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应用案例NTP时间服务器协议技术研究
时间：2017-05-18 发布者：中新创 浏览次数：次
NTP由美国Delaware大学的教授设计实现的，由时间协议、ICMP时间戳消息及IP时间戳选项发展而来。随着我国航天和国防事业的快速发展,对时间频率的精度要求越来越高,同时越来越多的科研机构和专家学者都希望拥有一个更加的时间频率参考。
网络的飞速发展，设备的日益增多，许多网络应用和网络安全对时间同步问题提出了迫切需求。因此基于NTP的时间同步解决方案成为解决这些问题的合理选择。本文介绍了时间同步技术中的NTP协议的原理、工作模式和体系结构，并结合校园网的实际网络结构讨论了NTP在校园网中的应用。同时,NIMDO系统直接参考了位于中国计量科学研究院的国家时间频率基准UTC(NIM),这使得实验室很容易把时间频率溯源到国际单位制。
当显示GPS的时间时，时钟是的无须调整；但是当没有GPS信号或没有插入GPS模块时，时间是需要调整的，就加入了一个红外接收头，这样就可以用遥控器调整时间了。
世界时系统是以地球自转为基准的一种时间系统。然而，由于观察地球自转运动时，所选的空间参考点不同，世界时系统又包括恒星时、平太阳时和世界时。
时间服务系统是为测控系统提供标准时间和标准频率的系统,在对目标对象进行测量和控制时,时间服务系统使整个测控系统在统一的时间尺度下工作,而高精度的时间传递与同步是其主要构成部分。在互联网或局域网环境中,如何让时间服务器和同步系统达到更高的精度、更加安全可靠地工作以及让它的性价比更高是推动时间服务技术进一步发展的需要,也是研究时间服务系统的热点和难点。 课题旨在建立一套满足某部项目特殊需要的时间服务器系统。论文在深入研究了GPS信息接收、串口通信、Winsock通信、时间同步算法、单片机与CPLD综合应用等技术基础上,分析了UTC时间服务系统的工作流程和原理,设计了适合当前系统应用和今后发展需要的两种方案:基于PC机的UTC时间服务器系统和基于单片机的UTC时间服务器系统。在基于PC机的UTC时间服务器系统中,提出了利用秒脉冲中断对PC机时钟进行微调的方法,通过接收GPS发送的UTC信息来校正主机时钟,配合基于UDP协议的时间同步算法,构成了时间服务及同步系统,详细介绍了在实验室以太网环境中建立时间服务器/客户模式的硬件结构和软件实现。该系统具有同步精度较高、结构简单、成本相对低廉并且易于实现等特点,通过实验室考核以及现场任务中的实际应用表明,达到了使用要求。在基于单片机的UTC时间服务器系统中,针对GPS的误差服从正态分布而PC机晶振存在累积误差的特性,依据参考文献中的理论模型,建立了实验仿真平台,运用数理统计的方法对晶振误差进行实时补偿,得到本地秒脉冲相对于GPS秒脉冲的估计补偿值,经过对晶振累积误差的在线修正,终得到基于本地晶振的高精度秒脉冲信号,时钟偏差可达到百纳秒。
目前，有两种重要的时间同步技术，即网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)协议和直接连接时间传输技术。其中直接连接时间传输技术，需要所有客户端直接连接到标准时间源。NTP适用于网络环境下，可以在一个无序的网络环境下提供和健壮的时间服务。这里我们只讨论基于NTP原理的时间同步技术和应用。
NTP由美国Delaware大学的教授设计实现的，由时间协议、ICMP时间戳消息及IP时间戳选项发展而来。NTP用于将计算机客户或服务器的时间同步到另一服务器或参考时钟源。它使用UTC作为时间标准，是基于无连接的IP 协议和UDP协议的应用层协议，使用层次式时间分布模型，所能取得的准确度依赖于本地时钟硬件的度和对设备及进程延迟的严格控制。在配置时，NTP可以利用冗余服务器和多条网络路径来获得时间的高准确性和高可靠性。实际应用中，又有确保秒级精度的简单的网络时间协议(Simple Network Time Protocol，SNTP)。
