高性價(jià)比HR子母鐘,NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘系統(tǒng)

高性價(jià)比HR子母鐘,NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)在電信網(wǎng)的應(yīng)用研究

    本文通過介紹某某電信在交換機(jī)時(shí)間同步上的應(yīng)用實(shí)例分析，闡述了時(shí)間同步系統(tǒng)在電信網(wǎng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。

    某某省電信網(wǎng)絡(luò)中有各種功能的子網(wǎng)，如程控網(wǎng)、IN智能網(wǎng)，PHS無線市話網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、160/168聲訊系統(tǒng)、多媒體通信網(wǎng)以及其他支撐網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)中的絕大部分設(shè)備使用的時(shí)間都是由設(shè)備內(nèi)部時(shí)間來提供的。

    這些網(wǎng)絡(luò)中承載的計(jì)費(fèi)、維護(hù)、管理等功能對時(shí)間設(shè)備的需求精確高，所以系統(tǒng)要求在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞的信息能夠在時(shí)間上保持高度*，精確地跟蹤北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，而通過人工定期或不定期地對設(shè)備內(nèi)部時(shí)間進(jìn)行修正時(shí)，引入的人為誤差和時(shí)間延遲以及設(shè)備內(nèi)部時(shí)間源的質(zhì)量差異所造成的時(shí)間偏差，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的時(shí)間不*。

    對電信網(wǎng)的各子網(wǎng)上各種時(shí)間設(shè)備進(jìn)行UTC（時(shí)間）時(shí)間同步，必須解決三個(gè)方面的問題：一、盡量選取高精度的時(shí)間源；二、將高精度的時(shí)間傳送到時(shí)間設(shè)備，保證在傳輸過程中誤差盡量?。蝗?、用時(shí)間同步時(shí)間設(shè)備，充分利用設(shè)備各自的時(shí)間校準(zhǔn)機(jī)制自動實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，盡量排除人工因素。

    一、時(shí)間同步概念

    1．時(shí)間源

    世界各國的原子鐘按照規(guī)定的方法進(jìn)行相互比對，其數(shù)據(jù)再由專門的機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理，求出*統(tǒng)一的原子時(shí)，稱為原子時(shí)，簡稱IAT。UTC（協(xié)調(diào)世界時(shí)）在本質(zhì)上是一種原子時(shí)，因?yàn)樗拿腴L規(guī)定要和原子時(shí)秒長相等，只是在時(shí)刻上通過人工干預(yù)方式使其盡量靠近世界時(shí)。

    定位系統(tǒng)（GPS，GlobalPositioningSystem）是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星覆蓋面較廣，使用較方便，精度也比較高，時(shí)間精度相對于UTC可達(dá)到1～10μs，這種時(shí)間源完*夠達(dá)到電信網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備時(shí)間同步的精度要求。

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

    2．時(shí)間傳輸技術(shù)

    要求時(shí)間同步的設(shè)備往往不在時(shí)間源服務(wù)器附近，不能夠直接使用時(shí)間信息，因此需要將時(shí)間信息準(zhǔn)確地傳送到各個(gè)時(shí)間設(shè)備。傳送時(shí)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(wǎng)采用精度較高的有線傳輸方式來傳播時(shí)間信息。

    在有線傳輸方式中，DCN是一種計(jì)算機(jī)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NetworkTimeProtocol（NTP）或簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）協(xié)議屬于TCP/IP協(xié)議族。這種協(xié)議傳送時(shí)間重要技術(shù)要點(diǎn)是取得傳送的時(shí)間延遲并進(jìn)行延遲補(bǔ)償。協(xié)議的傳輸延時(shí)與時(shí)間偏差計(jì)算方式是一種實(shí)時(shí)的動態(tài)機(jī)制，因此NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議與具體組網(wǎng)方案無關(guān)，可以適應(yīng)各種各樣的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP協(xié)議族另有RFC867、RFC868協(xié)議也可通過DCN傳播時(shí)間，但由于不具備時(shí)延補(bǔ)償機(jī)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(shí)間可以獲得更高的時(shí)間精度，包括IRIG-B(AC)、IRIG-B(DC)、DCLS等等硬件信號編碼協(xié)議。這種方式不受網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的影響，在固定補(bǔ)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(yīng)用，需要建立專線，在時(shí)間接受方要有復(fù)雜的設(shè)備解析各種硬件信號編碼協(xié)議，投資代價(jià)較大。

