CN105337680A - 一种高精度网络时间统一装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络中各仿真实体时空一致的技术领域，公开一种高精度网络时间统一装置及方法，该方法采用的装置，包括：时间服务器、客户机，所述时间服务器通过网络与客户机相连，时间服务器由PC服务器通过PCI接口与PCI时统解调卡相连构成，PCI时统解调卡的射频输入端通过信号线与GPS/BD双模天线相连，PCI时统解调卡的数据输入端通过信号线与IRIG-B时码信号源相连。本发明通过高精度的网络对时和网络调频，使网上各客户端的时间偏差不超过1ms；能够为多个应用进程或用户提供网内全局一致的自然时间或仿真时间，并可实现网内全局仿真时间的快进和慢放；具有成本低廉，占用网络带宽和计算机资源少。

Description

一种高精度网络时间统一装置及方法

技术领域

本发明涉及网络中各仿真实体时空一致的技术领域，尤其涉及一种高精度网络时间统一装置及方法，本发明主要应用于时间统一精度要求较高的计算机网络应用系统中，特别适用于为部署在多个地点的大型计算机网络仿真系统的众多仿真席位提供高度统一的自然时间与仿真时间，该仿真时间用于表征仿真系统虚拟时空中的时间，还适用于其它需要对多个网络用户同时进行精确授时的系统。

背景技术

大型的计算机网络仿真系统内仿真席位数量庞大，且往往需要根据任务需要，将仿真系统分为若干个子系统，灵活部署在不同的地点，为了仿真的安全需要，仿真系统各子系统一般需要与Internet等公共网络物理隔离。在计算机网络仿真系统内，为了保证虚拟世界中各仿真实体的时空一致，必须为运行在不同仿真计算机上的众多仿真用户提供全局高度统一的时间信息，对时间统一精度的要求往往达到毫秒级。

目前大部分网络授时设备都是采用NTP（NetworkTimeProtocol）协议或SNTP协议（简化NTP），由于Windows操作系统本身的非实时性等因素的影响，其时间统一精度一般为15~100ms，NTP协议只有在UNIX等高实时性操作系统下才有可能实现毫秒级的时间同步精度，而诸如计算机网络仿真系统等大部分使用的是Windows操作系统。

还有一些领域如航天测控领域,使用时统站+用户群的时间统一模式，这种时间统一模式是在时统站和用户接口终端设备之间布设专用时统线，时统站接收授时台的标准时间信号、北斗或GPS时间信号，校准本地频率标准，并向用户接口终端设备提供标准的时间码信号。其时间统一精度虽然很高，但因为使用了大量的专用线缆和终端硬件设备，造成硬件成本昂贵，使用维护复杂，不适合计算机网络仿真系统等大规模用户的使用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度网络时间统一装置及方法，实现了基于Windows操作系统的计算机网络仿真系统内各仿真用户自然时间与仿真时间的高度统一。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度网络时间统一装置，包括：时间服务器、客户机，所述时间服务器通过网络与客户机相连，所述时间服务器由PC服务器通过PCI接口与PCI时统解调卡相连构成，所述PCI时统解调卡设置的射频输入端通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述PCI时统解调卡设置的数据输入端通过信号线与IRIG-B时码信号源相连。

一种高精度网络时间统一装置，所述PCI时统解调卡由时码解调单元与高精度守时单元相连组成，时码解调单元的输入端设置有射频信号接口和数字信号接口，所述射频信号接口通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述数字信号接口通过信号线与IRIG-B的时钟线相连；时码解调单元的输出端设置有状态数据接口，时码解调单元的控制端设置有接收控制信号接口；所述高精度守时单元设置有标准时间输出接口。

一种高精度网络时间统一的装置，所述时码解调单元由IRIG-B码信号解调模块与GPS接收机、北斗接收机组成，IRIG-B码信号解调模块的差分信号端通过信号线与IRIG-B直流差分输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的交流信号端通过信号线与IRIG-B码交流输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的输出端通过信号线与高精度守时单元相连；GPS接收机、北斗接收机的输入端分别通过射频线与GPS时钟天线、北斗时钟天线的接口相连，GPS接收机、北斗接收机的输出端通过信号线与高精度守时单元相连。

一种高精度网络时间统一装置，所述高精度守时单元芯片为FPGA；所述GPS/BD时钟的双模天线由GPS时钟天线、北斗时钟天线组成；所述IRIG-B的时钟线包括：IRIG-B（DC）时钟线、IRIG-B（AC）时钟线。

