NTP网络授时系统设计与实现总体方案设计.doc

《NTP网络授时系统设计与实现总体方案设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NTP网络授时系统设计与实现总体方案设计.doc（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第2章 总体方案设计2.1 系统概述目前军事指挥信息系统的时间同步采用NTP体制，全网设立专用时间效劳器与外部准确时钟相联获取标准时钟信号，在各级子网中使用带NTP效劳的路由器充当NTP效劳器或设立专用的NTP效劳器，从上级专用时间效劳器或其上级子网路由器校正时间，同时对本子网用户与下级子网路由器提供NTP效劳。其构造如图2-1所示。图2-1 现行网络授时系统示意图而在遂行作战任务时，根据联合作战的需要，往往对兵力进展重新编组，将原来隶属不同子网的用户分割重组成假设干个新的子网。如图2-1中红色虚线框线局部所示，将这些作战力量重新编组为一个战斗群。在整个作战行动中的存在假设干战斗群，这些群之间

2、的网络链路，或因受敌火力打击、或因其它需要，无法保证持续、长久的连接，形成了假设干相互独立的子网，如图2-2所示。图2-2 战场实际网络环境示意图由于联合作战的需要，这些相互别离的子网之间，对时间同步仍然有着较高的要求。但如果长时间网络中断，仅靠子网内设备自身的时钟无法保证时钟的同步精度，必须有统一的外部时钟源来作为参考。故考虑在各个子网直接配置一个可通过某种方式直接与准确时钟源校对时钟的设备，并向子网内部其它设备与用户提供NTP授时效劳，其系统的构造如图2-3所示。图2-3 NTP网络授时系统示意图系统可采用多种外部时钟源，包括全球定位系统GPS、北斗卫星定位导航系统或CDMA网络等作为一级

3、时钟源，直接获取标准时钟信号且不依赖于计算机网络。同时NTP效劳器接入作战群计算机子网中，为本网其它设备与用户提供NTP授时效劳。2.2 系统目标NTP网络授时系统的目标是，在基于IP协议的多层级局部网络中，实现客户端与效劳器的实时时钟同步，从而保证信息系统应用的有序运行与高精度、高可靠性。网络授时系统效劳器实时从外部时钟源获取准确时钟信号、驯化本地时钟、提供网络授时效劳。网络授时系统客户端自动选择可用效劳器，获取准确时钟信号、驯化本地时钟。对本NTP网络授时系统所部署的各类军事应用系统来说，主要是使原分属于不同局部网络、参照不同时钟源的客户，在重新组织到一个新的局部网络后，实现时钟同步。故从

4、理论上讲，其时钟同步系统，可采用一种完全独立于其它时间系统的时间标准。但是根据现行技术体制的要求，本系统仍然采用世界协调时UTC为基准。系统对可靠性、可维护性、平安性、易用性等性能有较高的要求。2.3 需求分析 硬件需求NTP网络授时效劳系统的硬件需求，主要是指需进展开发的NTP授时效劳器的硬件需求，主要有：1. CPU有较强的处理能力；2. 具备串行接口以获取外部时钟信号；3. 具备以太网接口；4. 可运行CLinux嵌入式系统5. 到达中华人民共与国国家军用标准?时统设备通用标准GJB 2242-94?所规定的各项技术指标 软件需求NTP网络授时效劳系统软件的功能性主要需求：1. 时间效劳

5、器能够同步到标准时间，必须提供连续的基于UTC的本地时间。2. 时间效劳机制即使在网络传输路径上有不稳定的延迟变化时，也能够提供准确的时间。3. 同步子网即使在不稳定的网络环境下，也必须提供可靠性与存活性。这需要冗余时钟源、冗余的时间效劳器、不同的传输路径与动态的可再组织的子网构造。4. 系统可在现行的操作系统windows与网络环境IP网络上部署使用，符合现行时统设备的技术体制NTP，同时对操作系统与现有效劳的影响尽可能的小。5.效劳器必须便于设置与使用，特定的客户端软件必须便于安装与配置。NTP网络授时系统的主要业务流程如下列图所示。图2-4 NTP网络授时系统主要业务流程NTP网络授时系

6、统的用例图如下所示。图2-5 网络授时系统用例总图2.4 硬件总体设计为到达NTP效劳器硬件小型化、便于机动携行的目的，其硬件设计可考虑采用两种方案：一种方案是采用单片机作为控制器，外加网上芯片完成数据的接收与转发，这种方法比拟经济简单，硬件与软件开发相对容易，但是单片机一般性能有限，工作频率不高、速度较慢，当网络吞吐量大时，处理器很难实时处理，影响时钟同步的准确性。另一种方案是采用ARM处理器，外加带TCP/IP协议栈的实时操作系统，既可以满足性能的要求，又有效减小了软件开发的工作量。事实上，ARM处理器以其优越的性能正越来越得到广泛的应用，它在工业控制、通讯、计算机、消费电子等方面正逐步取

7、代单片机，成为人们进展工程开发的首选。本工程采用第二种方案，即使用ARM处理器外加CLinux嵌入式操作系统，作为NTP网络授时系统的效劳器，其硬件构造框图如图2-6所示。图2-6 NTP效劳器硬件构造框图其核心是ARM处理器及必要的外围电路：电源电路将外部5V电源通过DC/DC转换器，为系统各局部提供所必需的5V与3.3V电压；晶振电路为系统提供内部时钟信号；JTAG接口电路为系统提供调试接口；RS232驱动器与接口连接外部时钟源以获取标准时钟信号，以太网接口用于连接IP网络以提供NTP效劳。2.5 软件总体设计NTP网络授时系统的软件，根据需求与业务流程，可划分为两个局部，即NTP效劳器端

8、的授时效劳软件与客户端的NTP时钟同步软件。软件设计的主要目标是：1. 采用Client/Server架构；2. 效劳器端软件基于CLinux操作系统，通过外部配置文件保存RS232串口的参数设置，通过RS232串口通信获取外部时钟信号并别离出准确时钟信号，能够对本地时钟进展校正，通过socket编程，实现对以太网口NTP协议包的接收与应答；3. 客户端软件基于windows操作系统，有通过图形用户界面可对有关参数进展设置，通过socket编程实现对以太网口NTP协议包的发送与接收，能够对本地时钟进展校正。NTP网络授时系统软件的主要功能划分如下列图所示。图2-7 网络授时系统功能架构图从图2-3中可以看出，在整个NTP网络授时系统中，时钟源是统一的，NTP授时效劳器是根据作战群子网划分呈分布式部署的，每一个子网中授时系统的架构是一样的，一个授时效劳器对应多个时钟同步客户端。图2-3也可以看作是整个NTP网络授时系统的网络架构图。在一个独立的子网内部，为了最大限度地提高时间同步效劳的准确性与及时性，一般将NTP效劳器部署在最上层交换机的某一端口。子网中网络授时系统的网络架构如图2-8所示。图2-8 网络授时系统在子网中的网络架构第 5 页