    3．同步時(shí)間設(shè)備內(nèi)部時(shí)間

    通過各種方式將時(shí)間傳輸?shù)礁髟O(shè)備后，關(guān)鍵的工作是將時(shí)間同步校準(zhǔn)設(shè)備。按照時(shí)間同步校準(zhǔn)方式，各設(shè)備可以分成三種類型：

    具有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間接口的設(shè)備（包括RS-232，NTP，IGRG接口等等）；

    具有命令行接口的設(shè)備；

    沒有命令接口，只能手動調(diào)節(jié)的設(shè)備。

    而各種時(shí)間設(shè)備時(shí)鐘晶振頻率穩(wěn)定度存在較大差異，所需時(shí)間校準(zhǔn)的頻度和校準(zhǔn)時(shí)機(jī)也不盡相同，由于責(zé)任心、理解差異、反應(yīng)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(shí)間設(shè)備時(shí)間同步的具體方案。時(shí)間同步總體原則是建立一個(gè)盡量排除人為因素、自動執(zhí)行各種同步操作和同步命令并掌握執(zhí)行時(shí)機(jī)和頻度的統(tǒng)一機(jī)制。

    二、交換機(jī)時(shí)間同步應(yīng)用研究

    目前，某某省電信網(wǎng)上運(yùn)行的交換機(jī)有S1240、EWSD、C&C08、ZXJ10、SP30、E10B、F150等，它們都各自產(chǎn)生并管理一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間值，交換機(jī)利用它產(chǎn)生各種告警、定時(shí)話務(wù)清單和網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)告，向維護(hù)人員提供實(shí)時(shí)的故障定位并進(jìn)行分析判斷；同時(shí)，交換機(jī)根據(jù)時(shí)間的具體值產(chǎn)生詳細(xì)話單，從而實(shí)現(xiàn)長話業(yè)務(wù)、本地智能網(wǎng)業(yè)務(wù)、網(wǎng)間結(jié)算業(yè)務(wù)等對帳處理和計(jì)費(fèi)結(jié)算功能。

    前臺處向用戶提供的計(jì)費(fèi)話單出自長途局、網(wǎng)關(guān)局交換機(jī)、SSP交換機(jī)等，這些設(shè)備由于內(nèi)部時(shí)間的質(zhì)量差異，引起內(nèi)部時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間發(fā)生偏差，可能出現(xiàn)嵌套話單、重復(fù)話單等，容易引起用戶計(jì)費(fèi)的糾紛。為避免這種情況的出現(xiàn)，目前維護(hù)人員采用人工方式對交換機(jī)修正系統(tǒng)時(shí)間，這并不能保證每次調(diào)整時(shí)整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)設(shè)備的時(shí)間都能精確地與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持*，這種偏差日積月累已影響到某某省電信網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。因此，在某某省電信網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)“某某省電信交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)”，并向電信網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。

    1．組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

    本次工程采用兩級結(jié)構(gòu)，即分別在省中心建立主、備兩個(gè)省級NTP（InternetTimeProtocole）時(shí)間服務(wù)器，它通過外接GPS接收機(jī)獲得標(biāo)準(zhǔn)TOD（TimeOf Day）信號，將TOD信號傳給NTP服務(wù)器，構(gòu)成一級時(shí)間服務(wù)器；同時(shí)在各地市建立各自的NTP二級時(shí)間服務(wù)器。省中心一級時(shí)間服務(wù)器通過廣域網(wǎng)把時(shí)間傳送到各地市的NTP二級時(shí)間服務(wù)器，形成全省同步的統(tǒng)一時(shí)間；各本地網(wǎng)通過本地網(wǎng)管系統(tǒng)的前置機(jī)接收二級時(shí)間服務(wù)器的修改命令來調(diào)整時(shí)間，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)運(yùn)行參數(shù)的集中處理并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

