CN113589675B - 一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统，服务器列表中的每一网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准，能够保证网络时间服务器的时间来源可信。以一组可溯源至原子时标国家计量基准的网络时间服务器作为客户端进行网络时间同步的时间源，并从中筛选出一个最优网络时间服务器，能够借助于保证网络时间服务器的时间来源可信，来为客户端筛选一个可信的网络时间服务器，能够显著降低时间同步的安全风险。且本发明利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，能够筛选出一个最优网络时间服务器，进而能够进一步筛选得到一个准确、可靠的网络时间服务器，时间同步结果精度高。

Description

一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统

技术领域

本发明涉及网络时间同步技术领域，特别是涉及一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统。

背景技术

随着对高精度时间同步的需求日益增长，并且我国未来数字经济将朝着高质量方向发展，对时间同步要求越来越高，可信、可靠的时间来源显得尤为重要，若各行业领域的终端设备同步到不可信的网络时间服务器或GPS(从GPS获取的时间虽然准确程度较高，但来源并不是国家权威部门发布的时间)，将隐含巨大的安全隐患，对人们生活、经济社会的发展带来严重影响。

目前终端(客户端)通常采用网络时间协议(Network Time Protocol，NTP) 访问网络时间服务器，从而进行时间同步。但是我国网络时间服务器分布广泛，没有固定可信、可靠的站点，各行业各领域均有公开IP地址的网络时间服务器可供授时，但从互联网公开IP地址的大量网络时间服务器获取时间，无法保证网络时间服务器自身的时间来源是否溯源至原子时标国家计量基准UTC (NIM)，UTC(NIM)是我国时间和频率量值的源头，是统一全国时间频率量值的最高依据，如果网络时间服务器的时间来自GPS或其他不可信、未知的时间源，则这样的时间同步结果将会伴随巨大安全风险。在我国目前没有网络时间服务器相关国家标准和计量技术规范的背景下，如何为客户端筛选一个可信的网络时间服务器来进行时间同步显得格外重要，关系到各行业领域数据中心机房、系统的稳定性和健壮性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统，能够为客户端筛选一个可信的网络时间服务器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种具有溯源性的网络时间同步方法，所述网络时间同步方法包括：

利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从所述最优网络时间服务器中获取标准时间；所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准。

一种具有溯源性的网络时间同步系统，所述网络时间同步系统包括：

筛选模块，用于利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从所述最优网络时间服务器中获取标准时间；所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统，服务器列表中的每一网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准，能够保证网络时间服务器的时间来源可信。以一组可溯源至原子时标国家计量基准的网络时间服务器作为客户端进行网络时间同步的时间源，并从中筛选出一个最优网络时间服务器，再从最优网络时间服务器中获取标准时间，能够借助于保证网络时间服务器的时间来源可信，来为客户端筛选一个可信的网络时间服务器，能够显著降低时间同步的安全风险。且本发明利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，能够筛选出一个最优网络时间服务器，进而能够进一步筛选得到一个准确、可靠的网络时间服务器，时间同步结果精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的网络时间同步方法所对应架构的示意图；

图2为本发明实施例1所提供的标准时间源的远程时间溯源方法的示意图；

图3为本发明实施例1所提供的确定最优网络时间服务器的方法流程图；

图4为本发明实施例1所提供的筛选方法的方法流程图。

符号说明：

1-客户端；2-服务器列表；3-网络时间服务器；4-标准时间源；5-原子时标国家计量基准；6-卫星。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有溯源性的网络时间同步方法及系统，能够为客户端筛选一个准确、可信、可靠的网络时间服务器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例用于提供一种具有溯源性的网络时间同步方法，以需要进行时间同步的客户端作为执行主体，所述网络时间同步方法包括：

客户端利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从最优网络时间服务器中获取标准时间。其中，服务器列表中的每一网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准。

