基于NTP協(xié)議時(shí)間同步系統(tǒng)在陣地防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

航天南湖電子信息技術(shù)股份有限公司 鄧 興 董 榮 楊 柳

本文介紹了基于NTP協(xié)議時(shí)間系統(tǒng)在陣地防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于NTP協(xié)議的時(shí)間系統(tǒng)在通訊領(lǐng)域目前已被廣泛使用，其系統(tǒng)核心為帶時(shí)間同步儀的以太網(wǎng)交換機(jī)作為服務(wù)端，能使用標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議通過通訊同步接入其中所有的控制單元，具有低成本、較高系統(tǒng)可靠性、一定擴(kuò)展性、較高同步時(shí)間精度的特點(diǎn)，在目前的陣地防護(hù)系統(tǒng)中，各控制單元可通過軟件按照一定的計(jì)算公式和NTP協(xié)議中自帶的時(shí)間戳值，計(jì)算出各控制單元與服務(wù)端間的時(shí)間差值，并作為各自的時(shí)間補(bǔ)償值使用，達(dá)到最終系統(tǒng)時(shí)間同步的目的。

在系統(tǒng)中使用同一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，在陣地防護(hù)系統(tǒng)中，對終端的綜合控制調(diào)度和各設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行，均有相當(dāng)重要的作用，在傳統(tǒng)的時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)中，對系統(tǒng)內(nèi)各控制單元配置一個(gè)GPS設(shè)備為較通用做法，但考慮到為每個(gè)控制單元增加一個(gè)GPS設(shè)備的成本問題，同時(shí)需要保障每一個(gè)GPS正常工作的可靠性問題，使得這種傳統(tǒng)的時(shí)間同步方案具有一定的局限性。

基于NTP協(xié)議的時(shí)間同步系統(tǒng)，以帶時(shí)間同步儀的以太網(wǎng)交換機(jī)為核心，采用NTP協(xié)議對接入其中的所有單元進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，最終達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)部各單元時(shí)間同步的目的，基于NTP協(xié)議時(shí)間系統(tǒng)的陣地防護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

（1）NTP協(xié)議時(shí)間系統(tǒng)作為大系統(tǒng)中唯一的時(shí)間同步源；

（2）系統(tǒng)中各單元基于通用以太網(wǎng)協(xié)議總線的傳輸方式通訊；

（3）毫秒級精度的系統(tǒng)同步時(shí)間；

（4）基于NTP協(xié)議的時(shí)間報(bào)文協(xié)議。

1 NTP協(xié)議時(shí)間同步系統(tǒng)的應(yīng)用

1.1 NTP協(xié)議

NTP協(xié)議（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）是由RFC1305定義的時(shí)間同步協(xié)議，用來在分布式時(shí)間服務(wù)器和客戶端之間進(jìn)行時(shí)間同步。NTP基于UDP報(bào)文進(jìn)行傳輸，使用的端口號(hào)為123。使用NTP協(xié)議的目的是對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有具有時(shí)鐘的設(shè)備進(jìn)行時(shí)鐘同步，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有設(shè)備的時(shí)鐘保持一致，從而使設(shè)備能夠提供基于統(tǒng)一時(shí)間的整體調(diào)度工作。NTP協(xié)議報(bào)文格式如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)NTP協(xié)議報(bào)文格式

1.2 陣地防護(hù)系統(tǒng)中NTP的使用

對于運(yùn)用NTP的本地系統(tǒng)，既可以接收來自自身其他時(shí)鐘原的同步，又可以作為時(shí)鐘原同步的時(shí)鐘，并且可以和其他設(shè)備相互同步。

在陣地防護(hù)系統(tǒng)中，僅使用帶NTP時(shí)間同步協(xié)議的以太網(wǎng)交換機(jī)即“NTP協(xié)議交換機(jī)”，作為陣地防護(hù)系統(tǒng)時(shí)鐘源的唯一來源，同時(shí)為保障“NTP協(xié)議交換機(jī)”本身的時(shí)間精度，一般會(huì)為其連接一個(gè)GPS/北斗接收組件，陣地防護(hù)系統(tǒng)各單元以“NTP協(xié)議交換機(jī)”為中心進(jìn)行星型連接，陣地防護(hù)系統(tǒng)中各單元的通訊鏈接框圖如圖2所示。

