基于NTP协议时间同步系统在阵地防护系统中的应用

航天南湖电子信息技术股份有限公司 邓 兴 董 荣 杨 柳

本文介绍了基于NTP协议时间系统在阵地防护系统中的应用，基于NTP协议的时间系统在通讯领域目前已被广泛使用，其系统核心为带时间同步仪的以太网交换机作为服务端，能使用标准的NTP协议通过通讯同步接入其中所有的控制单元，具有低成本、较高系统可靠性、一定扩展性、较高同步时间精度的特点，在目前的阵地防护系统中，各控制单元可通过软件按照一定的计算公式和NTP协议中自带的时间戳值，计算出各控制单元与服务端间的时间差值，并作为各自的时间补偿值使用，达到最终系统时间同步的目的。

在系统中使用同一个时间基准，在阵地防护系统中，对终端的综合控制调度和各设备的协调运行，均有相当重要的作用，在传统的时间同步实现中，对系统内各控制单元配置一个GPS设备为较通用做法，但考虑到为每个控制单元增加一个GPS设备的成本问题，同时需要保障每一个GPS正常工作的可靠性问题，使得这种传统的时间同步方案具有一定的局限性。

基于NTP协议的时间同步系统，以带时间同步仪的以太网交换机为核心，采用NTP协议对接入其中的所有单元进行系统校时，最终达到系统内部各单元时间同步的目的，基于NTP协议时间系统的阵地防护系统，应具有如下特点：

（1）NTP协议时间系统作为大系统中唯一的时间同步源；

（2）系统中各单元基于通用以太网协议总线的传输方式通讯；

（3）毫秒级精度的系统同步时间；

（4）基于NTP协议的时间报文协议。

1 NTP协议时间同步系统的应用

1.1 NTP协议

NTP协议（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC1305定义的时间同步协议，用来在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步。NTP基于UDP报文进行传输，使用的端口号为123。使用NTP协议的目的是对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步，使网络内所有设备的时钟保持一致，从而使设备能够提供基于统一时间的整体调度工作。NTP协议报文格式如图1所示。

图1 标准NTP协议报文格式

1.2 阵地防护系统中NTP的使用

对于运用NTP的本地系统，既可以接收来自自身其他时钟原的同步，又可以作为时钟原同步的时钟，并且可以和其他设备相互同步。

在阵地防护系统中，仅使用带NTP时间同步协议的以太网交换机即“NTP协议交换机”，作为阵地防护系统时钟源的唯一来源，同时为保障“NTP协议交换机”本身的时间精度，一般会为其连接一个GPS/北斗接收组件，阵地防护系统各单元以“NTP协议交换机”为中心进行星型连接，阵地防护系统中各单元的通讯链接框图如图2所示。

图2 阵地防护系统各单元通讯链接框图

1.3 NTP协议同步系统的工作流程

一条NTP协议报文以客户端首先发起，先下发服务端，后服务端回传该条NTP协议报文，客户端接收该条NTP协议报文，并记录接收时间，过程中需要客户端和服务端共同完成者同一条NTP协议报文中时间戳报文段的时间赋值工作。

基于NTP协议的时间同步系统中，客户端将根据NTP协议报文中标记的3个时间值和客户端记录的1个时间值，共同计算出客户端与服务端时间存在的固定时间差，并以此作为时间补偿值，最后在客户端中使用该补偿时间，用于同步客户端与服务端的内部时间，系统所有各客户端以服务端内部时间作为基准进行时间同步，最终达到系统时间同步的目的。

2 阵地防护系统中时间同步的实现

整个阵地防护系统正常工作时，防护系统中某一组成单元“设备A”，需要系统时间校时的具体处理流程如下：

（1）“设备A”主动发送一条NTP报文到“NTP协议交换机”中，其中A在下发的NTP协议报文同时，在协议的“原始时间戳”报文段中添加“设备A”自身时间的时间戳：TA1；

（2）当“设备A”下发的该条NTP报文到达“NTP协议交换机”时，“NTP协议交换机”在该条报文的“接收时间戳”报文段添加当前接收的“NTP协议交换机”自身时间的时间戳：TB1；

（3）后“NTP协议交换机”将该条NTP报文回传给“设备A”，并在回传的同时在该条报文的“发送时间戳”报文段添加当前“NTP协议交换机”自身时间的时间戳：TB2；

（4）“设备A”接收“NTP协议交换机”回传的该条NTP报文后，迅速记录“设备A”当前自身的时间：TA2；

（5）然后“设备A”可以通过最终的NTP协议报文中的3个时间戳信号TA1、TB1、TB2以及记录的时间TA2，可以计算出“设备A”与“NTP协议交换机”间的相对时间差；

（6）所以“设备A”的最终校时后使用时间为当前自身实时时间TA与两设备时间差Toffer的和。

阵地防护系统中的每个组成单元“设备A”、“设备B”、“设备C”、…，均可按照以上公式和一定的软件计算处理，最终达到自身单元设备的时间校时，最终完成阵地防护系统整体的时钟同步工作。

结束语：采用低成本、较高系统可靠性、具备一定扩展性、较高时间精度的基于NTP协议的时间同步系统，使用简单，协议通用，配合软件化的流程处理和计算处理，能较快和较智能的完成系统内所有控制单元的时间同步功能，满足现代阵地防护系统时间同步的要求。