网络的飞速发展，设备的日益增多，许多网络应用和网络安全对时间同步问题提出了迫切需求。因此基于NTP的时间同步解决方案成为解决这些问题的合理选择。本文介绍了时间同步技术中的NTP协议的原理、工作模式和体系结构，并结合校园网的实际网络结构讨论了NTP在校园网中的应用。同时,NIMDO系统直接参考了位于中国计量科学研究院的国家时间频率基准UTC(NIM),这使得实验室很容易把时间频率溯源到国际单位制。
当显示GPS的时间时，时钟是的无须调整；但是当没有GPS信号或没有插入GPS模块时，时间是需要调整的，就加入了一个红外接收头，这样就可以用遥控器调整时间了。
世界时系统是以地球自转为基准的一种时间系统。然而，由于观察地球自转运动时，所选的空间参考点不同，世界时系统又包括恒星时、平太阳时和世界时。
时间服务系统是为测控系统提供标准时间和标准频率的系统,在对目标对象进行测量和控制时,时间服务系统使整个测控系统在统一的时间尺度下工作,而高精度的时间传递与同步是其主要构成部分。在互联网或局域网环境中,如何让时间服务器和同步系统达到更高的精度、更加安全可靠地工作以及让它的性价比更高是推动时间服务技术进一步发展的需要,也是研究时间服务系统的热点和难点。 课题旨在建立一套满足某部项目特殊需要的时间服务器系统。论文在深入研究了GPS信息接收、串口通信、Winsock通信、时间同步算法、单片机与CPLD综合应用等技术基础上,分析了UTC时间服务系统的工作流程和原理,设计了适合当前系统应用和今后发展需要的两种方案:基于PC机的UTC时间服务器系统和基于单片机的UTC时间服务器系统。在基于PC机的UTC时间服务器系统中,提出了利用秒脉冲中断对PC机时钟进行微调的方法,通过接收GPS发送的UTC信息来校正主机时钟,配合基于UDP协议的时间同步算法,构成了时间服务及同步系统,详细介绍了在实验室以太网环境中建立时间服务器/客户模式的硬件结构和软件实现。该系统具有同步精度较高、结构简单、成本相对低廉并且易于实现等特点,通过实验室考核以及现场任务中的实际应用表明,达到了使用要求。在基于单片机的UTC时间服务器系统中,针对GPS的误差服从正态分布而PC机晶振存在累积误差的特性,依据参考文献中的理论模型,建立了实验仿真平台,运用数理统计的方法对晶振误差进行实时补偿,得到本地秒脉冲相对于GPS秒脉冲的估计补偿值,经过对晶振累积误差的在线修正,终得到基于本地晶振的高精度秒脉冲信号,时钟偏差可达到百纳秒。
目前，有两种重要的时间同步技术，即网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)协议和直接连接时间传输技术。其中直接连接时间传输技术，需要所有客户端直接连接到标准时间源。NTP适用于网络环境下，可以在一个无序的网络环境下提供和健壮的时间服务。这里我们只讨论基于NTP原理的时间同步技术和应用。
NTP由美国Delaware大学的教授设计实现的，由时间协议、ICMP时间戳消息及IP时间戳选项发展而来。NTP用于将计算机客户或服务器的时间同步到另一服务器或参考时钟源。它使用UTC作为时间标准，是基于无连接的IP 协议和UDP协议的应用层协议，使用层次式时间分布模型，所能取得的准确度依赖于本地时钟硬件的度和对设备及进程延迟的严格控制。在配置时，NTP可以利用冗余服务器和多条网络路径来获得时间的高准确性和高可靠性。实际应用中，又有确保秒级精度的简单的网络时间协议(Simple Network Time Protocol，SNTP)。
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