高性價比HR子母鐘,NTP網絡時鐘系統

高性價比HR子母鐘,NTP網絡時鐘系統

網絡時間同步系統在電信網的應用研究

    本文通過介紹某某電信在交換機時間同步上的應用實例分析，闡述了時間同步系統在電信網的應用及發展趨勢。

    某某省電信網絡中有各種功能的子網，如程控網、IN智能網，PHS無線市話網、數據通信網、160/168聲訊系統、多媒體通信網以及其他支撐網絡和管理網絡，這些網絡中的絕大部分設備使用的時間都是由設備內部時間來提供的。

    這些網絡中承載的計費、維護、管理等功能對時間設備的需求精確高，所以系統要求在網絡之間傳遞的信息能夠在時間上保持高度*，精確地跟蹤北京標準時間，而通過人工定期或不定期地對設備內部時間進行修正時，引入的人為誤差和時間延遲以及設備內部時間源的質量差異所造成的時間偏差，會導致網絡中各設備的時間不*。

    對電信網的各子網上各種時間設備進行UTC（時間）時間同步，必須解決三個方面的問題：一、盡量選取高精度的時間源；二、將高精度的時間傳送到時間設備，保證在傳輸過程中誤差盡量小；三、用時間同步時間設備，充分利用設備各自的時間校準機制自動實現時間同步，盡量排除人工因素。

    一、時間同步概念

    1．時間源

    世界各國的原子鐘按照規定的方法進行相互比對，其數據再由專門的機構進行處理，求出*統一的原子時，稱為原子時，簡稱IAT。UTC（協調世界時）在本質上是一種原子時，因為它的秒長規定要和原子時秒長相等，只是在時刻上通過人工干預方式使其盡量靠近世界時。

    定位系統（GPS，GlobalPositioningSystem）是美國第二代衛星導航系統。GPS衛星覆蓋面較廣，使用較方便，精度也比較高，時間精度相對于UTC可達到1～10μs，這種時間源完*夠達到電信網內各種設備時間同步的精度要求。

    獲取時間后，還需要保持時間精度，這與時間源服務器采用的頻率振蕩器質量相關。在一般情況下，電信企業時間源服務器采用恒溫晶振的精度就能滿足時間需要。對于極個別要求精度較高的場合，可以采用各種高穩定度的原子鐘。

    2．時間傳輸技術

    要求時間同步的設備往往不在時間源服務器附近，不能夠直接使用時間信息，因此需要將時間信息準確地傳送到各個時間設備。傳送時間信息，通常有無線傳輸方式（高頻或低頻無線電信號）和有線傳輸方式（DCN、DDN等），一般來說，電信網采用精度較高的有線傳輸方式來傳播時間信息。

    在有線傳輸方式中，DCN是一種計算機TCP/IP網絡，而網絡時間協議NetworkTimeProtocol（NTP）或簡單網絡時間協議（SNTP）協議屬于TCP/IP協議族。這種協議傳送時間重要技術要點是取得傳送的時間延遲并進行延遲補償。協議的傳輸延時與時間偏差計算方式是一種實時的動態機制，因此NTP網絡時間協議與具體組網方案無關，可以適應各種各樣的計算機網絡。TCP/IP協議族另有RFC867、RFC868協議也可通過DCN傳播時間，但由于不具備時延補償機制，精度不太高，RFC867、RFC868只能作為參考方式。

    采用DDN專線形式傳送時間可以獲得更高的時間精度，包括IRIG-B(AC)、IRIG-B(DC)、DCLS等等硬件信號編碼協議。這種方式不受網絡負荷的影響，在固定補償之后，誤差小于1～10μs，這種方式適合信令分析等微秒級精度應用，需要建立專線，在時間接受方要有復雜的設備解析各種硬件信號編碼協議，投資代價較大。

    3．同步時間設備內部時間

    通過各種方式將時間傳輸到各設備后，關鍵的工作是將時間同步校準設備。按照時間同步校準方式，各設備可以分成三種類型：

    具有標準時間接口的設備（包括RS-232，NTP，IGRG接口等等）；

    具有命令行接口的設備；

    沒有命令接口，只能手動調節的設備。

    而各種時間設備時鐘晶振頻率穩定度存在較大差異，所需時間校準的頻度和校準時機也不盡相同，由于責任心、理解差異、反應速度等等問題，人工操作也存在著巨大的不確定因素，因此，需要分情況探討各時間設備時間同步的具體方案。時間同步總體原則是建立一個盡量排除人為因素、自動執行各種同步操作和同步命令并掌握執行時機和頻度的統一機制。

