隨著5G等新型基礎設施持續(xù)建設和發(fā)展，在未來萬物互聯(lián)的龐大信息網(wǎng)絡中，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重的安全問題。因此，精準的時間同步在新型基礎設施建設中至關重要。
01 為什么要構(gòu)建精準的時間同步體系?
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設施，通信信號載波頻率的穩(wěn)定、上下行時隙校準、可靠傳送等方面都需要精確的時間同步控制。
行業(yè)應用有嚴格的低時延、低抖動、低丟包率承載要求，對精準時間同步的質(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)，對在設備上維持端到端的時間精度要求更高，甚至達到納秒級。
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設施，以及重大科技基礎設施中，系統(tǒng)控制、設備執(zhí)行、運行統(tǒng)計、異常處理等都需要統(tǒng)一時間標準，否則將無法正常運行。
02 時間同步技術NTP
NTP是應用于互聯(lián)網(wǎng)中時間同步的標準網(wǎng)絡時間協(xié)議，其作用是把網(wǎng)絡內(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，是目前應用最廣泛的網(wǎng)絡時間同步技術之一。
傳統(tǒng)NTP技術采用軟件時間戳，時間戳精度和準確度較低，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)絡設備、應用服務器及計算機終端等提供時間同步服務。
IEEE 1588
IEEE 1588是用于網(wǎng)絡測量和控制系統(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)絡環(huán)境下的組網(wǎng)應用需求。
PTP采用硬件時間戳，時間戳的精度和準確度更高，一般可以實現(xiàn)納秒級甚至更高的同步精度，廣泛應用于通信傳輸網(wǎng)絡、移動回傳網(wǎng)絡、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的自適應時間恢復算法，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)設備間穿越第三方網(wǎng)絡的時間同步。1588 ATR是在1588v2的基礎上，實現(xiàn)穿越不支持1588v2協(xié)議設備的第三方網(wǎng)絡的時間同步。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)議的設備，進行時間同步。1588ATR是逐跳支持的一種補充，但標準化程度不高。
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域的時間同步系統(tǒng)應用失效。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用和發(fā)展。二是存量 GPS 授時設備的風險。
當前，我國大量時鐘同步設備是以 GPS 授時為主，存量 GPS 授時設備風險需要高度關注。三是網(wǎng)絡傳輸協(xié)議的風險。當前，IEEE1588V2 協(xié)議及其衍生無線網(wǎng)絡協(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)量的時間同步設備實現(xiàn)亞微秒級精度。
04 先進的技術
虹科-Elproma NTP/ PTP 時間服務器開發(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NTP/PTP時間服務器之前，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時間服務器無需停機。
? Elproma NTP/PTP時間服務器支持雙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時間服務器針對干擾/欺騙攻擊提供增強的網(wǎng)絡安全保護。Elproma已開發(fā)出全面的干擾/欺騙保護，包括三個等級的網(wǎng)絡安全保護：? 等級1: “地域” 距離風險分散? 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預測性高精度時鐘......
06 虹科的價值
虹科是世界領先的時間同步服務提供商，在為關鍵基礎設施提供強大的同步和網(wǎng)絡安全性，幫助保證工業(yè)4.0，新基建，時間敏感網(wǎng)絡TSN，云/EDGE/FOG技術，電信5G，智能電網(wǎng)，智慧城市的長期IT/IoT/IIoT的可靠性。