    由于某某省DCN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，因此本工程可經(jīng)DCN網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間信號的傳送。

    2．組網(wǎng)方案的選擇

    對現(xiàn)有交換機(jī)進(jìn)行時(shí)間同步后，要使其能滿足集中管理的需求，本次工程交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)主要有下列2種組網(wǎng)方案。

    方案一：新建一套時(shí)間同步系統(tǒng)平臺。

    在省中心和各地市配置以太網(wǎng)交換機(jī)和交換機(jī)前置機(jī)，將一級時(shí)間服務(wù)器和二級時(shí)間服務(wù)器經(jīng)以太網(wǎng)方式接入省DCN網(wǎng)絡(luò)中；各地市的二級時(shí)間服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機(jī)把時(shí)間命令發(fā)送給交換機(jī)前置機(jī)。

    在交換機(jī)前置機(jī)與交換機(jī)的連接方式上，主要有以下兩種連接方式。

    （1）單獨(dú)占用串行接口

    此種方式主要是針對交換機(jī)串行端口資源富余的情況，將交換機(jī)前置機(jī)與交換機(jī)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(jī)端口是否空閑，可直接占用操作，但需占用交換機(jī)的一個(gè)串行接口。

    （2）以太網(wǎng)方式

    此種方式是針對于可以提供以太網(wǎng)接口的交換機(jī)的情況，通過基于TCP/IP或UDP/IP等連接方式在多種交換機(jī)和交換機(jī)前置機(jī)之間通過LAN建立命令輸送通道。此種方式除要求交換機(jī)具有多余的以太網(wǎng)接口外，還需額外配置LAN交換機(jī)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)與前置機(jī)相連。

    方案二：利用已接入DCN網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)平臺。

    目前，某某省包括本地網(wǎng)網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)信息系統(tǒng)已經(jīng)接入了DCN網(wǎng)，其中本地網(wǎng)網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)對全省交換機(jī)的集中監(jiān)控。因此，可通過本地網(wǎng)網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)采用端口復(fù)用方式進(jìn)行時(shí)間修正命令的傳送，此種方式主要解決了交換機(jī)端口不足的情況。其0中，二級時(shí)間服務(wù)器可待端口空閑時(shí)通過本地網(wǎng)管前置機(jī)向交換機(jī)發(fā)出時(shí)間修正命令，這樣即節(jié)約交換機(jī)端口資源又不需改變交換機(jī)前置機(jī)與交換機(jī)的組網(wǎng)方式。

    方案比較：目前省內(nèi)本地網(wǎng)中交換機(jī)機(jī)型種類多，且部分為引進(jìn)機(jī)型，端口資源緊張。采用方案一時(shí)將對本系統(tǒng)帶來額外的工程投資，且占用交換機(jī)端口資源，采用方案二既節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部分的投資和交換機(jī)端口資源，又不會給本工程的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)帶來很大影響，因此，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和系統(tǒng)的安全性、集中管理性，本工程采用方案二，利用本地網(wǎng)網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)平臺進(jìn)行交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)的建設(shè)。

    3．體系結(jié)構(gòu)

    交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)的主要解決以下三個(gè)問題：

    （1）UTC時(shí)間的獲取，取得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；（2）UTC時(shí)間的發(fā)送，通過時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)將獲取的時(shí)間分配到各個(gè)交換機(jī)的操作終端；（3）對交換機(jī)時(shí)間的修正。

    針對某某省交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，某某省電信交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也主要分為以上三大部分。

