機架式1U衛星授時服務器(子母鐘系統)

　　機架式1U衛星授時服務器(子母鐘系統)

　　隨著5G等新型基礎設施持續建設和發展，在未來萬物互聯的龐大信息網絡中，跨路由節點之間的彼此協同、大數據處理及節點數據融合的精度等環節，對時間同步要求越來越高。如果時間順序出現混亂或者誤差，將影響決策和執行效果，造成高昂的成本和嚴重的安全問題。因此，的時間同步在新型基礎設施建設中至關重要。

　　1、為什么要構建的時間同步體系?

　　以 5G、工業互聯網、衛星互聯網等為代表的新型信息基礎設施，通信信號載波頻率的穩定、上下行時隙校準、可靠傳送等方面都需要的時間同步控制。

　　行業應用有嚴格的低時延、低抖動、低丟包率承載要求，對時間同步的質量要求也將越來越高。工業互聯網中的網絡跳頻、資源分配、路由轉發和數據融合等都依賴時間同步的應用，否則不能正常運行。特別是時間敏感型的工業互聯網，對在設備上維持端到端的時間精度要求更高，甚至達到納秒級。

　　而對于衛星互聯網、低軌衛星，只有實現相互間的時間同步，才能為覆蓋區域提供高速衛星通信。另外，在智慧電網、智能礦山、智能道路等融合基礎設施，以及重大科技基礎設施中，系統控制、設備執行、運行統計、異常處理等都需要統一時間標準，否則將無法正常運行。

　　2、網絡時間同步技術（NTP/PTP）

　　NTP是應用于互聯網中時間同步的標準網絡時間協議，其作用是把網絡內的計算機時間同步到協調世界時(UTC)。NTP通常采用客戶端/服務器主從工作模式，通過數據包交互來實現時間同步。NTP具有完善的算法體系，綜合采用時間濾波、時間選擇、聚類、時鐘調節等算法調整本地系統時間和頻率，時間同步穩定性可以保證，是目前應用最廣泛的網絡時間同步技術之一。

　　傳統NTP技術采用軟件時間戳，時間戳精度和準確度較低，因此同步精度一般為毫秒級，主要用于對同步精度要求不高的網絡設備、應用服務器及計算機終端等提供時間同步服務。

　　PTP是用于網絡測量和控制系統的精密時間同步協議(簡稱PTP)，目前廣泛應用的版本IEEE1588-2008(1588v2)。PTP采用主從時鐘同步方式，主從時鐘之間通過交互同步、狀態和時延測量等報文來實現時間或者頻率同步。PTP支持端到端(E2E)和點到點(P2P)時延測量機制、組播和單播通信方式、一步和二步工作模式以及UDP/IP和IEEE 802.3等多種報文封裝方式，同時支持普通時鐘(OC)、邊界時鐘(BC)和透明時鐘(TC)等時鐘模型，具備完善的時鐘層級和端口狀態決策算法(BMC，主時鐘算法)，基于各種工作模式的靈活組合可以滿足不同網絡環境下的組網應用需求。

　　PTP采用硬件時間戳，時間戳的精度和準確度更高，一般可以實現納秒級甚至更高的同步精度，廣泛應用于通信傳輸網絡、移動回傳網絡、智能電網、高速鐵路等系統的高精度時間同步解決方案中。

　　1588 ATR(1588 Adaptive Time Recovery)是基于PTP的自適應時間恢復算法，它是通過在路由器之間以三層單播報文形式建立時鐘鏈路。然后通過PTP報文的交互，實現設備間穿越第三方網絡的時間同步。1588 ATR是在1588v2的基礎上，實現穿越不支持1588v2協議設備的第三方網絡的時間同步。解決了原有采用1588v2方式同步時間時，要求全網設備逐跳支持1588v2協議的問題，采用1588 ATR以跨過不支持1588v2協議的設備，進行時間同步。1588ATR是逐跳支持的一種補充，但標準化程度不高。

　　3、衛星基準授時安全性

　　新基建的授時主要依賴GPS和北斗等星基授時系統，一旦星基授時信號受到外界干擾或因不可抗力因素遭到破壞，將使得新基建各個領域的時間同步系統應用失效。另外，室內、礦山、高電磁環境等場景無法通過星基授時獲取時間，這也極大限制了新基建的應用和發展。二是存量 GPS 授時設備的風險。

　　當前，我國大量時鐘同步設備是以 GPS 授時為主，存量 GPS 授時設備風險需要高度關注。三是網絡傳輸協議的風險。當前，IEEE1588V2 協議及其衍生無線網絡協議主要使用的高精度時間同步傳輸協議，能夠讓一定數量的時間同步設備實現亞微秒級精度。

　　4、先進的技術

　　京準HR系列 NTP/PTP時間服務器開發了一種智能天線，將GNSS接收器內置到智能天線，而不是傳統的時間服務器的方法。將GNSS信號接收器組件移至智能天線的優點包括：? 在損壞的信號到達NTP/PTP時間服務器之前，在智能天線的GNSS接收中內置了干擾/ 欺騙檢測功能。? 由于智能天線中的模塊化設計，可以輕松更換故障的GNSS接收器或不同的GNSS接收 器，而NTP/PTP時間服務器無需停機。

　　? NTP/PTP時間服務器支持雙GNSS天線端口，允許GNSS天線物理隔離，以接收 來自不同或相同衛星系統的不同GNSS信號。

　　總結：關鍵基礎設施需要強大的同步和網絡安全性，幫助保證工業4.0，新基建，時間敏感網絡TSN，云/EDGE/FOG技術，電信5G，智能電網，智慧城市的長期IT/IoT/IIoT的可靠性。

　　新基建如何構造的時間同步體系

　　隨著5G等新型基礎設施持續建設和發展，在未來萬物互聯的龐大信息網絡中，跨路由節點之間的彼此協同、大數據處理及節點數據融合的精度等環節，對時間同步要求越來越高。如果時間順序出現混亂或者誤差，將影響決策和執行效果，造成高昂的成本和嚴重的安全問題。因此，的時間同步在新型基礎設施建設中至關重要。

　　1、為什么要構建的時間同步體系?