如图1所示，网络时间服务器3均溯源至原子时标国家计量基准具体包括：服务器列表2中的每一网络时间服务器3均接收标准时间源4输出的秒脉冲信号(1Pulse PerSecond，1PPS)，并以秒脉冲信号作为网络时间服务器3的参考时间信号。具体的，网络时间服务器3与标准时间源4均可为多个，二者可为一一对应连接关系，即一网络时间服务器3连接一标准时间源4，如图1所示。当然，还可以是仅包括一个标准时间源4，通过一标准时间源4向所有网络时间服务器3发送秒脉冲信号，或者包括多个标准时间源4，每一标准时间源4向部分网络时间服务器3发送秒脉冲信号，进而通过多个标准时间源4 向所有网络时间服务器3发送秒脉冲信号。

进一步的，标准时间源4可以为原子时标国家计量基准UTC(NIM)，也可以为通过GNSS时间频率传递卫星共视法获取原子时标国家计量基准时间(即 UTC(NIM)时间)的标准时间源。

更进一步的，通过GNSS时间频率传递卫星共视法获取UTC(NIM)时间的远程时间溯源方法如图2所示，标准时间源4与UTC(NIM)在同一时刻共同观测同一颗卫星6，分别得到其与卫星6的时间偏差，再将UTC(NIM)与卫星6 的时间偏差通过互联网传递至标准时间源4，标准时间源4将UTC(NIM)与卫星6的时间偏差和标准时间源4与卫星6的时间偏差这两个时间偏差进行相减，最终得到标准时间源4与UTC(NIM)的时间偏差，进而选用该标准时间源 4作为可向网络时间服务器3发送秒脉冲信号的标准时间源4。

本实施例设置服务器列表2中的每一网络时间服务器3均溯源至原子时标国家计量基准，能够保证网络时间服务器3的时间来源可信。以一组可溯源至 UTC(NIM)的网络时间服务器3作为客户端1进行网络时间同步的时间源，并筛选出一个最优网络时间服务器，从最优网络时间服务器中获取标准时间，能够借助于保证网络时间服务器3的时间来源可信，来为客户端1筛选一个可信的网络时间服务器，能够显著降低时间同步的安全风险。且本实施例利用网络时间协议分别与服务器列表2中的每一网络时间服务器3进行交互，能够筛选出一个最优网络时间服务器，即筛选得到一个准确、可靠的网络时间服务器，时间同步结果精度高。

作为一种可选的实施方式，由于网络环境不断变化，导致往返延迟会随之改变，为了始终使客户端1能够与服务器列表2中最好的一个网络时间服务器进行时间同步，在从最优网络时间服务器中获取标准时间后，本实施例的网络时间同步方法还包括：判断是否达到预设筛选时间间隔；若是，则返回“利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互”的步骤，重新确定最优网络时间服务器；若否，则继续从当前的最优网络时间服务器中获取标准时间，进行时间同步。本实施例在客户端时间同步过程中，通过预先设置最优网络时间服务器的筛选时间间隔，并在达到预设筛选时间间隔后，重新进行最优网络时间服务器的筛选，能够适应网络环境的不断变化，使客户端 1始终从一个表现最优异的网络时间服务器中获取标准时间，能够进一步提高时间同步效果。

具体的，本实施例中采用NTP协议进行时间同步(即利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从最优网络时间服务器中获取标准时间)可包括：从客户端1与网络时间服务器3的往返延迟大小来判断网络时间服务器3的可靠程度，往返延迟越小，在同步过程中产生的时间偏差不确定度越小，同步结果越理想，即选取往返延迟最小的网络时间服务器3作为最优网络时间服务器，进而能够筛选得到一个准确、可靠的网络时间服务器，时间同步结果精度高。

利用上述方法来筛选网络时间服务器，虽然简便，但仅考虑往返延迟这一项指标并不可靠，这是由于往返延迟仅代表NTP协议报文在传递时的往返链路的拥塞和转发情况，无法完全验证网络时间服务器3自身的授时性能，影响授时性能的因素很多，包括网络时间服务器3自身的硬件处理速度、内置晶体振荡器准确程度等。若不考虑网络时间服务器3自身的性能，单靠往返延迟来评价，最终也将导致客户端1获取的实际时间具有较大的不确定度和误差。

