到时间;时间服务器作为站内时间同步的时间源 采用时间同步协议与站内其他智能电子设备(IED)进行时间同步,具体采用的时间同步协议依赖于所选择的SCSM。对于网络型应用而言, SCSM指的是IEC61850第8-1部分所定义的到以太网加报文制造规范(MMS)的协议栈的映射。其中,简单网络时间协议(SNTP)被作为网络时间同步的应用层协议。

三、常见的对时系统结构

目前,厂站自动化系统中,对时系统普遍采用直接接线对时和网络对时相结合的方式。具体表现为: 通过1个或多个GPS接收机引入高精度时钟; 站控层则一般只有1~2台服务器采用串口时间报文的方 式从GPS接收机获取时间, 其余站控层节点则采用 网络对时的方式; 间隔层装置普遍采用直接接线到GPS接收机的方式获取时间, 一般采用分/秒脉冲、IRIG-B码、DCF77码方式。

由于间隔层装置众多, GPS接收机装置往往连有扩展箱, 以便多出接点, 并且允许同一面屏上若干装置共用同1副接点, 或者允许1副接点连接若干 台装置。不同厂家出厂的GPS接收装置, 其秒脉冲、IRIG-B码输出精度略有不同。图2是典型500kV变电站对时系统结构。对于那些直接从GPS接收机取秒脉冲、分脉冲 信号的装置, 它还需要综合当前时刻的分、秒值(这些信息一般由其他节点通过网络传送) , 才能给出当前准确时间。其时间精确度和具体硬、软件实现水平有很大关系。

由于实现精度的限制以及部分装置设计结构等其他原因,目前,在实际应用中网络对时主要用于站控层或者站内远动单元与上级调度之间,还很少用于间隔层以下。不排除随着在精度问题上的突破, 在间隔层上也部分或全部引入网络对时的可能性。

四、网络时间同步协议

首先必须指出,对于那些直接把时间值发到下一级节点或者由主站端直接通过规约报文把时间值发给子站端的做法, 在站控层有可能达到精度要求,在间隔层以下则肯定不行。这一点在文献[ 11] 的仿真分析中得到证明。为了保证一定的精度,需要借助于一定的算法 和协议。目前, 这方面的网络协议首推网络时间协议(NTP)或简单网络时间协议(SNTP)。

NTP协议全称网络时间协议。这是一个互联网上的对时协议, 最早是由美国Delaware大学的 David L.Mills教授设计实现的,从1982年最初提出到现在已发展到NTP V4。NTP是建立在UDP/IP协议之上的一个应用层协议,采用一种层次式分布结构, 即第0层是外部高精度时间源, 第1层时间服务器从第0层取得时间并通过 NTP 协议给其他层提供时间, 第2层以后都从上一层或者同层取得时间, 显然时间精度随层数增加而递减。其同步模式可分为客 户 /服务器模式、对等模式和广播/多播模式等。为了保证安全性, 并且定义有授权和加密措施。

NTP协议是要在复杂的Internet网络上定义一种时间同步协议, 它所要考虑的问题比厂站自动化系统环境复杂得多,典型的如:多时钟源(可多至几十至几百)、干扰性时钟信号、黑客攻击和不确定的网络延迟等。为了保证精度,NTP协议定义了相应的NTP时钟模型和算法,其算法有收包算法( 计算时间包的偏移、网络延迟、错误估计等值) 、时间过滤算法(进行时间包的健全性检验和过滤) 、交集选择算法-聚类算法(这2个算法都是对时间包进行精选, 留下合格的时间包信息) 、合成算法(根据合格的不同时间源来的包信息, 加权合成为更精确的时间信号) 。

SYN2101型NTP网络时间服务器

在目前NTP V4中, 调整的对象不仅包括时间偏移, 也包括相应节点的频率误差补偿, 以及根据测得的网络抖动对系统参数作相应的调整。这些网络时间同步的新特性还可能用到操作系统或硬件的特殊支持。

五、网络时间同步服务器厂家介绍

西安同步电子科技有限公司研发生产多种网络时间同步服务器，包括北斗网络时间同步服务器，GPS网络时间同步服务器，CDMA网络时间同步服务器等等。网络时间同步服务器内部的时钟源可以选择温补晶振、恒温晶振、铷钟等；机箱可以选择1u或者4u的，1u机箱输出NTP/SNTP路数最多4路，4u机箱最多可以输出70路NTP网络接口，满足市场上绝大多数需求。欢迎新老朋友交流网络时间服务器相关技术问题。

六、网络时间同步服务器价格汇总

网络时间同步服务器一般的市场价格在5000-30000元之间，主要是根据以下原因进行区别：1）外部时钟源区别，比如北斗卫星比gps卫星贵，增加比如1pps，10mhz，IRIG-B，cdma等就会更贵；2）根据NTP吞吐量来区别价格，目前经常有的是1000,2000,3000,4000,8000,10000,12000,14000次每秒，吞吐量越大价格越高；3）内部时钟源不同，温补晶振、恒温晶振、铷钟是价格越来越高；4）网络速度不同，10m，100m，1000m，速度越快价格越高；所以用户再询问价格是要根据具体性能对比价格，不能仅仅是对比价格，特别是目前市场上有些厂家使用sntp代替ntp，sntp肯定价格特别低，根本就无法完全满足ntp的要求，因此建议采购网络时间同步服务器之前，务必了解清楚，有其他技术问题随时可以与我公司技术人员联系。