一种高精度网络时间统一装置，所述客户机为时间统一客户端，时间统一客户端由客户校时服务模块、用户时间接口模块和时钟模块组成。

一种高精度网络时间统一方法，通过时间服务器的PC服务器监控PCI时统解调卡工作情况，控制PCI时统解调卡提供时间服务，时间统一客户端的客户机客户校时服务模块周期性的通过网络与时间服务器校时，接收用户的仿真控制信息，向用户提供当前自然时间和仿真时间服务，其步骤如下：

1）部署于各地点的计算机子网络中各配置1台时间服务器，将每个子网内各仿真席位客户机的时间统一到时间服务器选定的时间源上；即各子网时间服务器通过选择相同的时间源，实现网间的时间统一，进而实现仿真系统内所有仿真用户的时间统一，为大型仿真系统中数量众多的仿真用户，提供全局一致的自然时间和仿真时间，在Windows操作系统下的时间一致性精度达1ms；

2）、时间服务器的通过PCI总线获取所需工作电源，工作的时间服务器提供的时间信息分辨率为0.1ms，PCI时统解调卡与UTC时间的同步误差不大于10us；

（1）PCI时统解调卡外接GPS/北斗双模天线或通过B码接口接收B码时统站的时间码，并解调GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号，提供时间源的选择接口，并且能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四种模式；

当外部时码信息均不能用的情况下，选择使用PCI时统解调卡本身的时钟信息，PCI时统解调卡本身的时钟信息在外部时码信息能用时自动调校，或人工通过时间服务器的界面调校；通过接口API提供实时的当前时间信息服务；

（2）通过PC服务器主模块进行实时主动的提取PCI时统解调卡时间，将其转化为本时区信息，为时间统一客户端提供对时服务，且能监视各客户端对时情况及GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号是否能用的信息；

3）时间统一客户端的客户校时服务模块通过API接口，为用户的仿真应用或应用进程提供全局一致的自然时间和仿真时间，时间统一精度均优于1ms；网络用户通过API接口即能够获取全局一致的仿真时间和自然时间；并且支持多个仿真应用的同时运行；

时间统一客户端的时钟模块使用PC机自身的计数器作为频率标准，时钟模块向时统客户端的客户校时服务模块提供校准时间和修正计数器频率误差接口，向时统客户端的用户接口模块提供设置仿真起始时间和仿真倍速接口；

时统客户端的客户校时服务模块通过测量对时过程延时来控制对时误差，对时过程延时的测量方法是：发送对时请求时，记下时钟模块计数器计数值，收到时间服务器回复信息时，再次记下时钟模块计数器计数值，两者之差与计数器频率的比值既是对时过程延时；

（1）时统客户端的客户校时服务模块负责与时间服务器进行时间校对，及用于获取时间服务器IP地址及端口号，还能指定对时所用本机IP和端口，并调校时钟模块；

调校时钟模块包括时钟模块的时间校准和频率校准，时统客户端的客户校时服务模块通过网络与时间服务器进行周期性校时，校时周期默认为30分钟，并具有设置功能；

时统客户端的客户校时服务模块进行网络对时时，使用对时误差控制方法：当对时过程延时超过10ms的情况下，则放弃本次对时，间隔2秒后重新发送对时请求，直至对时成功，对时成功后将时间服务器发送的当前时间加上对时过程延时的一半，作为收到时间服务器回复时刻的全局统一时间；

采用的测频算法是通过周期性的测量时钟模块计数器频率，用于提高时钟模块的守时精度；

（2）通过时统客户端的用户接口模块提取时钟模块时间，向用户提供全局一致的自然时间；

（3）时统客户端的用户接口模块接收仿真开始时间及仿真时钟步进比例后，向用户提供全局一致的仿真时间，仿真倍速为1时，仿真时间与自然时间推进同步，仿真倍速小于1时为慢放，仿真时钟推进速率小于自然时间，仿真倍速大于1时为快放，仿真时钟推进速率大于自然时间。