    二、交換機時間同步應用研究

    目前，某某省電信網上運行的交換機有S1240、EWSD、C&C08、ZXJ10、SP30、E10B、F150等，它們都各自產生并管理一個系統時間值，交換機利用它產生各種告警、定時話務清單和網絡控制報告，向維護人員提供實時的故障定位并進行分析判斷；同時，交換機根據時間的具體值產生詳細話單，從而實現長話業務、本地智能網業務、網間結算業務等對帳處理和計費結算功能。

    前臺處向用戶提供的計費話單出自長途局、網關局交換機、SSP交換機等，這些設備由于內部時間的質量差異，引起內部時間與標準時間之間發生偏差，可能出現嵌套話單、重復話單等，容易引起用戶計費的糾紛。為避免這種情況的出現，目前維護人員采用人工方式對交換機修正系統時間，這并不能保證每次調整時整個電信網絡的各個設備的時間都能精確地與標準時間保持*，這種偏差日積月累已影響到某某省電信網的運行質量。因此，在某某省電信網絡中建立一個“某某省電信交換機時間同步系統”，并向電信網絡各系統提供統一的時間標準勢在必行。

    1．組網結構

    本次工程采用兩級結構，即分別在省中心建立主、備兩個省級NTP（InternetTimeProtocole）時間服務器，它通過外接GPS接收機獲得標準TOD（TimeOf Day）信號，將TOD信號傳給NTP服務器，構成一級時間服務器；同時在各地市建立各自的NTP二級時間服務器。省中心一級時間服務器通過廣域網把時間傳送到各地市的NTP二級時間服務器，形成全省同步的統一時間；各本地網通過本地網管系統的前置機接收二級時間服務器的修改命令來調整時間，實現交換機運行參數的集中處理并統一標準時間。

    由于某某省DCN網絡運行良好，因此本工程可經DCN網進行時間信號的傳送。

    2．組網方案的選擇

    對現有交換機進行時間同步后，要使其能滿足集中管理的需求，本次工程交換機時間同步系統主要有下列2種組網方案。

    方案一：新建一套時間同步系統平臺。

    在省中心和各地市配置以太網交換機和交換機前置機，將一級時間服務器和二級時間服務器經以太網方式接入省DCN網絡中；各地市的二級時間服務器通過以太網交換機把時間命令發送給交換機前置機。

    在交換機前置機與交換機的連接方式上，主要有以下兩種連接方式。

    （1）單獨占用串行接口

    此種方式主要是針對交換機串行端口資源富余的情況，將交換機前置機與交換機通過RS-232串行接口直接相連，采用這種方式不需考慮交換機端口是否空閑，可直接占用操作，但需占用交換機的一個串行接口。

    （2）以太網方式

    此種方式是針對于可以提供以太網接口的交換機的情況，通過基于TCP/IP或UDP/IP等連接方式在多種交換機和交換機前置機之間通過LAN建立命令輸送通道。此種方式除要求交換機具有多余的以太網接口外，還需額外配置LAN交換機實現交換機與前置機相連。

    方案二：利用已接入DCN網絡中的系統平臺。

    目前，某某省包括本地網網管監控系統等多個信息系統已經接入了DCN網，其中本地網網管監控系統已實現對全省交換機的集中監控。因此，可通過本地網網管監控系統采用端口復用方式進行時間修正命令的傳送，此種方式主要解決了交換機端口不足的情況。其0中，二級時間服務器可待端口空閑時通過本地網管前置機向交換機發出時間修正命令，這樣即節約交換機端口資源又不需改變交換機前置機與交換機的組網方式。

    方案比較：目前省內本地網中交換機機型種類多，且部分為引進機型，端口資源緊張。采用方案一時將對本系統帶來額外的工程投資，且占用交換機端口資源，采用方案二既節約了網絡設備部分的投資和交換機端口資源，又不會給本工程的組網結構帶來很大影響，因此，根據實際生產情況和系統的安全性、集中管理性，本工程采用方案二，利用本地網網管監控系統平臺進行交換機時間同步系統的建設。

    3．體系結構

    交換機時間同步系統的主要解決以下三個問題：

    （1）UTC時間的獲取，取得標準時間；（2）UTC時間的發送，通過時間同步網絡將獲取的時間分配到各個交換機的操作終端；（3）對交換機時間的修正。

    針對某某省交換機網絡、網管網絡的實際情況，某某省電信交換機時間同步系統的體系結構也主要分為以上三大部分。

    首先利用GPS接收機取得衛星的GPS時間信號，將其提取并轉化成時間，然后利用時間同步省中心一級時間服務器；省中心一級時間服務器取得時間，通過已有計算機廣域網，傳輸給各本地網集中網管監控系統；監控系統前置機（時間同步終端）獲得時間后，通過該命令接口同步于交換機內部時間。其中，本地網集中網管監控系統提供命令接口，如圖1所示。