基于这一问题，本实施例还用于提供另外一种方法，以进一步提高所筛选得到的网络时间服务器的可靠性和准确度。具体的，如图3所示，利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器可以包括：

S1：利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，产生每一所述网络时间服务器对应的交互数据；

具体的，S1可以包括：

分别向服务器列表2中的每一网络时间服务器3发送NTP协议请求，并接收每一网络时间服务器3返回的NTP协议应答，在该发送NTP协议请求和接收NTP协议应答的交互过程中产生每一网络时间服务器3对应的交互数据。

在上述交互过程中，客户端1和网络时间服务器3都有一个时间轴，分别代表着各自系统的时间。当客户端1想要同步网络时间服务器3的时间时，客户端1会向网络时间服务器3发送一个NTP协议请求，且客户端1会记录发送NTP协议请求的第一发送时间T₁。经过网络延时传输后，网络时间服务器3 会接收到该NTP协议请求，且网络时间服务器3会记录接收到NTP协议请求的第一接收时间T₂。经过一段时间处理后，网络时间服务器3会向客户端1发送一个NTP协议应答，且网络时间服务器3会记录发送NTP协议应答的第二发送时间T₃。再经过网络延时传输后，客户端1会接收到网络时间服务器3 返回的NTP协议应答，且客户端1会记录接收到网络时间服务器3返回的NTP 协议应答的第二接收时间T₄。需要说明的是，T₁和T₄是客户端时间系统的时间， T₂和T₃是网络时间服务器时间系统的时间，它们是有区别的。

基于上述交互过程，每一网络时间服务器3对应的交互数据均包括：发送 NTP协议请求的第一发送时间T₁、网络时间服务器3接收到NTP协议请求的第一接收时间T₂、网络时间服务器3发送NTP协议应答的第二发送时间T₃、接收到网络时间服务器3返回的NTP协议应答的第二接收时间T₄和NTP协议应答。

S2：根据所述交互数据计算每一所述网络时间服务器对应的往返延迟和服务器最大可能误差；

S2可以包括：根据第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间和第二接收时间，计算往返延迟，并根据NTP协议应答中的RootDispersion字段确定服务器最大可能误差。

往返延迟是对通过NTP协议交互所得到的4个时刻值T₁、T₂、T₃和T₄进行计算得到的，其所用的计算公式如下：

δ＝(T₄-T₁)-(T₃-T₂)； (1)

式(1)中，δ为往返延迟。

S3：根据所述往返延迟和所述服务器最大可能误差计算每一所述网络时间服务器对应的特征值；

具体的，对往返延迟和服务器最大可能误差进行加权求和，得到每一网络时间服务器对应的特征值。

特征值的计算公式如下：

S＝ω₁×δ+ω₂×ε； (2)

式(2)中，S为特征值；ω₁为往返延迟对应的第一权重；ω₂为服务器最大可能误差对应的第二权重；ε为服务器最大可能误差。

进而利用式(2)，代入每一网络时间服务器3对应的往返延迟和服务器最大可能误差，即可得到每一网络时间服务器3对应的特征值。

S4：选取所述特征值最小的所述网络时间服务器作为最优网络时间服务器。

本实施例所提供一种具有溯源性的网络时间同步方法，通过一组可溯源至 UTC(NIM)的网络时间服务器3作为客户端1进行网络时间同步的时间源，再根据客户端1与这些网络时间服务器3的往返延迟和服务器最大可能误差进行加权，综合筛选出客户端1对应的最优网络时间服务器，以利用该最优网络时间服务器进行客户端1的时间同步，能够使客户端1筛选到准确、可靠、可信的网络时间服务器进行时间同步，且时间可溯源至原子时标国家计量基准，能够保证客户端1获得的时间准确可靠、可溯源，且有标准的时间来源，有效推进高精度时间在各行业领域的准确应用，为高质量的数字经济发展提供重要保障。

