北斗授時設(shè)備,gps授時系統(tǒng)

北斗授時設(shè)備,gps授時系統(tǒng)

京準電子科技HR-901GB型北斗授時設(shè)備

概述說明

  京準電子科技HR-901GB型北斗授時設(shè)備是一款支持NTP和SNTP網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議，高精度、大容量、高品質(zhì)的高科技時鐘產(chǎn)品。

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，設(shè)備的日益增多，許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全對時間同步問題提出了迫切需求。因此基于NTP的時間同步解決方案成為解決這些問題的合理選擇。本方案介紹了大型生產(chǎn)型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)中的NTP協(xié)議的原理、工作模式和體系結(jié)構(gòu)，并結(jié)合企業(yè)的MES網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)討論了NTP在企業(yè)網(wǎng)中的應(yīng)用。

1、 引言：

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，許多企業(yè)單位都建了自己的園區(qū)網(wǎng)，使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器日益增多。這些設(shè)備都有自己的時鐘，而且是可以調(diào)節(jié)的。但是無法保證網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備和主機的時間是同步的，因為這些時鐘每天會產(chǎn)生數(shù)秒、甚至數(shù)分鐘的誤差。經(jīng)過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用中可能會引發(fā)意想不到的問題。如在分布式計算環(huán)境中，由于每個主機時間不一致，會造成同一操作在不同主機的記錄時間不一致，將導(dǎo)致服務(wù)無法正常地進行，對企業(yè)的業(yè)務(wù)來往導(dǎo)致的結(jié)果是可想而知的。

2、 時間同步的概述：

將網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的主機服務(wù)器或各種設(shè)備的時間信息(年月日時分秒)基于UTC（UniversalTime Coordinated）時間偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)（如1-10ms），這種同步過程叫做時間同步。

3、 NTP的工作原理：

3．1、NTP的概述

NTP早由美國Delaware大學(xué)的教授設(shè)計實現(xiàn)的，由時間協(xié)議、ICMP時間戳消息及IP時間戳選項發(fā)展而來。NTP用于將計算機客戶或服務(wù)器的時間同步到另一服務(wù)器或參考時鐘源。estamp接收方發(fā)送echoreply時后接觸包的時間。Authenticator是密匙指示標(biāo)志和加密的校驗盒。

圖1：UDP分組中的NTP信息

3．2、NTP的工作原理

NTP協(xié)議度關(guān)鍵的原因在于由網(wǎng)絡(luò)延遲的隨機性而引起的時鐘延遲計算的不準確。由于延遲不準確，所以無法依靠從時間服務(wù)器到客戶機的單邊傳輸來傳遞的時間信息。為了解決這個問題，在NTP協(xié)議中使用時間服務(wù)器和客戶機之間的雙向信息交換和時間戳（timestamp）的概念。

3．3、NTP的工作模式

NTP的工作模式有三種、

⑴客戶/服務(wù)器模式：客戶機周期性地向服務(wù)器請求時間信息，服務(wù)器用來同步客戶機但不能被客戶機同步?？蛻魴C首先向服務(wù)器發(fā)送一個NTP包，其中包含了該包離開客戶機時的時間戳，當(dāng)服務(wù)器接收到該包時，依次填入包到達時的時間戳、交換包的源地址和目的地址、填入包離開時的時間戳，然后立即把包返回給客戶機?？蛻魴C在接收到響應(yīng)包時再填入包返回時的時間戳。客戶機用這些時間參數(shù)就能夠計算出2個關(guān)鍵參數(shù)：包交換的往返延遲和客戶機與服務(wù)器之間的時鐘偏移。客戶機使用時鐘偏移來調(diào)整本地時鐘，以使其時間與服務(wù)器時間一致。

⑵主/被動對稱模式：與客戶/服務(wù)器模式基本相同。唯一區(qū)別在于雙方均可同步對方或被對方同步。

⑶廣播模式：沒有同步的發(fā)起方。在每個同步周期中，服務(wù)器向網(wǎng)絡(luò)廣播廣播帶有自己時間戳的消息包，所有的目標(biāo)節(jié)點被動接收這些消息，以此調(diào)整自己的時間。一般用于網(wǎng)絡(luò)延時非常小，或者對時間精度要求不高的地方，如同局域網(wǎng)內(nèi)，使用廣播模式可節(jié)省帶寬。

