隨著5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)建設(shè)和發(fā)展，在未來萬物互聯(lián)的龐大信息網(wǎng)絡(luò)中，跨路由節(jié)點之間的彼此協(xié)同、大數(shù)據(jù)處理及節(jié)點數(shù)據(jù)融合的精度等環(huán)節(jié)，對精準(zhǔn)時間同步要求越來越高。如果時間順序出現(xiàn)混亂或者誤差，將影響決策和執(zhí)行效果，造成高昂的成本和嚴(yán)重的安全問題。因此，精準(zhǔn)的時間同步在新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中至關(guān)重要。
01 為什么要構(gòu)建精準(zhǔn)的時間同步體系?
以 5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，通信信號載波頻率的穩(wěn)定、上下行時隙校準(zhǔn)、可靠傳送等方面都需要精確的時間同步控制。
行業(yè)應(yīng)用有嚴(yán)格的低時延、低抖動、低丟包率承載要求，對精準(zhǔn)時間同步的質(zhì)量要求也將越來越高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)跳頻、資源分配、路由轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)融合等都依賴時間同步的應(yīng)用，否則不能正常運行。特別是時間敏感型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，對在設(shè)備上維持端到端的時間精度要求更高，甚至達(dá)到納秒級。
而對于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、低軌衛(wèi)星，只有實現(xiàn)相互間的精準(zhǔn)時間同步，才能為覆蓋區(qū)域提供高速衛(wèi)星通信。另外，在智慧電網(wǎng)、智能礦山、智能道路等融合基礎(chǔ)設(shè)施，以及重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中，系統(tǒng)控制、設(shè)備執(zhí)行、運行統(tǒng)計、異常處理等都需要統(tǒng)一時間標(biāo)準(zhǔn)，否則將無法正常運行。
02 時間同步技術(shù)NTP
NTP是應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)中時間同步的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議，其作用是把網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機時間同步到協(xié)調(diào)世界時(UTC)。NTP通常采用客戶端/服務(wù)器主從工作模式，通過數(shù)據(jù)包交互來實現(xiàn)時間同步。NTP具有完善的算法體系，綜合采用時間濾波、時間選擇、聚類、時鐘調(diào)節(jié)等算法調(diào)整本地系統(tǒng)時間和頻率，時間同步穩(wěn)定性可以保證，是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)之一。
傳統(tǒng)NTP技術(shù)采用軟件時間戳，時間戳精度和準(zhǔn)確度較低，因此同步精度一般為毫秒級，主要用于對同步精度要求不高的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器及計算機終端等提供時間同步服務(wù)。
IEEE 1588
IEEE 1588是用于網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精確時間同步協(xié)議(簡稱PTP)，目前廣泛應(yīng)用的版本是IEEE 1588-2008(1588v2)。PTP采用主從時鐘同步方式，主從時鐘之間通過交互同步、狀態(tài)和時延測量等報文來實現(xiàn)時間或者頻率同步。PTP支持端到端(E2E)和點到點(P2P)時延測量機制、組播和單播通信方式、一步和二步工作模式以及UDP/IP和IEEE 802.3等多種報文封裝方式，同時支持普通時鐘(OC)、邊界時鐘(BC)和透明時鐘(TC)等時鐘模型，具備完善的時鐘層級和端口狀態(tài)決策算法(BMC，最佳主時鐘算法)，基于各種工作模式的靈活組合可以滿足不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的組網(wǎng)應(yīng)用需求。