作为一种可选的实施方式，在根据交互数据计算每一网络时间服务器对应的往返延迟和服务器最大可能误差之后，本实施例的网络时间同步方法还包括：判断每一网络时间服务器3所对应的往返延迟和服务器最大可能误差的组数是否达到预设组数，预设组数可为8组；若否，则返回“利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互”的步骤，直至每一网络时间服务器3所对应的往返延迟和服务器最大可能误差的组数达到预设组数；若是，则执行S3。此时，S3可以包括：对于每一网络时间服务器3，根据每一组往返延迟和服务器最大可能误差，计算每一组对应的特征值，并选取每一组对应的特征值的最小值作为网络时间服务器3对应的特征值。再执行S4，以得到最优网络时间服务器。

具体的，上述根据每一组往返延迟和服务器最大可能误差，计算每一组对应的特征值包括：对往返延迟和服务器最大可能误差进行加权求和，得到每一组对应的特征值。此时，每一组对应的特征值的计算公式如下：

S_ij＝ω₁×δ_ij+ω₂×ε_ij； (3)

式(3)中，S_ij为第i个网络时间服务器的第j组对应的特征值；ω₁为往返延迟对应的第一权重；δ_ij为第i个网络时间服务器的第j组中的往返延迟；ω₂为服务器最大可能误差对应的第二权重；ε_ij为第i个网络时间服务器的第j 组中的服务器最大可能误差。

需要说明的是，ω₁和ω₂为人工设定值，二者之和为1。本实施例具体可设定ω₁为0.7，ω₂为0.3。

进而利用式(3)，代入每一网络时间服务器3的每一组往返延迟和服务器最大可能误差，即可计算得到每一网络时间服务器3的每一组对应的特征值，并选取每一组对应的特征值中的最小值作为网络时间服务器3对应的特征值，再选取所有网络时间服务器3对应的特征值中的最小值所对应的网络时间服务器作为最优网络时间服务器，能够避免随机性，使得到的网络时间服务器3 对应的特征值更加稳定，从而能够有利于筛选出更佳的网络时间服务器。

在此，本实施例基于上述内容给出一个具体的筛选方法，如图4所示，包括：

步骤1：由于网络环境的不断变化，导致往返延迟会随之改变，因此在客户端时间同步过程中，需设置预设筛选时间间隔，达到预设筛选时间间隔后，重新进行网络时间服务器3的筛选；

步骤2：客户端1依次向服务器列表2中的网络时间服务器3发送NTP 协议请求；

步骤3：客户端1接收每一网络时间服务器3返回的NTP协议应答；

步骤4：客户端1接收和计算每一网络时间服务器3对应的往返延迟和服务器最大可能误差；

步骤5：客户端1判断是否得到8组每一台网络时间服务器3对应的往返延迟及服务器最大可能误差，若是，则执行步骤6，若否，回到步骤2继续执行；

步骤6：每一组往返延迟、服务器最大可能误差进行加权计算，得到特征值。

步骤7：取所有特征值中最小值对应的网络时间服务器3作为客户端1最终选定的服务器，即最优网络时间服务器；

步骤8：客户端1从最优网络时间服务器中获取标准时间；

步骤9：判断是否到达预设筛选时间间隔，若满足条件，则回到步骤2继续执行，若不满足条件，则回到步骤8继续执行。

实施例2：

本实施例用于提供一种具有溯源性的网络时间同步系统，所述网络时间同步系统包括：

筛选模块，用于利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从所述最优网络时间服务器中获取标准时间；所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准。

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种具有溯源性的网络时间同步方法，其特征在于，所述网络时间同步方法包括：

利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从所述最优网络时间服务器中获取标准时间；所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准；