一种高精度网络时间统一方法，所述的PC服务器为时间服务器的监控模块，是对时统解调卡工作情况进行监视控制，对客户端校时情况进行监视，具体监控工作主流程步骤如下：

1）对时统解调卡初始化，

2）检查GPS时码信号状态、北斗时码信号状态、IRIG-B.DC时码信号状态、IRIG-B.AC时码信号状态；

3）显示4种时码信号的状态；

4）选择时码信号源；

5）控制PCI时统解调卡，选择时码信号；

6）监视PCI时统解调卡解码工作情况；

7）监视客户端时间校准工作情况，并显示客户端地址、席位名、首次校准时间、最近校准时间信息；

8）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第5步骤监视PCI时统解调卡解码工作，继续校准；

并提供人工选择4种时码信号中的一种，作为PCI时统解调卡的授时服务时间标准，在4种时码信号皆不能用的情况下，先对时统解调卡进行初始化设置，控制时统解调卡以本地时钟的模式提供时间；

一种高精度网络时间统一方法，所述时间服务器的PCI时统解调卡为授时模块，是一个独立的线程，优先级为最高级，授时服务模块的具体工作步骤如下：

1）线程启动初始化；

2）等待客户端校时请求；

3）客户校时请求；

4）收到客户端请求后从PCI时统解调卡读取时间作为当前时间；

5）滤波；

6）将当前自然时间发送给客户端；

7）并将客户端信息存入客户端情况，更新队列，供监控模块使用；

8）判断是否结束，当授时准确，结束；否则返回第2步骤等待客户端校时请求，继续授时；

对时由时间统一客户端发起，时间统一客户端向时间服务器发送对时请求时，将自身的席位名等一并发出，以供服务器监控模块使用；

一种高精度网络时间统一的方法，所述的时间统一客户端的客户机工作步骤如下：

1）时间统一客户端初始化，

2）首次进入客户校时服务模块校时；客户校时服务模块首次校时处理；首先发出校时请求，并接收当前自然时间，为软件时钟提供初始化设置；

3）进入周期性校时；客户校时服务模块周期性的对软件时钟的当前自然时间进行校准及对时，对计数器频率误差进行修正及测频；

4）对时算法处理及测频算法处理，客户校时服务模块发出与时间服务器对时的校时请求，并接收当前自然时间，并为时钟模块提供诸元校正；

时钟模块通过用户时间接口模块，为用户提供当前自然时间服务，在用户设置仿真开始时间、仿真时间推进速率的情况下，还能为用户提供全局一致的仿真时间；

5）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第3步骤进入周期性校时，继续校准。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有以下优越性：

（1）本发明安装使用简单方便，成本低廉。在大型仿真系统的每个子网中只需在一台普通商用微机上插入PCI时统解调卡并安装时间服务器软件后即可构建时间服务器，子网络内各计算机上安装时统客户端软件即可实现大型仿真系统内各个计算机之间的时间统一，仿真系统内各仿真应用通过时间统一客户端接口即可获得全局一致的自然时间和仿真时间。

（2）可同时接入GPS、北斗和IRIG-B（DC）、IRIG-B（AC）4种时码信号，可监视信号质量，并提供

人工选择使用信源的手段，当上述4种时码信号均无效时，可使用PCI时统解调卡本地时钟，将网络时间统一到PCI时统解调卡的本地时钟时间上。

（3）系统通信资源消耗少，服务效率高。时统客户端服务软件占用网络带宽资源很少，在客户机上，仅需要运行1个时统客户端服务软件即可为多个应用软件提供时间服务。

（4）时统客户端服务模块能实时修正网络时延导致的校时误差，保证了网络授时精度。

（5）时统客户端服务模块在与时间服务器校对时间的同时，修正了软件时钟的频率误差，提高了软件时钟的守时能力，在平均30分钟进行1次校时的情况下，仍可保持高达1ms的时间统一精度。

附图说明

图1为本发明高精度网络时间统一装置的电路框图；

图2为本发明时间服务器的电路框图；

图3为本发明多子网应用结构示意框图；

图4为本发明时间服务器监控模块主流程图；

图5为本发明时间服务器授时模块主流程图；

图6为本发明GPS、IRIG-B码和北斗的PCI时统解调卡电路框图；

图7为本发明客户端软件的流程图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种高精度网络时间统一装置，至少为一个的网络时间统一装置包括：时间服务器、客户机，所述时间服务器通过网络与客户机相连，所述时间服务器由PC服务器通过PCI接口与PCI时统解调卡相连构成，所述PCI时统解调卡设置的射频输入端通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述PCI时统解调卡设置的数据输入端通过信号线与IRIG-B时码信号源相连。

所述PCI时统解调卡由时码解调单元与高精度守时单元相连组成，时码解调单元的输入端设置有射频信号接口和数字信号接口，所述射频信号接口通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述数字信号接口通过信号线与IRIG-B时钟线相连；时码解调单元的输出端设置有状态数据接口，时码解调单元的控制端设置有接收控制信号接口；所述高精度守时单元设置有标准时间输出接口。