圖2 陣地防護(hù)系統(tǒng)各單元通訊鏈接框圖

1.3 NTP協(xié)議同步系統(tǒng)的工作流程

一條NTP協(xié)議報(bào)文以客戶端首先發(fā)起，先下發(fā)服務(wù)端，后服務(wù)端回傳該條NTP協(xié)議報(bào)文，客戶端接收該條NTP協(xié)議報(bào)文，并記錄接收時(shí)間，過程中需要客戶端和服務(wù)端共同完成者同一條NTP協(xié)議報(bào)文中時(shí)間戳報(bào)文段的時(shí)間賦值工作。

基于NTP協(xié)議的時(shí)間同步系統(tǒng)中，客戶端將根據(jù)NTP協(xié)議報(bào)文中標(biāo)記的3個(gè)時(shí)間值和客戶端記錄的1個(gè)時(shí)間值，共同計(jì)算出客戶端與服務(wù)端時(shí)間存在的固定時(shí)間差，并以此作為時(shí)間補(bǔ)償值，最后在客戶端中使用該補(bǔ)償時(shí)間，用于同步客戶端與服務(wù)端的內(nèi)部時(shí)間，系統(tǒng)所有各客戶端以服務(wù)端內(nèi)部時(shí)間作為基準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)間同步，最終達(dá)到系統(tǒng)時(shí)間同步的目的。

2 陣地防護(hù)系統(tǒng)中時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)

整個(gè)陣地防護(hù)系統(tǒng)正常工作時(shí)，防護(hù)系統(tǒng)中某一組成單元“設(shè)備A”，需要系統(tǒng)時(shí)間校時(shí)的具體處理流程如下：

（1）“設(shè)備A”主動(dòng)發(fā)送一條NTP報(bào)文到“NTP協(xié)議交換機(jī)”中，其中A在下發(fā)的NTP協(xié)議報(bào)文同時(shí)，在協(xié)議的“原始時(shí)間戳”報(bào)文段中添加“設(shè)備A”自身時(shí)間的時(shí)間戳：TA1；

（2）當(dāng)“設(shè)備A”下發(fā)的該條NTP報(bào)文到達(dá)“NTP協(xié)議交換機(jī)”時(shí)，“NTP協(xié)議交換機(jī)”在該條報(bào)文的“接收時(shí)間戳”報(bào)文段添加當(dāng)前接收的“NTP協(xié)議交換機(jī)”自身時(shí)間的時(shí)間戳：TB1；

（3）后“NTP協(xié)議交換機(jī)”將該條NTP報(bào)文回傳給“設(shè)備A”，并在回傳的同時(shí)在該條報(bào)文的“發(fā)送時(shí)間戳”報(bào)文段添加當(dāng)前“NTP協(xié)議交換機(jī)”自身時(shí)間的時(shí)間戳：TB2；

（4）“設(shè)備A”接收“NTP協(xié)議交換機(jī)”回傳的該條NTP報(bào)文后，迅速記錄“設(shè)備A”當(dāng)前自身的時(shí)間：TA2；

（5）然后“設(shè)備A”可以通過最終的NTP協(xié)議報(bào)文中的3個(gè)時(shí)間戳信號(hào)TA1、TB1、TB2以及記錄的時(shí)間TA2，可以計(jì)算出“設(shè)備A”與“NTP協(xié)議交換機(jī)”間的相對時(shí)間差；

（6）所以“設(shè)備A”的最終校時(shí)后使用時(shí)間為當(dāng)前自身實(shí)時(shí)時(shí)間TA與兩設(shè)備時(shí)間差Toffer的和。

陣地防護(hù)系統(tǒng)中的每個(gè)組成單元“設(shè)備A”、“設(shè)備B”、“設(shè)備C”、…，均可按照以上公式和一定的軟件計(jì)算處理，最終達(dá)到自身單元設(shè)備的時(shí)間校時(shí)，最終完成陣地防護(hù)系統(tǒng)整體的時(shí)鐘同步工作。

結(jié)束語：采用低成本、較高系統(tǒng)可靠性、具備一定擴(kuò)展性、較高時(shí)間精度的基于NTP協(xié)議的時(shí)間同步系統(tǒng)，使用簡單，協(xié)議通用，配合軟件化的流程處理和計(jì)算處理，能較快和較智能的完成系統(tǒng)內(nèi)所有控制單元的時(shí)間同步功能，滿足現(xiàn)代陣地防護(hù)系統(tǒng)時(shí)間同步的要求。