GPS標準時鐘系統（北斗子母鐘系統）設計構造原理特點

GPS標準時鐘系統（北斗子母鐘系統）設計構造原理特點

【摘要】時鐘系統是校園網絡中一個重要的精準計時系統，隨著網絡的普及，許多校園都建了自己的校園專網，使用的網絡設備和服務器也日益增多，這些設備都有自己的時鐘，而且是可以調節的。但是無法保證網絡中的所有設備和主機的時鐘是同步的，因為這些時鐘每天會產生數秒、甚至數分鐘的誤差。經過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網絡環境下的應用中可能會引發意想不到的問題。

1、概述

隨著網絡的普及，許多校園都建了自己的校園專網，使用的網絡設備和服務器也日益增多，這些設備都有自己的時鐘，而且是可以調節的。但是無法保證網絡中的所有設備和主機的時鐘是同步的，因為這些時鐘每天會產生數秒、甚至數分鐘的誤差。經過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網絡環境下的應用中可能會引發意想不到的問題。如在分布式計算環境中，由于每個主機時鐘不一致，會造成同一操作在不同主機的記錄時間不一致，將導致服務無法正常地進行。隨著各種網絡應用的不斷發展，對時鐘的要求也越來越高，否則會引發許多的問題。

校園由教室、辦公室、圖書館等場所組成，各個場所時鐘信息不一致，師生工作無法協同達到最高效率，平時工作中可能影響不大，但在關鍵考試時因時鐘不一致，導致學生無法考出真實水平，教師的教學成績就無法評估，這就影響大了。

2、系統設備構成

網絡時鐘系統由衛星信號接收天線、NTP衛星時鐘服務器（NTP網絡母鐘）、網絡交換機、NTP網絡子鐘、傳輸通道（網線）、管理軟件等組成。系統構成如圖1所示。

2.1 衛星信號接收天線

衛星信號接收天線由衛星蘑菇頭和適當長度天線組成，可向衛星時鐘服務器（網絡母鐘）提供衛星實時同步信號。

2.2 衛星時鐘服務器（網絡母鐘）

時鐘系統中的衛星網絡母鐘為雙機備份裝置，其中一個作為系統時間信號的主要來源，另一個作為整個時鐘系統的設備備份，以備緊急故障時使用。衛星母鐘LCD顯示屏上可顯示年、月、日、時、分、秒時間信息和當前的GPS北斗衛星顆數。時鐘系統由2臺高穩衛星網絡母鐘、衛星接收天線、天線支架、客戶端軟件等構成；

衛星網絡母鐘的多路網口可向教室和辦公室數字NTP網絡子鐘，也可同時向校園廣播系統、安防系統、智慧教室系統、智慧圖書館系統、火災報警系統、校園一卡通系統、校園信息管理系統等其他各個子系統的服務器監控主機提供標準時間信號。

2.3 NTP網絡子鐘

網絡子鐘（即時間同步顯示屏）安裝于教室或辦公室、圖書館、走道、安防監控室等需要顯示時間的各重要場所。

網絡子鐘采用數字式。可顯示時分、時分秒、年月日星期時分秒，可根據現場實際需求訂購，網絡子鐘自動發送時間同步信號請求，衛星時鐘服務器（網絡母鐘）接收到子鐘請求后自動響應并實現時間同步工作。

網絡子鐘采用磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；超薄金屬外殼設計，靜電噴塑；年月日星期漢字自發光且與數字渾然一體。

2.4 傳輸通道

衛星網絡母鐘與NTP網絡子鐘之間的傳輸通道可采用五類、六類網線進行管理通訊線，所有的設備均采用標準RJ45網口。

2.5 管理軟件

管理軟件可安裝在一臺高性能計算機上，通過網絡傳輸通道，實時監控時鐘系統的運行狀態。

管理軟件可查看本時鐘系統內任何一臺網絡子鐘的運行狀況，可以對本時鐘系統內任何一臺網絡子鐘進行必要的操作（校對、停止、復位、追時、時間設置等）。當系統出現故障時，可準確記錄故障時間和故障部位，能方便地查看維護提供準確數據等。

