通信网中的时间同步问题分析

 1、问题的描述和分析

目前通信网中的各种设备之间的时间误差非常大。通信网的计费，运营管理，事件记录和故障判别需要统一的时间标准。

现代通信网设备日益采用计算机平台，日益IP化。采用软交换技术，时间同步采用TCP/IP时间协议NTP协议成为趋势。

通信网内获得时间同步，要按照不同精度要求和稳定要求选择时间源，选择合适的时间传输技术和校准方法。

2、时间源的选择

现代标准时间源是原子钟。原子钟是原子频率的简称，是根据原子物理学和量子力学原理制造的高准确度和高稳定度的振荡器。物理原理是原子跃迁频率只取决于其内部特征而与外界电磁场无关，可以利用量子跃迁实现频率控制。

因为原子钟振荡频率存在着系统的和随机误差，人们通常采用一组原子钟，用统计方法构成一个"平均原子钟"，取得原子时。现在国际原子时由50多个原子钟计算得到。

按照广义相对论四维时空框架，世界各国的原子钟按照规定的方法进行相互比对，其数据再由专门的国际机构进行处理，求出全世界统一的国际原子时（IAT）。UTC（Coordinated Universal Time协调世界时）是一个复合的时间标度，由原子钟驱动的时间标度和地球旋转速率为基准的时间标度组成。UTC时间可由国内计量标准机构和全球导航卫星得到。

铯原子钟有很高的准确度，稳定度和均匀度，准确度达到±3×10-15，长期稳定度±2×10-15，因此成为现代最高标准时间源，铷原子钟稳定性不够，但是成本低，GPS可校正铷原子钟，二者配合使用。

我国电信系统采用的时间源有两种，一个是国内的原子时间源，在武汉和北京的铯原子钟，一个是GPS。全球定位系统GPS是美国卫星导航系统， GPS发送美国海军天文台的UTC（USTU），为全世界用户提供时间服务，美国海军天文台的UTC由20多个铯原子钟形成，这种时间源完全能够达到电信网内各种设备时间同步的精度要求。GPS时钟与地面钟不同，要考虑狭义相对论中的卫星和接收机相对于地心惯性坐标系移动的校正，和广义相对论中卫星和接收机引力周期变化的校正，以使用户更准确的得到时间。

3、授时技术的选择

授时服务为国家计量机构提供，为用户提供3种信息：日期和时刻，精密的时间间隔，标准频率。在我国可以主要得到下面授时信号。

（1）地面无线电波授时：国内有BPM短波授时和BPL长波授时。都有精度高，覆盖大的优点，如图1所示。

图1　地面无线电波授时

（2）卫星授时

GPS导航系统：提供的时间信号对世界协调时跟踪，精度优于100 ns。GPS全球覆盖，接收设备体积小，可以接收6颗卫星信号，可用来提供2.048 Mbit/s基准时间信号。

俄罗斯的GLONASS卫星导航系统：目前系统未完成完善，接收设备商业化不够。

中国的北斗导航系统：精度达到50 ns，目前覆盖中国，同步卫星信号接收设备体积较大，系统还未建成。

（3）网络授时：通过互联网授时。使用NTP（Network Time Protocol，网络时间协议，RFC1305）。

（4）电话授时：通过公共电话网，用户用调制解调器接首时间信号。

（5）电视授时：通过电视网授时。

（6）电信有线传输网授时

来源：维库开发网