所述时码解调单元由IRIG-B码信号解调模块与GPS接收机、北斗接收机组成，IRIG-B码信号解调模块的差分信号端通过信号线与IRIG-B直流差分输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的交流信号端通过信号线与IRIG-B码交流输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的输出端通过信号线与高精度守时单元相连；GPS接收机、北斗接收机的输入端分别通过射频线与GPS时钟天线、北斗时钟天线的接口相连，GPS接收机、北斗接收机的输出端通过信号线与高精度守时单元相连。

所述高精度守时单元芯片为FPGA；所述GPS/BD双模天线由GPS时钟天线、北斗时钟天线组成；所述IRIG-B的时钟线包括：IRIG-B（DC）时钟线、IRIG-B（AC）时钟线。

所述客户机为时间统一客户端，时间统一客户端由客户校时服务模块、用户时间接口模块和时钟模块组成。

高精度网络时间统一装置,主要由时间服务器和时间统一客户端的客户机组成。时间服务器由GPS、IRIG-B码和北斗的PCI时统解调卡、GPS/BD双模天线、PC服务器组成，PCI时统解调卡通过PCI插槽与PC服务器相连，PCI时统解调卡通过GPS/BD双模天线接收GPS和北斗卫星射频信号，并具备接收IRIG-B（AC/DC）码信息的接口；时间服务器监控PCI时统解调卡工作情况，并控制PCI时统解调卡，提供时间服务。时间统一客户端周期性的通过网络与时间服务器校时，接收用户的仿真控制信息，向用户提供读取当前自然时间和仿真时间服务。至少为两个的高精度网络时间统一装置通过网络组成多子网结构的高精度网络时间统一装置，如图3所示。

一种高精度网络时间统一的方法，通过时间服务器的PC服务器监控PCI时统解调卡工作情况，控制PCI时统解调卡、提供时间服务，时间统一客户端的客户机客户校时服务模块周期性的通过网络与时间服务器校时，接收用户的仿真控制信息，向用户提供当前自然时间和仿真时间服务，其步骤如下：

1）部署于各地点的计算机子网络中各配置1台时间服务器，将每个子网内各仿真席位客户机的时间统一到时间服务器选定的时间源上；即各子网时间服务器通过选择相同的时间源，实现网间的时间统一，进而实现仿真系统内所有仿真用户的时间统一，为大型仿真系统中数量众多的仿真用户，提供全局一致的自然时间和仿真时间，在Windows操作系统下的时间一致性精度达1ms；

2）、时间服务器的通过PCI总线获取所需工作电源，工作的时间服务器提供的时间信息分辨率为0.1ms，PCI时统解调卡与UTC时间的同步误差不大于10us；

（1）PCI时统解调卡外接GPS/北斗双模天线或通过B码接口接收B码时统站的时间码，并解调GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号，提供时间源的选择接口，并且能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四种模式；

当外部时码信息均不能用的情况下，选择使用PCI时统解调卡本身的时钟信息，PCI时统解调卡本身的时钟信息在外部时码信息能用时自动调校，或人工通过时间服务器的界面调校；通过接口API提供实时的当前时间信息服务；

（2）通过PC服务器主模块进行实时主动的提取PCI时统解调卡时间，将其转化为本时区信息，为时间统一客户端提供对时服务，且能监视各客户端对时情况及GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号是否能用的信息；

3）时间统一客户端的客户校时服务模块通过接口API，为全系统网络用户的仿真应用或应用进程提供全局一致的自然时间和仿真时间，时间统一精度均优于1ms；网络用户通过接口API即能够获取全局一致的仿真时间和自然时间；并且支持多个仿真应用的同时运行；

时间统一客户端的时钟模块使用PC机自身的计数器作为频率标准，时钟模块向时统客户端的客户校时服务模块提供校准时间和修正计数器频率误差接口，向时统客户端的用户接口模块提供设置仿真起始时间和仿真倍速接口；

时统客户端的客户校时服务模块通过测量对时过程延时来控制对时误差，对时过程延时的测量方法是：发送对时请求时，记下时钟模块计数器计数值，收到时间服务器回复信息时，再次记下时钟模块计数器计数值，两者之差与计数器频率的比值既是对时过程延时；

