[发明专利]一种快速高精度时间同步系统

说明书

本发明公开了一种快速高精度时间同步系统，包括NTP和PTP协议，NTP为适应Internet的层次结构采用层次氏时间分布模型、包括主时间服务器、从时间服务器及客户与节点间的传输路径，主时间服务器与高精度同步时钟源，从时间服务器经由主服务器或从其它服务器获得同步。本发明可用于无线、有线通信两个或者多个设备之间的时间同步，其直接建立在ISO七层通信模型的物理层上的链路层，与上层协议无关，且对于上层协议是透明的，当系统网络的物理层连接的同时就能迅速同步两个或者多个设备之间的时间，精度可根据通信方式、通信速率和实现成本来调整，最高可达到纳秒级别，具有精度高、成本低、设备布置灵活。

技术领域

本发明涉及网络时间技术领域，具体为一种快速高精度时间同步系统。

背景技术

目前广泛使用的时间同步方式(协议)有网络时间协议NTP(Network TimeProtocol)，但其同步准确度只能达到1ms左右，LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒；另外网络精密时钟同步委员推出的IEEE1588标准即精确时间协议PTP(Precision TimeProtocol)，PTP可以以纯软件的方式实现，也可以用能够提供更精确的时间同步的专门的硬件实现，时间的精度和不确定性一般在几十纳秒到几十亚微秒间，但是这两种方式均是在以太网的IP层上实现，要实现系统的时间同步首先实现以太网的IP通信功能，并且需要同步双方都至少需要发送和接收到两个报文才能实现，因此同步时间长，结构复杂，实现难度大，成本较高；另外上述时间同步方式对于一些非以太网通信的系统，如水下通信，战术无线电通信、红外点对点通信等情况下也不是很适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速高精度时间同步系统，具备可用于无线、有线通信两个或者多个设备之间时间同步的优点，其直接建立在ISO七层通信模型的物理层上的链路层，与上层协议无关，且对于上层协议是透明的，当系统网络的物理层连接的同时就能迅速同步两个或者多个设备之间的时间，精度可根据通信方式、通信速率和实现成本来调整，最高可达到纳秒级别，具有精度高、成本低、设备布置灵活。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种快速高精度时间同步系统，包括NTP和PTP协议，NTP为适应Internet的层次结构采用层次氏时间分布模型、包括主时间服务器、从时间服务器及客户与节点间的传输路径，主时间服务器与高精度同步时钟源，从时间服务器经由主服务器或从其它服务器获得同步，在正常情况下节点(包括从时间服务器及客户)只用最可靠、最准确的服务器及传输路径来进行同步，因此通常的同步路径呈现为一个层次结构，在该层次结构中，主服务器位于根节点，而其它服务器随同步精度的增加而位于逐渐靠近叶子节点的层上，NTP将传输路径区分为主动同步路径(ActiveSynchronization Paths)与备份同步路径(Backup Synchronization Paths)两者都进行时间消息包的传输，但节点只用主动同步路径的数据进行同步处理，NTP对时间的处理主要包括以下部分；

一：针对一个时间服务器的数据过滤处理，这种处理的目的是改善通过一个时间服务器获得的网络延迟和时钟偏差的估计精确度；

二：针对多个时间服务器的对等选择与组合处理，NTP是通过利用多个服务器及多条网络路径来获得高准确度与可靠性；

三：本地时钟校正，为维持时钟的单调性，NTP并不将前两步处理得到的时钟偏差直接用来调整本地时钟，而是通过一个环路滤波器转换为一个对可变频率振荡器的控制量，来控制振荡器的振荡频率，间接调整系统时钟。

PTP协议也是通过以太网同步各设备的时钟，可以提供亚微妙级的对时精度，其对时过程包含两步：

第一步：通过最佳主时钟(Best Master Clock)算法确定网络中最精确的时钟，作为主时钟master，其余所有时钟都作为slave，并与master同步；