3．4、NTP系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

NTP采用層次式時間分布模型。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要包括主時間服務(wù)器、從時間服務(wù)器、客戶機和各節(jié)點之間的傳輸路徑。主時間服務(wù)器與高精度時間源進行同步，為其他節(jié)點提供時間服務(wù)。各客戶端從時間服務(wù)器經(jīng)由主服務(wù)器獲得時間同步。正常情況下，節(jié)點（包括時間服務(wù)器和客戶機）只用可靠、準確的服務(wù)器及傳輸路徑進行同步，所以通常的同步路徑為一個層次結(jié)構(gòu)。其中，主時間服務(wù)器位于根節(jié)點，其他從時間服務(wù)器隨同步精度增加而位于靠近葉子節(jié)點的層上，主機和服務(wù)器處于葉子節(jié)點。NTP將傳輸路徑分為主動同步路徑和備份同步路徑，兩者都同時進行時間信息包的傳輸，但節(jié)點只用主動同步路徑數(shù)據(jù)進行同步處理。

圖2：客戶/服務(wù)器模式的一個實現(xiàn)模型

該模型中，本地時鐘進程：處理由修正模塊得出的偏移量并且用NTP中專用算法對本地時鐘的相位和頻率進行調(diào)節(jié)。傳送進程：由和每個遠端實體對應(yīng)的不同定時器觸發(fā)，用以從數(shù)據(jù)庫中收集信息，并向遠端實體發(fā)送NTP消息。每個消息包括發(fā)送時的本地時間戳，前一次收到的時間戳，還有用來判斷同步網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)以及管理連接的信息。接收進程：接收NTP消息，計算出遠端時鐘和本地時鐘之間的偏移量。修正模塊：處理與各個遠端實體之間的偏移量，并用NTP中的一個算法選擇佳的一個。本地時鐘進程：處理由修正模塊得出的偏移量并且用NTP中專用算法對本地時鐘進行調(diào)節(jié)。

4、 時鐘服務(wù)器在企業(yè)MES系統(tǒng)的應(yīng)用

4．1、MES的概述

MES (ManufacturingExecution System)工廠制造執(zhí)行管理系統(tǒng)是企業(yè)信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)。MES以產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售為處理對象，聚焦于定貨、交貨期、成本和顧客的聯(lián)系等，對時間的要求是苛刻的。

4．2、MES系統(tǒng)時間同步框架

如此重要的MES系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)時間同步的重要性是可見的，時鐘服務(wù)器就是針對MES系統(tǒng)中的計算機服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等進行校正時間的高科技產(chǎn)品，時鐘服務(wù)器它從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準的時間信號，將這些信息通過各種NTP網(wǎng)絡(luò)接口來傳輸給MES系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備，這樣網(wǎng)絡(luò)中有了標(biāo)準的時鐘源就可以達到整個系統(tǒng)的時間同步（見圖3）。圖3、MES系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時間同步拓撲圖

4．3、時鐘服務(wù)器產(chǎn)品介紹

⑴、HR型時鐘服務(wù)器

HR型時鐘服務(wù)器有2路RS232串行信號，2路RS422/485串行信號，1路NTP網(wǎng)絡(luò)對時信號

⑵、時鐘服務(wù)器特點

①時間精度高，NTP信號精度可達1-10ms。

②機箱經(jīng)防磁處理，抗干擾能力強。

③采用高性能、寬范圍開關(guān)電源，工作穩(wěn)定。

④GPS接收天線重點考慮了防雷設(shè)計、穩(wěn)定性設(shè)計、抗干擾設(shè)計，信號接收可靠性高，⑤不受地域條件和環(huán)境的限制。

⑥串口、脈沖信號輸出可編程，按鍵設(shè)置,操作方便。

⑦裝置的所有輸出信號均經(jīng)隔離輸出，抗干擾能力強。

⑧裝置具有多種串行信息輸出與交互方式，以滿足不同用戶的需求。

⑨裝置可通過數(shù)碼管在線顯示當(dāng)前收星個數(shù)，直觀反映裝置的同步狀況。

⑩架裝式結(jié)構(gòu)，1U、19”標(biāo)準機箱,安裝方便。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端監(jiān)視設(shè)備、傳輸設(shè)備、后端存儲服務(wù)器、控制及顯示設(shè)備這五大部分組成，與時間關(guān)聯(lián)緊密的是前端監(jiān)視設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)攝像頭IPC）和控制設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機NVR）及數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，我們從前二個設(shè)備入手分析一下經(jīng)常出現(xiàn)的顯示時間不正確的原因：

故障一：視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示的時間為“1970年X月X日”或是“2000年X月X日”，如圖1所示左上角所示。

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