所述利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器具体包括：

利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，产生每一所述网络时间服务器对应的交互数据，具体包括：分别向服务器列表中的每一网络时间服务器发送NTP协议请求，并接收每一所述网络时间服务器返回的NTP协议应答，产生每一所述网络时间服务器对应的交互数据；所述交互数据包括发送所述NTP协议请求的第一发送时间、所述网络时间服务器接收到所述NTP协议请求的第一接收时间、所述网络时间服务器发送所述NTP协议应答的第二发送时间、接收到所述网络时间服务器返回的NTP协议应答的第二接收时间和所述NTP协议应答；

根据所述交互数据计算每一所述网络时间服务器对应的往返延迟和服务器最大可能误差，具体包括：根据所述第一发送时间、所述第一接收时间、所述第二发送时间和所述第二接收时间，计算往返延迟；根据所述NTP协议应答中的RootDispersion字段确定服务器最大可能误差；

根据所述往返延迟和所述服务器最大可能误差计算每一所述网络时间服务器对应的特征值，具体包括：对所述往返延迟和所述服务器最大可能误差进行加权求和，得到特征值；

选取所述特征值最小的所述网络时间服务器作为最优网络时间服务器。

2.根据权利要求1所述的网络时间同步方法，其特征在于，在从所述最优网络时间服务器中获取标准时间后，所述网络时间同步方法还包括：

判断是否达到预设筛选时间间隔；

若是，则返回“利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互”的步骤，重新确定最优网络时间服务器。

3.根据权利要求1所述的网络时间同步方法，其特征在于，在根据所述交互数据计算每一所述网络时间服务器对应的往返延迟和服务器最大可能误差之后，所述网络时间同步方法还包括：

判断每一所述网络时间服务器所对应的往返延迟和服务器最大可能误差的组数是否达到预设组数；

若否，则返回“利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互”的步骤。

4.根据权利要求3所述的网络时间同步方法，其特征在于，所述根据所述往返延迟和所述服务器最大可能误差计算每一所述网络时间服务器对应的特征值具体包括：

对于每一所述网络时间服务器，根据每一组所述往返延迟和所述服务器最大可能误差，计算每一组对应的特征值，并选取所述每一组对应的特征值的最小值作为所述网络时间服务器对应的特征值。

5.根据权利要求1所述的网络时间同步方法，其特征在于，所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准具体包括：所述服务器列表中的每一所述网络时间服务器均以标准时间源输出的秒脉冲信号作为参考时间信号；

所述标准时间源为原子时标国家计量基准或通过GNSS时间频率传递卫星共视法获取原子时标国家计量基准时间的标准时间源。

6.一种具有溯源性的网络时间同步系统，其特征在于，所述网络时间同步系统包括：

筛选模块，用于利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器，并从所述最优网络时间服务器中获取标准时间；所述网络时间服务器均溯源至原子时标国家计量基准；

所述利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，确定最优网络时间服务器具体包括：

利用网络时间协议分别与服务器列表中的每一网络时间服务器进行交互，产生每一所述网络时间服务器对应的交互数据，具体包括：分别向服务器列表中的每一网络时间服务器发送NTP协议请求，并接收每一所述网络时间服务器返回的NTP协议应答，产生每一所述网络时间服务器对应的交互数据；所述交互数据包括发送所述NTP协议请求的第一发送时间、所述网络时间服务器接收到所述NTP协议请求的第一接收时间、所述网络时间服务器发送所述NTP协议应答的第二发送时间、接收到所述网络时间服务器返回的NTP协议应答的第二接收时间和所述NTP协议应答；

根据所述交互数据计算每一所述网络时间服务器对应的往返延迟和服务器最大可能误差，具体包括：根据所述第一发送时间、所述第一接收时间、所述第二发送时间和所述第二接收时间，计算往返延迟；根据所述NTP协议应答中的Root Dispersion字段确定服务器最大可能误差；

根据所述往返延迟和所述服务器最大可能误差计算每一所述网络时间服务器对应的特征值，具体包括：对所述往返延迟和所述服务器最大可能误差进行加权求和，得到特征值；

选取所述特征值最小的所述网络时间服务器作为最优网络时间服务器。

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