    除了這三大部分外，交換機時間同步系統還包括后臺控制子系統，該子系統制定交換機時間同步策略，協調其他各部分的工作，如接受GPS時間的執行時機、強制向下刷新交換機的硬件時間的執行時機等，保證各本地網監控系統接口統一接收省中心的集中調度指揮。

    4．交換機時間的修正

    交換機時間的修正需考慮：（1）交換機時間是否需要修正；（2）修正交換機時間的時機；（3）交換機時間應怎樣進行修正。

    若交換機的時間與時間的誤差在允許范圍內，則不對交換機時間進行修正，當交換機時間與時間超出誤差范圍，才對交換機時間進行修正，且修正的時機應避開整時段出報告的時間和話務高峰。在交換機時間修正時交換機網管系統時間同步接口未收到交換機時間修正命令時，交換機網管系統前置機照常發送原交換機集中操作維護系統的所有命令和獲取所有的報告。

    當需要進行交換機時間刷新時，時間同步服務器向網管系統前置機（時間同步終端）發出系列修正命令，時間同步終端收到修正命令后，利用系統接口直接操作交換機，并接收命令返回的報告。為確保交換機時間同步修正操作的精確性和安全性，需要對時間同步終端到交換機部分時間的延遲與補償進行計算與驗證。

    在正式的時間修改命令發出之前，本系統采用預備命令的方式探測交換機的負荷及命令延時，目的是取得較有效的命令延時，并將探測結果與平時的標準延時相比較。如果延時過大，說明此時交換機不適合進行時鐘調整，就不發真正的時間修正命令，待以后有合適的負荷時再執行，以確保系統的安全和命令的順利執行。

    交換機有兩種修正時間的方式：一是調整差值方式，另一是設置時間方式。如果采用調整差值的方式（如S1240、EWSD、AXE10、CC08），不需要進行任何補償；如果采用設置時間的方式（如NEC），當真正的時間修正命令發出時，已經根據上述測試命令的執行時間進行了預調整：由本機準確的網絡同步時間加上一個時間差值，當它發送到交換機被執行時，使之與標準的網絡同步時間差距小，從而大可能地保證了交換機時間的準確性。

    三、其他系統時間同步應用研究

    當時間同步系統建立后，每一級時間服務器相當于一個時間平臺，向需要準確時間的設備提供標準時間，時間服務器不僅僅將標準時間提供給交換機，進行交換機時間的調校，同時，它還可以將標準時間傳送給其它設備和系統，然后根據同步的設備或系統采用不同的方式進行時間的修正。

    1．IP網的時間同步方式

    IP網是屬于開放的計算機互聯網，支持TCP/IP協議，也支持NTP協議。只要在IP網絡交換機或集線器上開放一個端口用于和時間服務器以太網口互連，設置時間服務器的IP地址能夠被網內所有的工作站、服務器訪問，然后為工作站、服務器裝載并啟動NTP進程，自動實現各服務器之間的同步。時間同步的可靠性由NTP時間協議保證，精度非常高（在2Mbit/s帶寬TCP/IP網中可達到10～100ms）。

    2．智能網的時間同步方式

    只需將應用系統服務器和工作站與上一級基準時間服務器之間的網絡路由調通，保證可以利用TCP/IP協議互相訪問，啟動服務器和工作站中的NTP客戶端進程，就可實現各應用程序的時間同步。

    3．聲訊網的時間同步方式

    各本地網現有聲訊網應用系統根據組網機構，與省內綜合DCN網沒有接口，只需將該局域網接入到綜合DCN的以太網交換機，并調整、設置合適的IP地址，保持與二級時間服務器的TCP/IP協議連接。

    4．各種應用系統時間同步基本實現方式

    根據統計，在全省電信企業內部支撐網上，總共有包括已建成與正在建設的計算機應用系統有幾十個。雖然，在某一個應用系統內部，客戶端與服務器可能采用了相同的時間參照體系，但是在眾多的應用系統之間，并沒有一個共同遵守的標準時間。另處，各應用系統服務器內部時間晶振精度不一，也會產生時間誤差。

    隨著電信新業務發展，計算機應用系統之間的交互越來越頻繁，而時間是數據交互的必要項。不同的時間標準造成的時間偏差，不僅可能使數據延遲，嚴重時甚至將導致數據反轉。因此，必須將各計算機用系統服務器接人時間同步系統，同時這也符合省計算機系統優化整合的大趨勢。

    時間同步網和一般的電信業務網不一樣，它不直接面對客戶，應該屬于電信支撐網的一部分，為整個電信網服務。同時，電信企業也可以利用時間同步網發展增值業務，向社會提供精確的時間資源，擴大服務范圍，如金融證券及商務等。

    總之，時間同步網屬于一個新的網絡，許多網絡和網絡應用還需要站在全程全網的角度做進一步的研究和探索，不可能一蹴而就。