京准电钟｜基于纳秒级的GPS北斗卫星授时服务器

京准电钟｜基于纳秒级的GPS北斗卫星授时服务器

你有没有思考过这样一个问题：火车站内，熙熙攘攘，旅客排队进站、列车停靠发车，一切井然有序。一旦有个别时间出现错误，便会造成运行混乱——这些时钟如何能做到精准统一、不差分毫？

答案便是车站里的“时间管理大师”——时间同步系统。这是一种能接收外部卫星时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统，通俗来讲，它能使网络内的所有设备时钟对准并同步一致。

它的应用场景也十分广泛，金融、电力、交通、医疗等各行各业平稳运行，都离不开它的精准同步。然而这个保障国家重要领域安全运行的技术，曾长期被国外垄断。

“时间”必须掌握在中国人自己手里

京准电子对时间同步行业的发展有着清醒的认识，我们明白只有经过不懈的努力，使我国时间同步的质量和水平并身国际先进行列。但在高端细分领域尤其是电子信息技术主导的技术用钟领域，仍严重落后于国外同行。金融、电力、核电等重要领域的授时系统仍被国外品牌所垄断，从经济运行、国家安全角度讲，存在一定“隐患”。“换句话说，我们没有自己的‘时间’，这是很被动的事情。”自此，“一定要把‘时间’牢牢掌握在中国人自己手里！”就萌生在安徽京准人的心里。

怀揣着让时间同步领先世界的梦想和追求，开启了我们的创业之路。在国外技术封锁、无经验可借鉴的情况下，团队经历了无数次失败，历时5年多，终于研发出具有自主知识产权的“时间同步系统”。后来，京准时钟成功助力港珠澳大桥、葛洲坝、都江堰、中石油、中石化、北京市公安局等国家重点项目时钟同步工作，打破了国外垄断。

时间同步系统的研发难度，主要体现在精确性和同步性两方面。“时间信号在传递过程中会有丢失和延迟。”为了最大程度上消除这种误差，技术团队发明了一种时间推后补偿的技术，通过核心算法，能够将误差控制在纳秒级别，比行业标准高出1000倍，达到了国内领先、国际一流水平。

网络时间同步协议NTP协议属于应用层协议，是用于在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步的，它定义了协议实现过程中所使用的结构、算法、实体和协议。NTP协议是基于IP和UDP的，也可以被其它协议组使用。NTP是从时间协议（TIME PROTOCOL）和ICMP 时间戳报文（ICMP TIMESTAMP MESSAGE）演变而来，主要是从准确性和强壮性方面进行了特殊的设计。

NTP的优点：

è 采用分层的方法来定义时钟的准确性，可以迅速同步网络中各台设备的时间。

è 支持访问控制和MD5验证。

è 可以选择采用单播、广播或组播发送协议报文。

IEEE1588（PTP）协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。

IEEE1588将整个网络内的时钟分为两种，即普通时钟（Ordinary Clock，OC）和边界时钟（Boundary Clock，BC），只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。其中，边界时钟通常用在确定性较差的网络设备（如交换机和路由器）上。从通信关系上又可把时钟分为主时钟和从时钟，理论上任何时钟都能实现主时钟和从时钟的功能，但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC（Grandmaster Clock），有着最好的稳定性、精确性、确定性等。根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC（通用协调时间）的可追溯性等特性，由最佳主时钟算法（Best Master Clock）来自动选择各子网内的主时钟；在只有一个子网的系统中，主时钟就是最高级时钟GMC。每个系统只有一个GMC，且每个子网内只有一个主时钟，从时钟与主时钟保持同步；

无论从NTP还是PTP协议入手，都是希望建立起系统时间同步网络的精准度，并将时间同步的服务端和客户端封装为独立的类库，以实现与各种现有系统的装配。与现有系统进行集成装配的应用表明，基于NTP的时间同步网络负载较小，是网络系统中实现时间同步的有效办法。PTP依靠它自身强大的精度实现更高速的精准同步，使整个系统进行校时的办法。不管哪一种同步方式，目的只有一个就是让网络系统时钟更精准、更可靠，更稳定。

审核编辑 黄宇