    首先利用GPS接收機(jī)取得衛(wèi)星的GPS時(shí)間信號，將其提取并轉(zhuǎn)化成時(shí)間，然后利用時(shí)間同步省中心一級時(shí)間服務(wù)器；省中心一級時(shí)間服務(wù)器取得時(shí)間，通過已有計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)，傳輸給各本地網(wǎng)集中網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)前置機(jī)（時(shí)間同步終端）獲得時(shí)間后，通過該命令接口同步于交換機(jī)內(nèi)部時(shí)間。其中，本地網(wǎng)集中網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)提供命令接口，如圖1所示。

    除了這三大部分外，交換機(jī)時(shí)間同步系統(tǒng)還包括后臺控制子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)制定交換機(jī)時(shí)間同步策略，協(xié)調(diào)其他各部分的工作，如接受GPS時(shí)間的執(zhí)行時(shí)機(jī)、強(qiáng)制向下刷新交換機(jī)的硬件時(shí)間的執(zhí)行時(shí)機(jī)等，保證各本地網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)接口統(tǒng)一接收省中心的集中調(diào)度指揮。

    4．交換機(jī)時(shí)間的修正

    交換機(jī)時(shí)間的修正需考慮：（1）交換機(jī)時(shí)間是否需要修正；（2）修正交換機(jī)時(shí)間的時(shí)機(jī)；（3）交換機(jī)時(shí)間應(yīng)怎樣進(jìn)行修正。

    若交換機(jī)的時(shí)間與時(shí)間的誤差在允許范圍內(nèi)，則不對交換機(jī)時(shí)間進(jìn)行修正，當(dāng)交換機(jī)時(shí)間與時(shí)間超出誤差范圍，才對交換機(jī)時(shí)間進(jìn)行修正，且修正的時(shí)機(jī)應(yīng)避開整時(shí)段出報(bào)告的時(shí)間和話務(wù)高峰。在交換機(jī)時(shí)間修正時(shí)交換機(jī)網(wǎng)管系統(tǒng)時(shí)間同步接口未收到交換機(jī)時(shí)間修正命令時(shí)，交換機(jī)網(wǎng)管系統(tǒng)前置機(jī)照常發(fā)送原交換機(jī)集中操作維護(hù)系統(tǒng)的所有命令和獲取所有的報(bào)告。

    當(dāng)需要進(jìn)行交換機(jī)時(shí)間刷新時(shí)，時(shí)間同步服務(wù)器向網(wǎng)管系統(tǒng)前置機(jī)（時(shí)間同步終端）發(fā)出系列修正命令，時(shí)間同步終端收到修正命令后，利用系統(tǒng)接口直接操作交換機(jī)，并接收命令返回的報(bào)告。為確保交換機(jī)時(shí)間同步修正操作的精確性和安全性，需要對時(shí)間同步終端到交換機(jī)部分時(shí)間的延遲與補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)證。

    在正式的時(shí)間修改命令發(fā)出之前，本系統(tǒng)采用預(yù)備命令的方式探測交換機(jī)的負(fù)荷及命令延時(shí)，目的是取得較有效的命令延時(shí)，并將探測結(jié)果與平時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)延時(shí)相比較。如果延時(shí)過大，說明此時(shí)交換機(jī)不適合進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整，就不發(fā)真正的時(shí)間修正命令，待以后有合適的負(fù)荷時(shí)再執(zhí)行，以確保系統(tǒng)的安全和命令的順利執(zhí)行。

    交換機(jī)有兩種修正時(shí)間的方式：一是調(diào)整差值方式，另一是設(shè)置時(shí)間方式。如果采用調(diào)整差值的方式（如S1240、EWSD、AXE10、CC08），不需要進(jìn)行任何補(bǔ)償；如果采用設(shè)置時(shí)間的方式（如NEC），當(dāng)真正的時(shí)間修正命令發(fā)出時(shí)，已經(jīng)根據(jù)上述測試命令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行了預(yù)調(diào)整：由本機(jī)準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間加上一個(gè)時(shí)間差值，當(dāng)它發(fā)送到交換機(jī)被執(zhí)行時(shí)，使之與標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間差距小，從而大可能地保證了交換機(jī)時(shí)間的準(zhǔn)確性。

