通信网中的时间同步问题分析

表1是授时精度比较

表1　授时精度比较

从表1比较看出，无论是精度，还是覆盖范围来看，以卫星授时最佳，采用美国GPS系统较佳。GPS得到比较好的维护，可靠，终端商业化。在通信网中GPS要与各级原子钟主备用。

4、NTP协议的网络时间同步

随着通信网日益IP化，通过IP网络，使用NTP（Network Time Protocol，网络时间协议，RFC1305）修正通信系统内部时间。

NTP采用客户机/服务器模型，NTP服务器端口等待发送到此端口的UDP报文，响应其他设备作为客户机向NTP服务器发送请求，发送32位整数表示的当前时间报文、计算精确度和稳定度的信息，客户端接受信息后调整本地时间。

RFC1305属于TCP/IP协议族，这种协议传送时间的要点是取得传送的时间延迟并进行延迟补偿，协议的传输延时与时间偏差计算方式是一种实时的动态机制，采用Filtering和Selection算法，包括Clock-Filter算法，interval-intersection算法，clustering算法。客户端可以和几个时间服务器对时，用算法过滤来自不同服务器的时间，选择最佳的路径和来源来校正时间。每一个时间报文内包含最近一次的事件的时间信息、包括上次事件的发送与接收时间、传递现在事件的当地时间、及此包的接收时间。在收到上述报文后即可计算出时间的偏差量与传递报文的时间延迟。仅从一个时间服务器获得校时信息，不能校正通讯过程所造成的时间偏差，而同时与许多时间服务器通信校时，就可利用算法找出相对较可靠的时间来源，然后采用它的时间来校时。时间服务器用算法将先前8个校时报文计算出时间参考值，以时间参考值判断后续校时包的精确性，如果后续有相对较高的离散程度，表示这个对时报文的可信度比较低。

时间服务器可以利用以下3类工作方式：

symmetric：时间服务器可以从远端时间服务器获取时钟，也可提供时间信息给远端的时间服务器。此一方式适用于配置多个时间服务器，可以提供更高的时间精确度给客户。

Client/server：局域网的环境，时间服务器接收上级时间服务器的时间信息，并提供时间信息给下层的用户。

broadcast：局域网的环境，时间服务器以广播的方式周期性地将时间信息传送给其他时间服务器，其时间仅会有少许的延迟，配置简单，精确度并不高。

最高时间服务器要以高精度时钟参考，一般是GPS信号。国际互联网的NTP时标以UTC时标为基础，以1972年1月1日0时起，这个时间 NTP计为2272060800s（以1900年1月1日0时为起点），例如UTC时间的1990年12月 31日23：59：59，NTP时标为 2871590399s。如果构建用户自己的NTP授时网，可以自己选择起点，中国科学院国家授时中心以1999年12月31日起。

RFC1305规定系统配置一套最高15层服务器的系统，每层时间服务器的精度以Stratum定义，Stratum1时钟精度大约比授时信号差10倍，按照系统和设备时间精度需求，选择级别和传输技术。

TCP/IP协议族另有Daytime协议（RFC867）、Time协议（RFC868）与NTP配合。SNTP协议（RFC2030）是NTP的简化版本，没有NTP复杂的算法，一般在windows上的实现，如图2所示。

图2　NTP结构图

安全机制：使用了验证（Authentication）机制，检查来对时的信息是否是真正来自所宣称的服务器并检查报文的返回路径，以对抗攻击，但是加密算法要求计算机性能比较高，并影响时间精确度。

5、通信网内采用NTP网络授时的组网方案

电信网中可以采用精度较高的有线传输方式（SDH，DCN、DDN等）来传播时间信息。运营商的DCN是省内互联电信运营管理系统的TCP/IP专用网络，比较方便在其上建立时间同步网。

采用NTP网络授时，参照中国科学院国家授时中心建的网络授时系统数据，广域网定时精度300 ms，局域网＜15 ms级。一个省电信网有8～10个本地网有Stratum 1服务器，其他地市用Stratum 2级时间服务器。本地网级的Stratum 1时间服务器之间互相联网，以symmetric方式互相校时，避免GPS时间源出故障造成中断，还可以达到更高精度。Stratum 1时间服务器对下级采用client/server方式。

Stratum 1时间服务器取得GPS时间信号和其他授时方式时间信号，比如其他导航卫星，短波，长波方式，互为备用。上下级Stratum采用DCN相连或专线相连，保持稳定相连。各级时间服务器把时间信号发到各个通信设备，如图3所示。

图3　省内电信时间同步网

来源：维库开发网