網路時鐘伺服器（衛星同步時鐘）功能特性有哪些？

網路時鐘伺服器（衛星同步時鐘）功能特性有哪些？

京準電子科技官微——ahjzsz

1.1.1.系統概述

用於醫院、校園、交通等工程的時鐘系統產品必須準確、安全、可靠。在總結公司及國內外同行多年來生產時鐘系統經驗的基礎上，我們採用系統論和過程論的設計思想，應用當今世界上先進的通訊及計算機技術，採用分散式結構，設計出具有集散控制、雙機熱備份、自動切換保護、具有高精確性和高可靠性，技術先進、質量優良的大區域子母時鐘系統。在本技術方案書中提供裝置均為公司自行研製開發產品，系統裝置所採用元器件和零部件（除CUP晶片個別器件之外），絕大部分的裝置和元器件均選用國產知名品牌，在軟、硬體的設計上遵循了先進性與可靠性並重的原則，考慮各現場的複雜環境條件，在產品設計上充分考慮南北方的環境差異和建築風格不同，對產品從外觀設計以及產品內外防護上作了充分準備和考慮，尤其子鐘的外觀設計上與現場裝修設計風格相互協調，達到功能與觀感的完美結合。

時鐘系統對於工程系統可以說是一個不可缺少的重要組成部份，其主要作用是為系統工作人員和廣大人們提供一個標準統一的時間資訊，同時為各科室其它各相關營運系統裝置提供統一的標準時間訊號與本系統同步，從而實現科室及其全網的時間標準統一。對系統的服務質量起到了重要的作用。

時鐘系統工作原理是由母鐘接收GPS/北斗衛星的時間資訊，母鐘通過串列埠和NTP乙太網介面為其他各系統提供統一的標準時間訊號，使網路其他通訊系統裝置和區域網伺服器、計算機工作站與時鐘系統時間同步，從而實現全網統一的時間標準。

1.1.2.系統設計要點

① 本系統所有裝置均能滿足每天24小時不間斷連續執行。

② 本系統具備可監控性，通過設定在校園控制中心監控計算機能夠實時監測時鐘系統主要裝置的執行狀態及校園時鐘同步情況。

③ 系統設計採用分散式結構，系統由母鐘（Zigbee無線介面、多路串列埠輸出介面裝置、NTP網路授時介面）子鍾及傳輸通道等組成。校園母鐘獨立於上層網，可單獨控制子鍾時間，同樣NTP伺服器也可獨立於上層網可對網路提供標準時間訊號。

④ 網路母鐘通過接收上層網標準時間或本站GPS/北斗衛星標準時間訊號，產生精確時間碼。採用Zigbee無線通訊介面與本站子鍾及其它各系統進行通訊。從而保證整個網路系統時間與上層網或衛星標準時間嚴格同步。

⑤ 綠色環保的設計理念的推廣和全過程控制、低能耗元器件的選擇和使用、低能長壽命發光材料的應用、新型耐用材料的使用、先進的超大規模積體電路技術的引進與應用，使得時鐘系統的總體能耗大幅度降低，提高了時鐘系統的使用壽命，並降低了使用成本。

⑥ 為提高系統的可靠性，系統採用閉環控制，實施隔離技術、掉電保護、軟體自診斷措施等，軟硬體設計採用較大冗餘度。

⑦ 本系統的設計遵循了成熟、精確、簡單、可靠、易擴容、易管理的原則，以確保長期執行的安全、可靠及低成本。同時易於管理和擴充套件，並保持了一定時期內的先進性。

⑧ 本系統的設計充分考慮了高鐵交通的特性，特別注意了電磁電機所產生的電磁波對時鐘系統的干擾，採用了抗電磁、抗電氣干擾的裝置和電纜，並採取了必要的防護措施。

⑨ 本系統可以很方便地進行擴充套件和升級，對每個節點的校園母鐘系統的改動都不會影響整個系統。

1.1.3.系統構成

1.1.3.1.系統結構圖

1.1.3.2.系統功能

同步校對功能:

網路母鐘接收來自上層網（母鐘）時鐘源標準時間（主用外時鐘源）或本站設定的GPS/北斗時間碼訊號（備用外時鐘源），用以校準自身的內部時鐘精度，與上層網標準時間和本站GPS/北斗標準時間保持同步。 網路母鐘在上層網和GPS/北斗訊號同時失效後，母鐘自動切換到母鐘自身高穩定工作母鐘上。

時間顯示：

母鐘按時：分：秒格式顯示時間；數字式子鍾為時：分：秒顯示（或可選用帶日期顯示）。日期顯示：

母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒等全時標時間資訊，可以顯示所負載的子鐘的執行資訊。

為其它系統提供標準時間訊號：

母鐘裝置設有NTP乙太網介面輸出介面，乙太網(NTP協議)介面訊號給其它系統裝置。

系統熱備份功能：

母鐘均由主、備母鐘組成，具有熱備份功能，當主母鐘出現故障時，系統立刻能檢測到並自動切換到備母鐘，備母鐘全面代替主母鐘工作，主母鐘恢復正常後，備母鐘立即切換回主母鐘。

