原创《异构网络的时间同步技术》
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【摘 要】 本文主要对异构网络的时间同步技术进行了研究,对网络时间同步协议 NTP 做出了改进,并对异构网络中一些延迟高、抖动频率高的无线网络进行了优化,通过该技术可以实现卫星链路、电台链路的时间同步报文快速传播,无需排队等待,避免了不必要的网络层的时延消费.通过利用卫星信道按照分层授时设立了多个授时附属源,提高了接入节点对授时源的可选择性.本文的技术研究提出了一种异构网络的时间同步技术,提高了异构网络的时间同步效率.
【关键词】 时间同步 异构网络 分层授时 多源授时
一、网络时间协议 NTP
目 前 广 泛 采 用 网 络 时 间 协 议 NTP（Network Time Protocol）用于互联网中时间同步,本文通过对 NTP 协议进行改进,实现了由多种信道组成的异构通信网络的高精度授时.NTP 协议利用层次时间分布模型把客户端的时间同步到某些外部时间源的时间标准.NTP 时间同步算法根据服务器和客户端的往返报文来确定两地时钟的差值和报文在网络中传输的延迟,在往返传输延时假设相等的条件下,获得精确的时间同步.
二、延时抖动优化技术
由于网络异构采用了多类无线通信设备进行组网,导致网络具有很高的延时抖动频度,在这种抖动环境下,我们要实现多源的同步授时,需要对延时抖动的离散程度做计算分析, 并将离散程度作为校时的参考量来实现正确的时间校对.
授时服务器周期：授时服务器周期的划分主要受授时服务器与被授时客户端交互产生延时的标准差影响,授时服务器在在每次收到时间同步协议中的交互报文后,开设计算网络传输延时,并将该延时及延时发生时间加入到周期划分队列中,系统将不乱序的划分出该周期划分队列中与当前时间相隔最近时间的所有延时周期的集合,然后服务器运算出划分的标准差最小的集合,该集合所存在的时间段,便是当前授时周期.计算延时标准差 σ 计算方程如下：
式（1）中,N 表示同步时间参考数据的个数,X i 表示第 i 个参考数据的时延,μ 表示 N 个时间参考数据时延的平均值.
由 NDP 的授时技术可知在第 i 个参考数据的授时偏移值△ SP i 计算公式如下：
△ SP i 等于 (TB i – TR i )/2 （2）
式（2）中,TB i 表示第 i 个参考数据基准时间,TR i 表示该组参考数据服务器端的返回时间戳.
在授时客户端节点,最后将只选用一个授时基准时间来作为自身的正确的当前时间,该授时基准时间 TB 的确定由以下公式计算得出 i,即第 i 次授时的授时基准值来表示该端授时过程的授时基准时间 TAK.
min({|X 0 - μ|,|X 1 - μ|,…, |X i - μ|}) (3)
以间隔 5 分种划分系统的授时循环时间片段,当片段内收到校准时间的集合 A 增长为 K-1 个时,那么第 K 个报文时间误差△ TW 为：
△ TW k 等于σ k -(TAK k + △ SP k + TC k -TR k -μ k ) （4）
式（4）中,TC k 表示 TAK k 时间基准到在客户端运行的时间周期 , TR k 表示该 k 组参考数据服务器端的返回时间戳 ,μ k 表示该 k 组参考数据延时的平均值,△ SP k 表示该 k 组参考数据的延时.
由（4）公式得出集合 A,并取得集合 A 的最小值,那么最小值的 k 集合的授时确认值 TAK k 作为该时段的合理授时点,当 K 等于0 时,说明本阶段不需要对时间进行更改,当K>0 时,修改计算机时间.本阶段授时完成后,进入下一个授时时间片段,便清空集合 A, 将 A 集合中的首个元素设置为 TAK k , 以达到最低的误差值不被淘汰的目的,使授时精度保持最佳水平.
三、多源同步授时应用
在异构网络中一个授时源很难满足多跳网络,并且当网络中只有一个授时源时,授时客户端对授时源不具备选择性.本文基于异构网络北斗短信链路传输时延较为稳定的基础上,依靠北斗通波实现网络中骨干链路的 2 级授时源的授时,并使 2 级授时源将自己的授时报文广播出去,各个授时终端选择性的选择授时源进行时间更正,所以依靠北斗短信链路在骨干链路建立多个源的授时方式,提高了授时客户端对授时源的选择性.
根授时源通过北斗信道通过通波的方式发送本节点经纬度、本节点天气信息、时间基准信息,2 级授时源接收来自北斗信道的消息,并记录时间戳.在通过结合地理信息的计算,来确定延迟并计算授时矫正时间,2 级授时源也会记录历史授时数据并分时间段计算方差,从而选择最优的时间.当 2 级授时源计算出准确的时间后,将向自身的接入节点发送携带特征的 IP 报文,该报文将被发送到各个授时终端,下属授时终端通过本文中的延时抖动优化技术来提升单个授时源的授时精度,同时授时终端将各个授时源的授时时间和授时误差值进行比较,选择授时误差值较小的授时时间集合的交集.
四、结语
通过对本文所述异构网络的时间同步技术研究,将所涉及的时间同步技术应用于异构网络的应用服务中,可以有效的实现全网的业务同步,避免了卫星、微波等无线链路组成的异构网络的高延时、大抖动的问题,提高了异构网络时间同步的效率.
技术研究论文参考资料：
点评，本文是关于异构和异构网络和时间同步方面的技术研究论文题目、论文提纲、技术研究论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