3、系統功能

時鐘系統基本功能如下:

3.1 同步校對

系統通過衛星信號接收天線不間斷接收GPS/北斗衛星發送的時間碼及其相關代碼，并對接收到的數據進行分析，判斷這些數據是否真實可靠。如果數據可靠即被衛星網絡母鐘采用，如果數據不可靠便放棄，下次繼續接收。

網絡子鐘是個獨立的顯示單元，可以脫離衛星網絡母鐘單獨運行，同時又能主動請求衛星網絡母鐘的標準時間信息，網絡母鐘對其實時校對。為了確保接收到的信息是真實的、可靠的，網絡母鐘對接收到的請求信息進行嚴格分析、判斷，排除干擾信息。

3.2 時間顯示及調整

數字式網絡子鐘時間采用“時分；時分秒；年月日星期”可選模式，調整時間時，網絡子鐘發出校準請求，衛星網絡母鐘接收到請求后立即將精準時間信息發送出去對子鐘時間進行調整。

3.3 為其他系統提供時間信號

衛星網絡母鐘設有四路NTP網絡接口（RJ45）,且每路網口具有獨立MAC地址相互物理隔離互不影響工作，能夠時刻準備為校園網絡及其他各個子系統提供時間同步信號。主要系統包括：廣播系統、安防系統、智慧教室系統、智慧圖書館系統、火災報警系統、校園一卡通系統、校園信息管理系統、校園機房服務器等。

3.4 系統監測功能

在控制中心設置對時鐘系統進行管理監測計算機系統，具有自診斷功能，可進行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等。

中心內管理計算機能夠檢測到子鐘設備的運行狀態信息，且對檢測到的故障狀態進行顯示，能實時、詳細地反應系統內部各模塊的狀態，并能對全系統時鐘進行點對點的控制（復位、停止、校對、追時等）。

系統出現故障時能夠發出聲光報警，指示故障部位，對故障告警做同步傳輸，提供給值班室的工作人員，并進行故障記錄和打印等工作。

3.5 系統可擴展性

系統擴容時，中心的網絡母鐘可通過擴展設備對需求實時進行擴展，方便各個站點網絡子鐘的增設工作。

3.6 集散控制

系統采用集散控制功能，即分布式系統，中心網絡母鐘、網絡子鐘相互之間通過五類六類屏蔽網線方式連接，在整個系統中相對獨立，任何一部分發生故障都不會影響整個系統的運行。

4、系統配置原則

校園由教室、辦公室、圖書館、弱電安防控制室等場所組成。

時鐘安裝方式及大小可根據安裝位置確定，我司推薦衛星網絡母鐘、各個子鐘的尺寸及顯示內容、安裝位置參考建議配置表：

5、系統總結

時鐘系統不僅方便企事業單位的精準計時，更能為他們大大提升工作效率，效率的提高意味著社會公共服務的改善，而企事業單位對時間的強烈關注，正是他們服務和效率意識的見證。

隨著各單位大數據建立，網絡設備與服務器數量不斷增加。網絡管理員在查看眾多網絡設備日志時，往往發現時間不一，即使手工設置時間，也會出現因時區或夏令時等因素造成時間誤差；有些二層交換機重啟后，時鐘會還原到初始值，需要重新設置時間。對于核心網絡設備和重要應用服務器而言，它們之間有時需要協同工作，因此時間的統一準確性、可靠性顯得尤為重要。

同時時鐘系統具有業界領先的環保性能，引領了都市綠色辦公風潮。隨著現代人生活節奏的不斷加快，網絡化的普及，對時間精準度的需求也是越來越高，尤其是當前的機場、鐵路（地鐵和火車站）、醫院、學校、政府機關、企事業單位等正好迎合了他們的需求，為他們解決實實在在的問題。

審核編輯 黃宇