2017年4月，我公司自主研发生产的ntp时间同步服务器在乌鲁木齐市城市管理指挥中心投入使用，并获得相当不错的好评。

ntp时间同步服务器简介

为简化时间同步网络的建立过程，降低与追溯系统其它模块的耦合性，提高校时模块的准确性与独立性，将时间同步的服务端和客户端的实现封装为单独的类库，采取动态链接库的形式，它们可以十分方便地与现有的追溯系统进行集成装配，以快速搭建完整的时间同步网络。

时间同步的服务端类库的作用是在**的端口上监听是否有NTP 数据包到达，在新到达的NTP 数据包中插入本地计算机的当前时间，然后再更换目的地址和源地址将该数据包再发送出去。

系统在时间同步时使用SNTP 协议，其传输基于用户数据报协议（User Datagram Protocol,UDP），要求的资源开销和网络带宽很小，能有效地避免拥塞。同时该协议是TCP/IP 的应用层协议，支持TCP/IP 的网络都可以使用这种方法进行校时。追溯系统涉及多种异质网络和设备绝大多数都对TCP/IP 协议提供了很好的支持，因此可以不关心异质网络和设备之间的差别，实现追溯系统内整体的时间的同步。测试表明SNTP 时间同步网络在广域网范围内可以达到几十毫秒的精度，完全可以满足追溯系统对时间同步精度的要求

ntp时间同步服务器的特点

1）以GPS 卫星时间作为第一级服务器的标准时钟源，使用串行通信接口方式获取GPS 时间，其误差在毫秒级，准确可靠；

2）整个网络的成本较低，仅需要增加作为时钟源的GPS 硬件设备；

3）具有较大的灵活性，可以根据实际追溯系统的结构和现有网络情况调整网络的级别，可以随时加入或减少连结到网络的设备；

4）系统运行采取的是多对多的模式，一个服务器对应于多个客户端，一个客户端也可以对应多个服务器，存在多条通路，不仅可以减少一个服务器的负荷，还可以在网络或设备存在故障时起到分流和备用的作用，增强了系统工作的可靠性和稳定性；

5）整个系统的负载较小，一个NTP 数据包的字节数仅为几十个字节，且第三级设备校时的频率是在每30 min内进行2 次，系统开销非常小。

SNTP 时间同步原理

时间同步是指网络各节点设备的时钟时刻和时间间隔与世界标准时间（UniversalTime Coordinated, UTC）同步，保证各设备的时间信息基于UTC 时间的误差限定在足够小的范围内。

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）由美国德拉瓦大学的David L.Mills 教授于1985 年提出，用于实现互联网上计算机的精确的时间同步。SNTP(SimpleNetwork Time Protocol)的全称是“简单网络时间同步协议”，是一个简化了的NTP 服务器和NTP 客户端策略，不需要实现NTP 协议的所有功能，其功能是使网络内设备的时钟与标准的时钟源保持同步。SNTP对性能差异很大的客户端及服务器均能适用，且适用于客户端及服务器所在网络有大范围的网络延迟和抖动的情况。SNTP 协议同步系统时钟有两种工作模式。一是广播模式（Multicast/Broadcast mode）：此种工作模式适用于高速的局域网内部，服务器在固定周期向多个客户机主动发出时间信息，客户机根据此时间信息校正系统时钟；二是客户机/服务器模式（Client/Server mode），客户机定时向授时服务器请求时间信息，根据双方交换的时间信息，实现客户机与授时服务器时钟的同步。

客户机/服务器模式下客户机首先向服务器发送一个NTP 包，其中包含了该包离开客户机时的时间戳T1，当服务器接收到该包时，依次填入数据包到达时的时间戳T2 和包离开时的时间戳T3，然后立即把包返回给客户机，客户机接收到响应包时再填入包回到客户机的时间戳T4，客户机利用这4 个时间戳和包交换的往返延迟（TQ和TR）就能够计算出客户机与服务器之间的时钟偏移量ΔT。

基于NTP 减少计算机时钟偏差

通用PC 机自带两类时钟源： 硬件时钟和软件时钟( 或称为系统时钟)。不论是硬件时钟还是软件时钟， 都是由石英晶体振荡器驱动的， 通过累计石英晶体振荡器输出脉冲数， 换算出时间。所以计算机时钟的准确度取决于晶振频率准确度。受温度变化、电压、芯片老化等因素影响，晶振频率会发生小幅度波动， 其中温度对晶振频影响最大。由于工艺和材料的原因， 同一生产线上标称频率相同的石英晶体， 其实际频率是不同的， 实际频率与标称频率偏差率从10-4 量级到10-9 量级不等。以10-4量级为例， 时钟每天至少误差8.64 s 。

4.2 基于NTP 减少计算机时钟频率偏差

时钟频率偏差是时钟长期计时累积误差的主要原

因， 要提高时钟长期计时精度， 必须补偿时钟频率偏差。

联网的计算机可采用NTP 方式, 可非常方便地校准时钟

频率偏差以NTP 服务器时钟为标准时间， 在某一时刻设置NTP 客户机时间为NTP 服务器当前时间T0 ， 经过一段时间后，NTP 服务器时间为T0+tsn，NTP客户端时间为T0+tcn。因为存在时钟频率偏差，tsn与tcn并不相等。NTP 客户端时间tcn需乘以时钟频率偏差系数k 才等于tsn， 即tsn=k×tcn， 所以k=tsn/tcn。任何晶振实际工作频率都是不稳定的， 只是程度不计算机技术与应用Computer Technology and Its Applications123

即使温度补偿的晶振， 在常温范围内(摄氏10℃

～35℃) 也有大约5×10-7～2×10-6 的误差。晶振实际频率

是受外界多种因素( 温度、电压、老化等) 影响而改变的。

因此， 时钟频率偏差系数k 并非恒定不变的。每隔一定

时间，NTP 客户机要对时钟频每隔一定时间，NTP 客户机要对时钟频率偏差系数k 进行校正，才能保证计时精度。

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