    三、其他系統(tǒng)時(shí)間同步應(yīng)用研究

    當(dāng)時(shí)間同步系統(tǒng)建立后，每一級時(shí)間服務(wù)器相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間平臺，向需要準(zhǔn)確時(shí)間的設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間服務(wù)器不僅僅將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間提供給交換機(jī)，進(jìn)行交換機(jī)時(shí)間的調(diào)校，同時(shí)，它還可以將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳送給其它設(shè)備和系統(tǒng)，然后根據(jù)同步的設(shè)備或系統(tǒng)采用不同的方式進(jìn)行時(shí)間的修正。

    1．IP網(wǎng)的時(shí)間同步方式

    IP網(wǎng)是屬于開放的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議，也支持NTP協(xié)議。只要在IP網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或集線器上開放一個(gè)端口用于和時(shí)間服務(wù)器以太網(wǎng)口互連，設(shè)置時(shí)間服務(wù)器的IP地址能夠被網(wǎng)內(nèi)所有的工作站、服務(wù)器訪問，然后為工作站、服務(wù)器裝載并啟動NTP進(jìn)程，自動實(shí)現(xiàn)各服務(wù)器之間的同步。時(shí)間同步的可靠性由NTP時(shí)間協(xié)議保證，精度非常高（在2Mbit/s帶寬TCP/IP網(wǎng)中可達(dá)到10～100ms）。

    2．智能網(wǎng)的時(shí)間同步方式

    只需將應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器和工作站與上一級基準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)路由調(diào)通，保證可以利用TCP/IP協(xié)議互相訪問，啟動服務(wù)器和工作站中的NTP客戶端進(jìn)程，就可實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用程序的時(shí)間同步。

    3．聲訊網(wǎng)的時(shí)間同步方式

    各本地網(wǎng)現(xiàn)有聲訊網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)組網(wǎng)機(jī)構(gòu)，與省內(nèi)綜合DCN網(wǎng)沒有接口，只需將該局域網(wǎng)接入到綜合DCN的以太網(wǎng)交換機(jī)，并調(diào)整、設(shè)置合適的IP地址，保持與二級時(shí)間服務(wù)器的TCP/IP協(xié)議連接。

    4．各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)間同步基本實(shí)現(xiàn)方式

    根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全省電信企業(yè)內(nèi)部支撐網(wǎng)上，總共有包括已建成與正在建設(shè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有幾十個(gè)。雖然，在某一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部，客戶端與服務(wù)器可能采用了相同的時(shí)間參照體系，但是在眾多的應(yīng)用系統(tǒng)之間，并沒有一個(gè)共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。另處，各應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)部時(shí)間晶振精度不一，也會產(chǎn)生時(shí)間誤差。

    隨著電信新業(yè)務(wù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)之間的交互越來越頻繁，而時(shí)間是數(shù)據(jù)交互的必要項(xiàng)。不同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)造成的時(shí)間偏差，不僅可能使數(shù)據(jù)延遲，嚴(yán)重時(shí)甚至將導(dǎo)致數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。因此，必須將各計(jì)算機(jī)用系統(tǒng)服務(wù)器接人時(shí)間同步系統(tǒng)，同時(shí)這也符合省計(jì)算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化整合的大趨勢。

    時(shí)間同步網(wǎng)和一般的電信業(yè)務(wù)網(wǎng)不一樣，它不直接面對客戶，應(yīng)該屬于電信支撐網(wǎng)的一部分，為整個(gè)電信網(wǎng)服務(wù)。同時(shí)，電信企業(yè)也可以利用時(shí)間同步網(wǎng)發(fā)展增值業(yè)務(wù)，向社會提供精確的時(shí)間資源，擴(kuò)大服務(wù)范圍，如金融證券及商務(wù)等。

    總之，時(shí)間同步網(wǎng)屬于一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，許多網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還需要站在全程全網(wǎng)的角度做進(jìn)一步的研究和探索，不可能一蹴而就。