京準電鐘｜基于納秒級的GPS北斗衛星授時服務器

你有沒有思考過這樣一個問題：火車站內，熙熙攘攘，旅客排隊進站、列車停靠發車，一切井然有序。一旦有個別時間出現錯誤，便會造成運行混亂——這些時鐘如何能做到精準統一、不差分毫？

答案便是車站里的“時間管理大師”——時間同步系統。這是一種能接收外部衛星時間基準信號，并按照要求的時間精度向外輸出時間同步信號和時間信息的系統，通俗來講，它能使網絡內的所有設備時鐘對準并同步一致。

它的應用場景也十分廣泛，金融、電力、交通、醫療等各行各業平穩運行，都離不開它的精準同步。然而這個保障國家重要領域安全運行的技術，曾長期被國外壟斷。

“時間”必須掌握在中國人自己手里

京準電子對時間同步行業的發展有著清醒的認識，我們明白只有經過不懈的努力，使我國時間同步的質量和水平并身國際先進行列。但在高端細分領域尤其是電子信息技術主導的技術用鐘領域，仍嚴重落后于國外同行。金融、電力、核電等重要領域的授時系統仍被國外品牌所壟斷，從經濟運行、國家安全角度講，存在一定“隱患”。“換句話說，我們沒有自己的‘時間’，這是很被動的事情。”自此，“一定要把‘時間’牢牢掌握在中國人自己手里！”就萌生在安徽京準人的心里。

懷揣著讓時間同步領先世界的夢想和追求，開啟了我們的創業之路。在國外技術封鎖、無經驗可借鑒的情況下，團隊經歷了無數次失敗，歷時5年多，終于研發出具有自主知識產權的“時間同步系統”。后來，京準時鐘成功助力港珠澳大橋、葛洲壩、都江堰、中石油、中石化、北京市公安局等國家重點項目時鐘同步工作，打破了國外壟斷。

時間同步系統的研發難度，主要體現在精確性和同步性兩方面。“時間信號在傳遞過程中會有丟失和延遲。”為了最大程度上消除這種誤差，技術團隊發明了一種時間推后補償的技術，通過核心算法，能夠將誤差控制在納秒級別，比行業標準高出1000倍，達到了國內領先、國際一流水平。

網絡時間同步協議NTP協議屬于應用層協議，是用于在分布式時間服務器和客戶端之間進行時間同步的，它定義了協議實現過程中所使用的結構、算法、實體和協議。NTP協議是基于IP和UDP的，也可以被其它協議組使用。NTP是從時間協議（TIME PROTOCOL）和ICMP 時間戳報文（ICMP TIMESTAMP MESSAGE）演變而來，主要是從準確性和強壯性方面進行了特殊的設計。

NTP的優點：

è 采用分層的方法來定義時鐘的準確性，可以迅速同步網絡中各臺設備的時間。

è 支持訪問控制和MD5驗證。

è 可以選擇采用單播、廣播或組播發送協議報文。

IEEE1588（PTP）協議借鑒了NTP技術，具有容易配置、快速收斂以及對網絡帶寬和資源消耗少等特點。IEEE1588標準的全稱是“網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，簡稱PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網絡中所有節點的時鐘進行校正同步，可以使基于以太網的分布式系統達到精確同步，IEEE 1588PTP時鐘同步技術也可以應用于任何組播網絡中。

IEEE1588將整個網絡內的時鐘分為兩種，即普通時鐘（Ordinary Clock，OC）和邊界時鐘（Boundary Clock，BC），只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘，有一個以上PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每個PTP端口提供獨立的PTP通信。其中，邊界時鐘通常用在確定性較差的網絡設備（如交換機和路由器）上。從通信關系上又可把時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實現主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網內只能有一個主時鐘。整個系統中的最優時鐘為最高級時鐘GMC（Grandmaster Clock），有著最好的穩定性、精確性、確定性等。根據各節點上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協調時間）的可追溯性等特性，由最佳主時鐘算法（Best Master Clock）來自動選擇各子網內的主時鐘；在只有一個子網的系統中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。每個系統只有一個GMC，且每個子網內只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步；

無論從NTP還是PTP協議入手，都是希望建立起系統時間同步網絡的精準度，并將時間同步的服務端和客戶端封裝為獨立的類庫，以實現與各種現有系統的裝配。與現有系統進行集成裝配的應用表明，基于NTP的時間同步網絡負載較小，是網絡系統中實現時間同步的有效辦法。PTP依靠它自身強大的精度實現更高速的精準同步，使整個系統進行校時的辦法。不管哪一種同步方式，目的只有一個就是讓網絡系統時鐘更精準、更可靠，更穩定。

審核編輯 黃宇