（1）时统客户端的客户校时服务模块负责与时间服务器进行时间校对，及用于获取时间服务器IP地址及端口号，还能指定对时所用本机IP和端口，并调校软件时钟；

调校时钟模块包括时钟模块的时间校准和频率校准，时统客户端的客户校时服务模块通过网络与时间服务器进行周期性校时，校时周期默认为30分钟，并具有设置功能；

时统客户端的客户校时服务模块进行网络对时时，使用对时误差控制方法：当对时过程延时超过10ms的情况下，则放弃本次对时，间隔2秒后重新发送对时请求，直至对时成功，对时成功后将时间服务器发送的当前时间加上对时过程延时的一半，作为收到时间服务器回复时刻的全局统一时间；

采用的测频算法是通过周期性的测量时钟模块计数器频率，用于提高时钟模块的守时精度；

（2）通过时统客户端的用户接口模块提取时钟模块时间，向用户提供全局一致的自然时间；

（3）时统客户端的用户接口模块接收仿真开始时间及仿真时钟步进比例后，向用户提供全局一致的仿真时间，仿真倍速为1时，仿真时间与自然时间推进同步，仿真倍速小于1时为慢放，仿真时钟推进速率小于自然时间，仿真倍速大于1时为快放，仿真时钟推进速率大于自然时间。

时间服务器的硬件设备为PC服务器、“GPS、IRIG-B码和北斗”PCI时统解调卡，这种PCI时统解调卡通过PCI总线获取所需工作电源；PCI时统解调卡外接GPS/北斗双模天线，或通过B码接口接收B码时统站的时间码，能够解调GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号；能够提供时间源的选择接口，能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四种模式，在外部时码信息均不能用的情况下，还能够选择使用时统解调卡本身的时钟信息，时统解调卡本身的时钟信息在外部时码信息能用时自动调校，或人工通过时间服务器界面调校；通过应用接口API提供实时当前时间信息服务；

时间服务器能够实时主动读取时统解调卡时间，将其转化为本时区信息，为时间统一客户端提供对时服务，且能监视各客户端对时情况及GPS、北斗和IRIG-B（DC）、IRIG-B（AC）4种时码信号是否可用等信息。

高精度网络时间统一方法所述的PC服务器为时间服务器的监控模块，是对时统解调卡工作情况进行监视控制，对客户端校时情况进行监视，具体监控工作主流程步骤如下：

1）对时统解调卡初始化，

2）检查GPS时码信号状态、北斗时码信号状态、IRIG-B.DC时码信号状态、IRIG-B.AC时码信号状态；

3）显示4种时码信号的状态；

4）选择时码信号源；

5）控制PCI时统解调卡，选择时码信号；

6）监视PCI时统解调卡解码工作情况；

7）监视客户端时间校准工作情况，并显示客户端地址、席位名、首次校准时间、最近校准时间信息；

8）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第5步骤监视PCI时统解调卡解码工作，继续校准；

并提供人工选择4种时码信号中的一种，作为PCI时统解调卡的授时服务时间标准，在4种时码信号皆不能用的情况下，先对时统解调卡进行初始化设置，控制时统解调卡以本地时钟的模式提供时间；

监控模块主要是对时统解调卡工作情况进行监视控制，对客户端校时情况进行监视，程序流程如图4所示，监控模块可查看时统解调卡对4种时码信号的解码情况，并提供人工选择4种时码信号中的一种作为PCI时统解调卡的授时服务时间标准，在4种时码信号皆不可用的情况下，可对时统解调卡进行初始化设置，控制时统解调卡以本地时钟的模式提供时间。监控模块还可直观的监视各客户端时间校准情况，可显示客户端地址、席位名、首次校准时间、最近校准时间等信息。

高精度网络时间统一方法所述时间服务器的PCI时统解调卡为授时模块，是一个独立的线程，优先级为最高级，授时服务模块的具体工作步骤如下：

1）线程启动初始化；

2）等待客户端校时请求；

3）客户校时请求；

4）收到客户端请求后从PCI时统解调卡读取时间作为当前时间；

5）滤波；

6）将当前自然时间发送给客户端；

7）并将客户端信息存入客户端情况，更新队列，供监控模块使用；

8）判断是否结束，当授时准确，结束；否则返回第2步骤等待客户端校时请求，继续授时；

对时由时间统一客户端发起，时间统一客户端向时间服务器发送对时请求时，将自身的席位名等一并发出，以供服务器监控模块使用。

授时服务模块程序流程如图5所示，授时服务模块是一个独立的线程，优先级为最高级，线程启动后等待客户端校时请求，收到客户端请求后从时统解调卡读取时间作为当前时间发送给客户端，并将客户端信息存入客户端情况队列，供监控模块使用。