PTP采用硬件時間戳，時間戳的精度和準(zhǔn)確度更高，一般可以實現(xiàn)納秒級甚至更高的同步精度，廣泛應(yīng)用于通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動回傳網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)、高速鐵路等系統(tǒng)的高精度時間同步解決方案中。
1588 ATR
1588 ATR(1588 Adaptive Time Recovery)是基于PTP的自適應(yīng)時間恢復(fù)算法，它是通過在路由器之間以三層單播報文形式建立時鐘鏈路。然后通過PTP報文的交互，實現(xiàn)設(shè)備間穿越第三方網(wǎng)絡(luò)的時間同步。1588 ATR是在1588v2的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)穿越不支持1588v2協(xié)議設(shè)備的第三方網(wǎng)絡(luò)的時間同步。解決了原有采用1588v2方式同步時間時，要求全網(wǎng)設(shè)備逐跳支持1588v2協(xié)議的問題，采用1588 ATR以跨過不支持1588v2協(xié)議的設(shè)備，進(jìn)行時間同步。1588ATR是逐跳支持的一種補充，但標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。
03 星基授時安全性
新基建的精確授時主要依賴 GPS 和北斗等星基授時系統(tǒng)，一旦星基授時信號受到外界干擾或因不可抗力因素遭到破壞，將使得新基建各個領(lǐng)域的時間同步系統(tǒng)應(yīng)用失效。另外，室內(nèi)、礦山、高電磁環(huán)境等場景無法通過星基授時獲取時間，這也極大限制了新基建的應(yīng)用和發(fā)展。二是存量 GPS 授時設(shè)備的風(fēng)險。
當(dāng)前，我國大量時鐘同步設(shè)備是以 GPS 授時為主，存量 GPS 授時設(shè)備風(fēng)險需要高度關(guān)注。三是網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的風(fēng)險。當(dāng)前，IEEE1588V2 協(xié)議及其衍生無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要使用的高精度時間同步傳輸協(xié)議，能夠讓一定數(shù)量的時間同步設(shè)備實現(xiàn)亞微秒級精度。
04 先進(jìn)的技術(shù)
虹科-Elproma NTP/ PTP 時間服務(wù)器開發(fā)了一種智能天線，將GNSS接收器內(nèi)置到智能天線，而不是傳統(tǒng)的時間服務(wù)器的方法。將GNSS信號接收器組件移至智能天線的優(yōu)點包括：? 在損壞的信號到達(dá)NTP/PTP時間服務(wù)器之前，在智能天線的GNSS接收中內(nèi)置了干擾/ 欺騙檢測功能。? 由于智能天線中的模塊化設(shè)計，可以輕松更換故障的GNSS接收器或不同的GNSS接收 器，而NTP/PTP時間服務(wù)器無需停機。
? Elproma NTP/PTP時間服務(wù)器支持雙GNSS天線端口，允許GNSS天線物理隔離，以接收 來自不同或相同衛(wèi)星系統(tǒng)的不同GNSS信號。
虹科-Elproma NTP/PTP時間服務(wù)器針對干擾/欺騙攻擊提供增強的網(wǎng)絡(luò)安全保護。Elproma已開發(fā)出全面的干擾/欺騙保護，包括三個等級的網(wǎng)絡(luò)安全保護：? 等級1: “地域” 距離風(fēng)險分散? 等級2: 抗干擾/欺騙過濾器(RF 1.5 GHz)? 等級3: 帶有GNSS輸出的時間防火墻
05 虹科的實力
虹科是時鐘同步專家，虹科-Elproma 在時間同步領(lǐng)域耕耘三十年，我們的工程師有25年的時間同步工作經(jīng)驗，是波蘭科學(xué)院、Pik-Time和Thales Alenia Space的Facebook/NVIDIA OCP-TAP顧問。Elproma 團隊還研發(fā)了第一臺東歐ePRTC/cnPRTC預(yù)測性高精度時鐘......
06 虹科的價值
虹科是世界領(lǐng)先的時間同步服務(wù)提供商，在為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施提供強大的同步和網(wǎng)絡(luò)安全性，幫助保證工業(yè)4.0，新基建，時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN，云/EDGE/FOG技術(shù)，電信5G，智能電網(wǎng)，智慧城市的長期IT/IoT/IIoT的可靠性。