網路母鐘功能：

網路母鐘的主備訊號處理單元是整個校園時鐘系統的中樞部分，其工作的穩定性很大程度上決定了整個系統的可靠性，因此將其設計為主、備機配置的雙機系統模式，主、備機具有自檢和互檢功能，並且主、備機之間可實現自動或手動切換。網路母鐘的輸出為數字訊號，符合行業標準及國際電信聯盟（ITU）相關規範。

⑴ 網路母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒等全時標時間資訊。

網路母鐘面板指示器顯示以下資訊：

ⅰ.GPS/北斗資料有效數量

ⅱ.上層網資料有效指示

ⅲ.電源狀況

ⅳ.以YY-MM-DD（年-月-日）格式顯示時鐘裝置輸出的日期

ⅴ. 以HH-MM-SS（時-分-秒）格式顯示時鐘裝置輸出的時間，可在12小時和24小時兩種格式之間切換。

ⅵ 本地故障報警指示燈

網路母鐘有以下告警輸出，

ⅰ.GPS/北斗訊號故障

ⅱ. BITS訊號故障

ⅲ.輸出故障

ⅳ.電源故障

Ⅴ.附屬系統故障

⑵網路母鐘與GPS/北斗或上層網標準時間保持同步。

⑶ 網路母鐘可通過設定在帶鎖前面板上的鍵盤實現對時間的統一調整。

⑷ 網路母鐘能夠接收水產苗種和GPS/北斗時間訊號。但當外部時鐘源發生故障或時間訊號中斷時，傳真民主母鐘經判斷確認後立即進入“自由執行”模式，判斷外部時鐘源實效的過程不超過5秒鐘。處於自由執行模式時，網路母鐘根據最後收到的上層網或GPS/北斗訊號來生成時間資訊為參照時間，在外部訊號中斷期間，網路母鐘繼續獨立工作，採用自身的高穩定晶振產生的時間訊號作為時間基準，以“獨立執行”模式執行，使其本身及附屬系統保持連續性。並同時向時鍾系統維護終端及武廣線排程中心集中告警發出告警。

⑸網路母鐘具有統一調整起始時間、變更時鐘快慢的功能。

⑹網路母鐘通過傳輸線纜提供的資料通道經由分路輸出介面箱接收校園母鐘回送的自身和校園母鐘所屬子鐘的執行狀態資訊。

⑺ 網路母鐘具有夏令時的設定和定時切換功能，該功能主要考慮了將來可以適應該地區統一實行夏時制的需要，平時為關閉狀態，需要時可以立即啟用，以免人工干預。

⑻網路母鐘能夠實時檢測市電電網的頻率波動情況，當頻率波動過大時，可發出報警以提醒裝置管理人員採取必要措施。

⑼網路母鐘通過標準的RS232/422介面與排程中心維護終端以或鐵道部監控中心的集中告警網管相連，以實現對時鐘系統主要裝置和部件的監控。

⑽ 網路母鐘通過10路標準的RS422/485介面，向運營組織、客運管理部門、校園及訊號、公務電話系統、專用電話系統、無線系統、廣播系統、AFC系統、錄音系統、PIS系統、訊號系統、MCS系統和SCADA系統等及其他需要統一時間的子系統傳送全時標時間訊號，以實現各通訊子系統時間的嚴格統一。

⑾ 網路母鐘通過對主、備母鐘工作狀態的迴圈自檢和互檢，在發現故障時能夠立即實現母鐘主、備機的自動轉換，平常主、備母鐘也可以手動轉換。

⑿系統工作時間：25年×365天×24小時連續不間斷工作。不加接放大器和中繼裝置採用普通五類UTP傳輸，校園母鐘驅動子鐘的極限線距為1500米（光纖傳輸不受距離限制）。

子鍾功能

各網路的子鍾均通過NTP介面，採用直接電纜以點對多點的方式與校園母鐘相連，接收校園母鐘傳送的同步時間訊號，對自身的內部時鐘進行校準，向工作人員及乘客直接指示時間資訊。子鍾在接收到標準時間訊號後，向所屬校園母鐘回送自身的工作狀態。

子鐘不直接接入校園電源系統均由校園母鐘採用點對點的方式提供220V交流電源。各子鍾通過點亮時鐘面板上的LED指示燈，表示接收到正確的控制資料，並已與校園母鐘同步。