高精度网络时间统一法所述的时间统一客户端的客户机工作步骤如下：

1）时间统一客户端初始化，

2）首次进入客户校时服务模块校时；

3）客户校时服务模块首次校时处理；首先发出校时请求，并接收当前自然时间，为软件时钟提供初始化设置；

4）进入周期性校时；客户校时服务模块周期性的对软件时钟的当前自然时间进行校准及对时，对计数器频率误差进行修正及测频；

5）对时算法处理及测频算法处理，客户校时服务模块发出与时间服务器对时的校时请求，并接收当前自然时间，并为时钟模块提供诸元校正；

时钟模块通过用户时间接口模块，为用户提供当前自然时间服务，在用户设置仿真开始时间、仿真时间推进速率的情况下，还能为用户提供全局一致的仿真时间；

6）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第4步骤进入周期性校时，继续校准。

时间统一客户端由时统客户端服务模块、时统客户端用户接口模块和时钟模块三个部分组成，如图7所示。时统客户端服务模块负责与时间服务器进行时间校对，并调校软件时钟，包括时钟模块的时间校准和频率校准；时钟模块使用所在PC机的自身的性能计数器作为时钟计数器，时统客户端服务模块周期性的对时钟模块当前时间进行校准、对时，对计数器频率误差进行修正、测频。时统客户端用户接口模块以动态连接库的形式，为用户提供读取当前自然时间服务，向用户提供全局一致的自然时间。

在用户设置仿真开始时间、仿真时间推进速率的情况下，还可提供全局一致的仿真时间。时间统一客户端通过API接口接收仿真开始时间及仿真时钟步进比例后，可向全系统网络用户提供全局一致的仿真应用或应用进程的仿真时间，仿真倍速为1时仿真时间与自然时间推进同步，仿真倍速小于1时为慢放，仿真时钟推进速率小于自然时间，仿真倍速大于1时为快放，仿真时钟推进速率大于自然时间。

对时由时间统一客户端发起，时间统一客户端向时间服务器发送对时请求时，将自身的席位名等一并发出，以供服务器监控模块使用。

与时间服务器的对时由时统客户端服务模块负责。时统客户端服务模块通过配置文件的形式获取时间服务器IP地址及端口号，配置文件还可指定对时所用本机IP和端口。时统客户端服务模块通过测量对时过程延时来控制对时误差。对时过程延时的测量方法是：发送对时请求时，记下软件时钟计数器计数值，收到时间服务器回复信息时再次记下软件时钟计数器计数值，两者之差与计数器频率的比值既是对时过程延时。

控制对时误差的方法是：当对时过程延时超过10ms的情况下，则放弃本次对时，间隔2秒后重新发送对时请求，直至对时成功，对时成功后将时间服务器发送的当前时间加上对时过程延时的一半作为收到时间服务器回复时刻的全局统一时间。

测频是指测量时钟模块计数器的频率，可周期性的进行，例如间隔20分钟进行一次测频。测频需要利用两次成功对时的信息，要求两次对时时间间隔相差5分钟以上，计数器的测频值等于两次成功对时的时间差即两次对时中时间服务器回复报文中的当前时间之差除两次对时的计数器计数值之差，即两次发送对时请求时刻时钟模块计数器计数值之差或两次对时收到服务器回复时刻时钟模块计数器计数值之差。

时钟模块的自然时间和仿真时间的核心变量有：计数器起始值Ｔ_B、计数起始时间Ｔ_T，计数器频率Ｔ_F，仿真起始计时时间S_T、仿真起始计数器值S_B、仿真倍速S_V等6个变量。时钟时间计算公式为：和,其中Ｔ_Z为当前时刻自然时间，Ｔ_Z为当前时刻仿真时间。

时钟模块、时统客户端服务模块、时统客户端用户接口模块之间通过共享内存参数表的形式进行通信。时统客户端服务模块启动时，将Ｔ_T置为所在计算机系统时钟当前时间，Ｔ_B置为当前性能计数器计数值、Ｔ_F置为性能计数器标称频率。当时统客户端用户接口模块接收到仿真开始命令时，将S_T置为0、S_B置为仿真开始时刻性能计数器的计数值、仿真速率S_V置为要求的仿真倍速。时统客户端服务模块每次对时成功时，将Ｔ_T置为时间服务器回复信息中的标准时间+一半的对时网络延迟，将S_T置为收到服务器回复信息时刻的仿真时间，将Ｔ_B、S_B置为收到服务器回复信息时刻性能计数器计数值，当测频成功后，将Ｔ_F置为实际测得的频率值。

