大型舰船的发展已从最初的独立式系统、集中式系统、分开式系统、分布式系统逐步向信息化、网络化、新型数字化分布式体系结构发展。根据Internet网上已经使用的NTP对时服务器对时原理为依据,设计舰船NTP对时服务器的对时改进方案,为实现多艘舰船协同工作的时间坐标统一提供可参考的依据。

为了更好地适应未来多艘舰船“网络集中指挥”必须尽快建立时间坐标统一、空间坐标统一的互通能力和协同工作能力创造条件。

1、NTP对时基本原理

NTP协议(NetworkTimeProtocol)是随着Internet的广泛发展建立的网络授时系统中使用的授时软件协议。所谓网络授时系统,顾名思义,就是通过网络对网络计算机进行授时,以达到网络计算机之间的互相同步。Internet网络授时系统的实现方案是建立若干授时网站,为用户提供通用的授时软件,并且为用户提供与时间服务器的链接,只要用户通过授时软件就能和任何一个时间服务器建立连接,并完成时间传递,从而达到时间统一。

NTP协议提供了全面访问国家时间和频率传播服务的机制,组织时间同步子网并且为参加子网每一个地方时钟调整时间。在今天的因特网的大多数地方,NTP提供了1～50ms的精确度,精确度的大小取决于同步源和网络路径等特性,适用于客户机和服务器所在网络有大范围网络延迟和抖动的情况。

2、NTP对时体系结构

NTP建立起来的网络体系结构是分层管理类树型结构。每一层的节点有两种可能:时钟源和客户。每一层的节点可向上一层或本层的时钟源请求时间校正。第0层已被官方保留。第一层为一级时钟源,其上没有任何客户,只有主钟源,这些钟源之间相互不允许校正,一级钟源的任务就是将时间信息向第二层的钟源或客户发布。第二层及以下层除层数、时间质量不一样外没有本质的区别。

第一层的机器时间来自外部时钟源。时间是向下传递的。双向箭头表示连接双方可以互相校时。具体要看双方时间质量的好坏,由好的一方向差的一方提供校时服务,双箭头只存在于同层间。

3、NTP对时工作模式

NTP协议有三种工作模式,分别是主/被动对称工作模式、客户/服务器模式和广播模式。主/被动对称工作模式均可同步对方或被对方同步,两者的时间质量同级,主动方发申请向被动方同步。

客户/服务器模式下只能客户方被服务器同步。

广播模式为一对多连接,由服务器主动发出时间信息,客户由此信息调整自己的时间,计算时忽略网络延时δ2,在准度上有损失。其实,也可以看出,广播模式因为没有T1、T2的时间信息无法按公式计算。实际应用多为客户/服务器模式。NTP是UDP的客户端,服务器与客户端操作的模式是一种没有持久状态的RPC模式。协议报文格式如下。

NTP对时协议

报文中“原始时间戳”为客户端发送时间同步请求报文时间,“接受时间戳”为服务器接收到的时间,“传送时间戳”为服务器送出应答的时间。原始时间戳、接受时间戳、传送时间戳分别对应T1、T2、T3,当客户端收到服务器的回复报文后记为T4,这样就可以根据公式(1)调整客户时钟。时间戳为一个64位无符号定点数,以秒的形式从1900年1月1日的0:0:0算起。整数部分在前32位里,后32位(secondsFraction)用以表示秒以下的部分。它代表的精度大约是200皮秒。

全套的NTP算法用来支持冗余校验和不同的网络路径,当不需实现NTP完全功能的情况下,还有一种SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol简单网络时间协议)可以实现。SNTP服务器通常与外同步时间源(比如GPS)一起作为第一层服务器。

4、NTP对时服务器改进应用

根据NTP协议的使用要求,经过改进后的NTP对时服务器是有它的可行性的。首先,NTP对时服务器是作为作战系统网络的根操作,NTP对时服务器可以有冗余的外同步源,需要进行网络对时的分系统(设备)作为NTP对时服务器的客户端在网络的操作,客户端之间不能相互同步。这种连接方式满足NTP协议体系结构。其次,NTP对时服务器的工作模式为客户/服务器模式,这种工作模式能精确计算时间误差。最后,使用有冗余的同步源作为备份、不同的子网路径及整套NTP实现中的crafted算法,NTP对时服务器能达到所期望的可靠性。

使用NTP协议实现网络对时,从理论上讲由于时间戳的精度能达到0.2μs,因此时间误差也能达到微秒级,但真正的对时精确度要根据实际网络流量、网络延迟、网络路径计算。

NTP对时服务器的内部时间处理可以这样实现,每次收到GPS的准秒信号后将计时计数器清零,然后通过程序控制每毫秒中断CPU一次,由CPU递增存储器中的时钟变量。当收到请求时间报文时直接从存储器中读取时钟变量发送,这样即使网上有多个系统(设备)同时发送请求时间信息包,NTP对时服务器仍然可以同时处理,只是发送回复时间信息包的时间顺序上略有差别,几乎可以忽略。

当各分系统(设备)发送请求时间信息包后长时间没有收到NTP对时服务器的回复报文,那么可能NTP对时服务器未开机或故障,也可能网络出现故障。这时各分系统(设备)如果在守时时间内,可继续使用内时钟,如果内时钟精度已不能满足要求时,对外信息报文的时戳置为无效标志(如全填1)。

5、NTP对时服务器厂家

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NTP对时服务器是西安同步电子科技有限公司的拳头产品，目前在我国各大机构单位运行的NTP对时服务器有几千台，并且都运行良好，很少出现故障，得到各使用单位的一致好评。在此感谢各界朋友对我们产品的支持，特别感谢为我们免费做口碑宣传的老客户，欢迎各界朋友来我公司参观指导工作。