當子鍾從本地校園母鐘接收到有效控制訊號時，其與校園母鐘的時間誤差不得超過10微妙。

所有子鍾均具有獨立的計時功能，平時跟蹤校園母鐘工作。當校園母鐘出現故障或因其它原因，接收不到同步時間訊號時，子鍾仍能依靠自身晶振工作，並通過RS422介面向上層網或校園母鐘傳送告警資訊。

訊號中斷時，子鍾將進入“自由執行”模式，LED指示燈熄滅。在重新接收到有效的控制資料之後，子鍾將自動校準。數字式子鍾校準在1秒內完成，模擬式子鍾最長追時距離為6小時（可正轉和反轉追時），按60倍速需6分鐘完成追時。除非子鍾發生故障，無需對顯示時間進行人工調整均。

本工程採用的子鍾為數字式子鍾和模擬式子鍾兩種型別嵌入式子鍾全部嵌入到校園站臺和站廳的引導屏上，在其上按照時鐘系統給定的尺寸開視窗，子鍾以封閉獨立模組嵌入到該視窗內，電源線和訊號線單獨引入。

所有子鍾均具有記憶功能，內建實時時鐘積體電路和可充電電池，停電後可繼續保持實時時間資料十年，來電後數字式子鍾立即自動重新整理和顯示正確時間，模擬式子鍾自動進入追時程式，自動計算選擇最短路徑正撥或倒撥，以60倍速快速追到正確時間後正常執行。

在各種光照條件下（例如較強的直射陽光），所有子鍾都清晰可見。

子鍾外殼採用不鏽鋼或鋁等金屬材料，子鍾護罩的設計效果圖見外觀圖，該外觀設計符合規範規定的各項要求，充分考慮到子鍾和子鍾箱在校園內的視覺影響。機箱設計也考慮了人體工程學因素及與校園設計的總體協調性。

子鍾護罩選色範圍不限，可以按照業主要求的顏色的色標製作。選色將由業主在設計聯絡過程中決定。

所有子鍾護罩均配備防破碎、防反射玻璃或麻面板。

維護終端功能

各校園設定時鐘系統監測管理PC機即維護終端，可進行系統性能管理、配置管理、故障管理、安全管理。監控軟體用VisualBasic6.0編制而成，運行於WINDOWS XP HOME 作業系統。監控介面採用全中文顯示、下拉選單模式，具有友好的人機介面、良好的開放性和可擴充性。可以很方便地進行需要監控的校園母鐘和子鍾數量的增刪和更改。它通過標準的RS232/422介面與上層網相連，具有集中維護和自診斷功能。

維護終端能夠實時檢測鐵路校園級時鐘系統主要裝置的執行狀態，對系統的工作狀態、故障狀態進行顯示、列印、存檔，並能夠對全線時鐘進行點對點的控制，其主要監控及顯示的內容包括：

⑴ 上層網和GPS/北斗訊號的接收狀態

⑵ 訊號處理單元的工作狀態

⑶ 校園母鐘、每個子鐘的工作狀態

⑷ 輸出介面的工作狀態

⑸ 傳輸通道的工作狀態

⑹ 對全線時鐘系統的控制

⑺ 電源的工作狀態

⑻ 基本故障排除原則等幫助資訊

監控終端還能對故障狀態及時間進行列印和儲存記錄。系統出現故障時能夠發出聲光報警，指示故障部位。同時，故障資訊能夠傳輸到客服資訊平臺的集中告警終端，以便與客服資訊系統集中管理（通過網絡卡實現）。另外，還可實現遠端聯網報警，及時將相關資訊傳送到不在故障現場的裝置管理人員的通訊工具上。

NTP伺服器功能

網路時間協議（Network Time Protocol）是一種通過因特網服務於計算機時鐘的同步時間協議。它提供了一種同步時間機制，能在龐大而複雜多樣因特網中用光速調整時間分配。它使用的是可返回時間設計方案，其特點是：時間伺服器是一種分散式子網，能自我組織操作、分層管理配置，經過有線或無線方式同步邏輯時鐘達到國家標準時間。此外，通過本地路由選擇運演算法則及時間後臺程式，伺服器可以重新分配標準時間。

NTP 的設計帶來了三種產品 — 時鐘偏移、時間延遲及差量，所有這三種與指定參考時鐘都是相關聯的。時鐘偏移表示調整本地時鐘與參考時鐘相一致而產生的偏差數；時間延遲表示在指定時間內傳送訊息與參考時鐘間的延時時間；差量表示了相對於參考時鐘本地時鐘的最大偏差錯誤。因為大多數主機時間伺服器通過其它對等時間伺服器達到同步，所以這三種產品中的每一種都有兩個組成部分：其一是由對等決定的部分，這部分是相對於原始標準時間的參考來源而言；其二是由主機衡量的部分，這部分是相對於對等而言。每一部分在協議中都是獨立維持的，從而可以使錯誤控制和子網本身的管理操作變得容易。它們不僅提供了偏移和延遲的精密測量，而且提供了明確的最大錯誤範圍，這樣使用者介面不但可以決定時間，而且可以決定時間的準確度。