　　以 5G、工業互聯網、衛星互聯網等為代表的新型信息基礎設施，通信信號載波頻率的穩定、上下行時隙校準、可靠傳送等方面都需要的時間同步控制。

　　行業應用有嚴格的低時延、低抖動、低丟包率承載要求，對時間同步的質量要求也將越來越高。工業互聯網中的網絡跳頻、資源分配、路由轉發和數據融合等都依賴時間同步的應用，否則不能正常運行。特別是時間敏感型的工業互聯網，對在設備上維持端到端的時間精度要求更高，甚至達到納秒級。

　　而對于衛星互聯網、低軌衛星，只有實現相互間的時間同步，才能為覆蓋區域提供高速衛星通信。另外，在智慧電網、智能礦山、智能道路等融合基礎設施，以及重大科技基礎設施中，系統控制、設備執行、運行統計、異常處理等都需要統一時間標準，否則將無法正常運行。

　　2、網絡時間同步技術（NTP/PTP）

　　NTP是應用于互聯網中時間同步的標準網絡時間協議，其作用是把網絡內的計算機時間同步到協調世界時(UTC)。NTP通常采用客戶端/服務器主從工作模式，通過數據包交互來實現時間同步。NTP具有完善的算法體系，綜合采用時間濾波、時間選擇、聚類、時鐘調節等算法調整本地系統時間和頻率，時間同步穩定性可以保證，是目前應用最廣泛的網絡時間同步技術之一。

　　傳統NTP技術采用軟件時間戳，時間戳精度和準確度較低，因此同步精度一般為毫秒級，主要用于對同步精度要求不高的網絡設備、應用服務器及計算機終端等提供時間同步服務。

　　PTP是用于網絡測量和控制系統的精密時間同步協議(簡稱PTP)，目前廣泛應用的版本IEEE1588-2008(1588v2)。PTP采用主從時鐘同步方式，主從時鐘之間通過交互同步、狀態和時延測量等報文來實現時間或者頻率同步。PTP支持端到端(E2E)和點到點(P2P)時延測量機制、組播和單播通信方式、一步和二步工作模式以及UDP/IP和IEEE 802.3等多種報文封裝方式，同時支持普通時鐘(OC)、邊界時鐘(BC)和透明時鐘(TC)等時鐘模型，具備完善的時鐘層級和端口狀態決策算法(BMC，主時鐘算法)，基于各種工作模式的靈活組合可以滿足不同網絡環境下的組網應用需求。

　　PTP采用硬件時間戳，時間戳的精度和準確度更高，一般可以實現納秒級甚至更高的同步精度，廣泛應用于通信傳輸網絡、移動回傳網絡、智能電網、高速鐵路等系統的高精度時間同步解決方案中。

　　1588 ATR(1588 Adaptive Time Recovery)是基于PTP的自適應時間恢復算法，它是通過在路由器之間以三層單播報文形式建立時鐘鏈路。然后通過PTP報文的交互，實現設備間穿越第三方網絡的時間同步。1588 ATR是在1588v2的基礎上，實現穿越不支持1588v2協議設備的第三方網絡的時間同步。解決了原有采用1588v2方式同步時間時，要求全網設備逐跳支持1588v2協議的問題，采用1588 ATR以跨過不支持1588v2協議的設備，進行時間同步。1588ATR是逐跳支持的一種補充，但標準化程度不高。

　　3、衛星基準授時安全性

　　新基建的授時主要依賴GPS和北斗等星基授時系統，一旦星基授時信號受到外界干擾或因不可抗力因素遭到破壞，將使得新基建各個領域的時間同步系統應用失效。另外，室內、礦山、高電磁環境等場景無法通過星基授時獲取時間，這也極大限制了新基建的應用和發展。二是存量 GPS 授時設備的風險。

　　當前，我國大量時鐘同步設備是以 GPS 授時為主，存量 GPS 授時設備風險需要高度關注。三是網絡傳輸協議的風險。當前，IEEE1588V2 協議及其衍生無線網絡協議主要使用的高精度時間同步傳輸協議，能夠讓一定數量的時間同步設備實現亞微秒級精度。

　　4、先進的技術

　　京準HR系列 NTP/PTP時間服務器開發了一種智能天線，將GNSS接收器內置到智能天線，而不是傳統的時間服務器的方法。將GNSS信號接收器組件移至智能天線的優點包括：? 在損壞的信號到達NTP/PTP時間服務器之前，在智能天線的GNSS接收中內置了干擾/ 欺騙檢測功能。? 由于智能天線中的模塊化設計，可以輕松更換故障的GNSS接收器或不同的GNSS接收 器，而NTP/PTP時間服務器無需停機。

　　? NTP/PTP時間服務器支持雙GNSS天線端口，允許GNSS天線物理隔離，以接收 來自不同或相同衛星系統的不同GNSS信號。

　　總結：關鍵基礎設施需要強大的同步和網絡安全性，幫助保證工業4.0，新基建，時間敏感網絡TSN，云/EDGE/FOG技術，電信5G，智能電網，智慧城市的長期IT/IoT/IIoT的可靠性。