Claims (10)

1.一种高精度网络时间统一装置，至少为一个的网络时间统一装置包括：时间服务器、客户机，所述时间服务器通过网络与客户机相连，其特征是：所述时间服务器由PC服务器通过PCI接口与PCI时统解调卡相连构成，所述PCI时统解调卡设置的射频输入端通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述PCI时统解调卡设置的数据输入端通过信号线与IRIG-B时码信号源相连。

2.根据权利要求1所述的一种高精度网络时间统一装置，其特征是：所述PCI时统解调卡由时码解调单元与高精度守时单元相连组成，时码解调单元的输入端设置有射频信号接口和数字信号接口，所述射频信号接口通过信号线与GPS/BD双模天线相连，所述数字信号接口通过信号线与IRIG-B的时钟线相连；时码解调单元的输出端设置有状态数据接口，时码解调单元的控制端设置有接收控制信号接口；所述高精度守时单元设置有标准时间输出接口。

3.根据权利要求1所述的一种高精度网络时间统一的装置，其特征是：所述时码解调单元由IRIG-B码信号解调模块与GPS接收机、北斗接收机组成，IRIG-B码信号解调模块的差分信号端通过信号线与IRIG-B直流差分输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的交流信号端通过信号线与IRIG-B码交流输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的输出端通过信号线与高精度守时单元相连；GPS接收机、北斗接收机的输入端分别通过射频线与GPS时钟天线、北斗时钟天线的接口相连，GPS接收机、北斗接收机的输出端通过信号线与高精度守时单元相连。

4.根据权利要求1所述的一种高精度网络时间统一装置，其特征是：所述高精度守时单元芯片为FPGA。

5.根据权利要求1所述的一种高精度网络时间统一装置，其特征是：所述GPS/BD双模天线由GPS时钟天线、北斗时钟天线组成。

6.根据权利要求1所述的一种高精度网络时间统一装置，其特征是：所述客户机为时间统一客户端，时间统一客户端由客户校时服务模块、用户时间接口模块和时钟模块组成。

7.采用权利要求1所述高精度网络时间统一装置的一种高精度网络时间统一的方法，其特征是：通过时间服务器的PC服务器监控PCI时统解调卡工作情况，控制PCI时统解调卡、提供时间服务，时间统一客户端的客户机客户校时服务模块周期性的通过网络与时间服务器校时，接收用户的仿真控制信息，向用户提供当前自然时间和仿真时间服务，其步骤如下：

1）部署于各地点的计算机子网络中各配置1台时间服务器，将每个子网内各仿真席位客户机的时间统一到时间服务器选定的时间源上；即各子网时间服务器通过选择相同的时间源，实现网间的时间统一，进而实现仿真系统内所有仿真用户的时间统一，为大型仿真系统中数量众多的仿真用户，提供全局一致的自然时间和仿真时间，在Windows操作系统下的时间一致性精度达1ms；

2）、时间服务器的PCI时统解调卡通过PCI总线获取所需工作电源，工作的时间服务器提供的时间信息分辨率为0.1ms，PCI时统解调卡与UTC时间的同步误差不大于10us；

（1）PCI时统解调卡外接GPS/北斗双模天线或通过B码接口接收B码时统站的时间码，并解调GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号，提供时间源的选择接口，并且能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四种模式；

当外部时码信息均不能用的情况下，选择使用PCI时统解调卡本身的时钟信息，PCI时统解调卡本身的时钟信息在外部时码信息能用时自动调校，或人工通过时间服务器的界面调校；通过接口API提供实时的当前时间信息服务；

（2）通过PC服务器主模块进行实时主动的提取PCI时统解调卡时间，将其转化为本时区信息，为时间统一客户端提供对时服务，且能监视各客户端对时情况及GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号是否能用的信息；

3）时间统一客户端的客户校时服务模块通过API接口，为全系统网络用户的仿真应用或应用进程提供全局一致的自然时间和仿真时间，时间统一精度均优于1ms；网络用户通过API接口即能够获取全局一致的仿真时间和自然时间；并且支持多个仿真应用的同时运行；