採用工業級標準，19英寸標準機架式，通過接收衛星的標準時間訊號，先同步自身內部時鐘，然後再通過10M/100M乙太網卡同步區域網內的計算機裝置，具體硬體配置如下：

1、輸入訊號：時間碼Time code：BNC或DB9

2、輸出訊號：10BaseT/100BaseT乙太網介面/RJ45用於NTP

時間碼Time code：BNC或DB9

3、管理埠：10BaseT/100BaseT乙太網介面/RJ45用於管理

RS-232：終端介面用於配置

4、網路時間同步精度：TCP/IP網路上的NTP-1-10ms

5、環境要求：工作溫度：0～＋50℃；

6、供電電源：交流電220V±25%，50Hz±5%；

7、電源頻率：50Hz±5%。

8、功率：≤15W

9、平均無故障時間（MFBF）：≥7萬小時

1.1.3.3.裝置配置及效能指標

裝置效能指標：

網路母鐘

☉供電電源：交流電220V±15%，50Hz±5%

☉同步精度：正常接收GPS/北斗/上層網訊號時，與上層網/GPS/北斗訊號的時間誤差不超過≤±1微秒

☉可帶≤120臺二級母鐘，可帶指標式和數字式子鍾4200面

☉跟子鍾同步精誤差≤10ms

☉NTP伺服器≤2ms，BITS伺服器≤2ns

☉可擴充套件NTP伺服器功能

☉自由執行精度優於：

ⅰ.經一小時執行後，精度達到99.998%

ⅱ.經一週執行後，精度達到99.9997%

☉GPS/北斗訊號恢復時自動校準完成時長：5秒

☉自身晶振精度：1×10^－8秒/天

☉輸出介面：標準RS422介面/NTP介面

☉子鍾負載方式：點對多點

☉傳輸距離： 網線的標準通訊距離

☉功耗：小於10W

☉環境溫度: -10℃～+65℃

☉相對溼度: 5％～95％

GPS/北斗接收裝置

☉跟蹤衛星數：≥6顆衛星同時跟蹤

☉計時精度：0.1秒/年

☉介面方式：標準RS-422介面

☉天線饋線長度：30米

☉天線：具備避雷裝置，防水、防腐，防護等級不低於IP65

☉訊號傳輸距離：100米

☉供電電源：AC220V±20%，50Hz±5%

單面數字子鍾

☉顯示時分秒、年月日、星期可選。

☉支援同步公、私網NTP時間伺服器。

☉支援倒計時顯示時間。

☉可遠端軟體關閉時鐘顯示，減少能耗。

☉版面各顯示模組亮度軟體可調，確保顯示版面LED亮度勻稱。

☉時鐘自動切換主、備NTP時間伺服器地址。

☉時鐘軟體可線上升級。

☉數碼管筆端故障自動掃描報警。

☉支援網路化批量化管理

☉計時精度：0.5秒/天

☉工作電源：AC 220V 50Hz

☉工作溫度：-20~70℃

☉外形尺寸：70*30*5cm；70*19*5cm；

☉LED顯示單元發光強度：≥200cd/㎡

☉對比度：≥10：1

☉LED顯示屏可視視角：≥±65º

☉LED顯示屏MTBF：≥50000小時

☉獨立計時精度：≤±0.5秒/天

☉環境要求：工作溫度-40～＋50℃

NTP網路時間伺服器

☉輸入訊號：時間碼Time code：BNC或DB9

☉輸出訊號：10BaseT/100BaseT乙太網介面/RJ45用於NTP

時間碼Time code：BNC或DB9

☉管理埠：10BaseT/100BaseT乙太網介面/RJ45用於管理

RS-232：終端介面用於配置

☉網路時間同步精度：TCP/IP網路上的NTP：1-10ms

☉環境要求：工作溫度：0～＋50℃；

☉供電電源：交流電220V±25%，50Hz±5%；

☉電源頻率：50Hz±5%。

☉功率：≤15W

☉平均無故障時間（MFBF）：≥7萬小時

裝置配置詳細描述

在每個網路通訊控制室（機房）設定一臺NTP時鐘伺服器於機櫃，在其他的各個科室大廳、走廊、通道等醒目處及住院房屋內設子鍾顯示屏；NTP時鐘伺服器裝置包括NTP乙太網輸出介面、GPS/北斗訊號接收處理器以及供子鍾顯示屏同步的網路介面訊號。

詳細描述如下表：

具體裝置圖片如下：

NTP衛星母鐘：

子鍾顯示時分秒：

長770mm 高180mm 厚 50mm

子鍾顯示年月日星期時分秒：

長770mm 高 290mm 厚50mm