新基建如何構造精準時鐘同步（NTP網路授時）體系

新基建如何構造精準時鐘同步（NTP網路授時）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資訊網路中，跨路由節點之間的彼此協同、大資料處理及節點資料融合的精度等環節，對精準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，精準的時間同步在新型基礎設施建設中至關重要。

1 、為什麼要構建精準的時間同步體系?

　　以 5G、工業網際網路、衛星網際網路等為代表的新型資訊基礎設施，通訊訊號載波頻率的穩定、上下行時隙校準、可靠傳送等方面都需要精確的時間同步控制。

　　行業應用有嚴格的低時延、低抖動、低丟包率承載要求，對精準時間同步的質量要求也將越來越高。工業網際網路中的網路跳頻、資源分配、路由轉發和資料融合等都依賴時間同步的應用，否則不能正常執行。特別是時間敏感型的工業網際網路，對在裝置上維持端到端的時間精度要求更高，甚至達到納秒級。

　　而對於衛星網際網路、低軌衛星，只有實現相互間的精準時間同步，才能為覆蓋區域提供高速衛星通訊。另外，在智慧電網、智慧礦山、智慧道路等融合基礎設施，以及重大科技基礎設施中，系統控制、裝置執行、執行統計、異常處理等都需要統一時間標準，否則將無法正常執行。

2 、網路時間同步技術（NTP/PTP）

　　 NTP是應用於網際網路中時間同步的標準網路時間協議，其作用是把網路內的計算機時間同步到協調世界時(UTC)。NTP通常採用客戶端/伺服器主從工作模式，通過資料包互動來實現時間同步。NTP具有完善的演算法體系，綜合採用時間濾波、時間選擇、聚類、時鐘調節等演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路時間同步技術之一。

　　傳統NTP技術採用軟體時間戳，時間戳精度和準確度較低，因此同步精度一般為毫秒級，主要用於對同步精度要求不高的網路裝置、應用伺服器及計算機終端等提供時間同步服務。

　　 PTP是用於網路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採用主從時鐘同步方式，主從時鐘之間通過互動同步、狀態和時延測量等報文來實現時間或者頻率同步。PTP支援端到端(E2E)和點到點(P2P)時延測量機制、組播和單播通訊方式、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，同時支援普通時鐘(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埠狀態決策演算法(BMC，最佳主時鐘演算法)，基於各種工作模式的靈活組合可以滿足不同網路環境下的組網應用需求。

　　PTP採用硬體時間戳，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，廣泛應用於通訊傳輸網路、移動回傳網路、智慧電網、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)是基於PTP的自適應時間恢復演算法，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。然後通過PTP報文的互動，實現裝置間穿越第三方網路的時間同步。1588 ATR是在1588v2的基礎上，實現穿越不支援1588v2協議裝置的第三方網路的時間同步。解決了原有采用1588v2方式同步時間時，要求全網裝置逐跳支援1588v2協議的問題，採用1588 ATR以跨過不支援1588v2協議的裝置，進行時間同步。1588ATR是逐跳支援的一種補充，但標準化程度不高。

3 、衛星基準授時安全性

　　新基建的精確授時主要依賴GPS和北斗等星基授時系統，一旦星基授時訊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 授時裝置的風險。

　　當前，我國大量時鐘同步裝置是以 GPS 授時為主，存量 GPS 授時裝置風險需要高度關注。三是網路傳輸協議的風險。當前，IEEE1588V2 協議及其衍生無線網路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裝置實現亞微秒級精度。

4 、先進的技術

　　京準HR系列 NTP/PTP時間伺服器開發了一種智慧天線，將GNSS接收器內建到智慧天線，而不是傳統的時間伺服器的方法。將GNSS訊號接收器元件移至智慧天線的優點包括：• 在損壞的訊號到達NTP/PTP時間伺服器之前，在智慧天線的GNSS接收中內建了干擾/ 欺騙檢測功能。• 由於智慧天線中的模組化設計，可以輕鬆更換故障的GNSS接收器或不同的GNSS接收 器，而NTP/PTP時間伺服器無需停機。

• NTP/PTP時間伺服器支援雙GNSS天線埠，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訊號。

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