时间统一客户端的时钟模块使用PC机自身的计数器作为频率标准，时钟模块向时统客户端的客户校时服务模块提供校准时间和修正计数器频率误差接口，向时统客户端的用户接口模块提供设置仿真起始时间和仿真倍速接口；

时统客户端的客户校时服务模块通过测量对时过程延时来控制对时误差，对时过程延时的测量方法是：发送对时请求时，记下时钟模块计数器计数值，收到时间服务器回复信息时，再次记下时钟模块计数器计数值，两者之差与计数器频率的比值既是对时过程延时；

（1）时统客户端的客户校时服务模块负责与时间服务器进行时间校对，及用于获取时间服务器IP地址及端口号，还能指定对时所用本机IP和端口，并调校时钟模块；

调校时钟模块包括时钟模块的时间校准和频率校准，时统客户端的客户校时服务模块通过网络与时间服务器进行周期性校时，校时周期默认为30分钟，并具有设置功能；

时统客户端的客户校时服务模块进行网络对时时，使用对时误差控制方法：当对时过程延时超过10ms的情况下，则放弃本次对时，间隔2秒后重新发送对时请求，直至对时成功，对时成功后将时间服务器发送的当前时间加上对时过程延时的一半，作为收到时间服务器回复时刻的全局统一时间；

采用的测频算法是通过周期性的测量时钟模块计数器频率，用于提高时钟模块的守时精度；

（2）通过时统客户端的用户接口模块提取时钟模块时间，向用户提供全局一致的自然时间；

（3）时统客户端的用户接口模块接收仿真开始时间及仿真时钟步进比例后，向用户提供全局一致的仿真时间，仿真倍速为1时，仿真时间与自然时间推进同步，仿真倍速小于1时为慢放，仿真时钟推进速率小于自然时间，仿真倍速大于1时为快放，仿真时钟推进速率大于自然时间。

8.根据权利要求7所述的一种高精度网络时间统一方法，其特征是：所述的PC服务器为时间服务器的监控模块，是对时统解调卡工作情况进行监视控制，对客户端校时情况进行监视，具体监控工作主流程步骤如下：

1）对时统解调卡初始化，

2）检查GPS时码信号状态、北斗时码信号状态、IRIG-B.DC时码信号状态、IRIG-B.AC时码信号状态；

3）显示4种时码信号的状态；

4）选择时码信号源；

5）控制PCI时统解调卡，选择时码信号；

6）监视PCI时统解调卡解码工作情况；

7）监视客户端时间校准工作情况，并显示客户端地址、席位名、首次校准时间、最近校准时间信息；

8）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第5步骤监视PCI时统解调卡解码工作，继续校准；

并提供人工选择4种时码信号中的一种，作为PCI时统解调卡的授时服务时间标准，在4种时码信号皆不能用的情况下，先对时统解调卡进行初始化设置，控制时统解调卡以本地时钟的模式提供时间。

9.根据权利要求7所述的一种高精度网络时间统一方法，其特征是：所述时间服务器的PCI时统解调卡为授时模块，是一个独立的线程优先级为最高级，授时服务模块的具体工作步骤如下：

1）线程启动初始化；

2）等待客户端校时请求；

3）客户校时请求；

4）收到客户端请求后从PCI时统解调卡读取时间作为当前时间；

5）滤波；

6）将当前自然时间发送给客户端；

7）并将客户端信息存入客户端情况，更新队列，供监控模块使用；

8）判断是否结束，当授时准确，结束；否则返回第2步骤等待客户端校时请求，继续授时；

对时由时间统一客户端发起，时间统一客户端向时间服务器发送对时请求时，将自身的席位名等一并发出，以供服务器监视模块使用。

10.根据权利要求7所述的一种高精度网络时间统一的方法，其特征是：所述的时间统一客户端的客户机工作步骤如下：

1）时间统一客户端初始化，

2）首次进入客户校时服务模块校时；

3）客户校时服务模块首次校时处理；首先发出校时请求，并接收当前自然时间，为软件时钟提供初始化设置；

4）进入周期性校时；客户校时服务模块周期性的对软件时钟的当前自然时间进行校准及对时，对计数器频率误差进行修正及测频；

5）对时算法处理及测频算法处理，客户校时服务模块发出与时间服务器对时的校时请求，并接收当前自然时间，并为时钟模块提供诸元校正；

时钟模块通过用户时间接口模块，为用户提供当前自然时间服务，在用户设置仿真开始时间、仿真时间推进速率的情况下，还能为用户提供全局一致的仿真时间；

6）判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第4步骤进入周期性校时，继续校准。