CN205320080U - 一种高精度网络时间统一装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及网络中各仿真实体的时空一致技术领域，公开了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，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。本实用新型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；其成本低廉，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

技术领域

本实用新型涉及计算机网络仿真系统中各仿真实体的时空一致技术领域，尤其涉及一种高精度网络时间统一装置，本实用新型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（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，本实用新型提供一种高精度网络时间统一装置，实现了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，本实用新型采用如下技术方案：

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时码信号源相连；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读取接口。

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。

一种高精度网络时间统一装置，所述GPS/BD双模天线由GPS时钟天线、北斗时钟天线组成。

一种高精度网络时间统一装置，所述IRIG-B的时码信号源包括：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。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有以下优越性：

（1）本实用新型安装使用简单方便，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时统解调卡后即可构建时间服务器，子网络内各计算机即可实现与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个时统客户端即可为多个提供时间服务。

（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，修正了时统客户端时钟模块的频率误差，提高了时钟的守时能力，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为本高精度网络时间统一装置的电路框图；

图2为本实用新型时间服务器电路框图；

图3为本实用新型多子网结构应用示意框图；

图4为GPS、IRIG-B码和北斗的PCI时统解调卡电路框图；

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，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。

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时码信号源相连；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。所述高精度守时单元芯片为FPGA。

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码信号调理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的时码信号源包括：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。

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。

时间服务器主要由PC服务器与PCI时统解调卡、监控模块和授时服务模块组成。PC服务器为监控模块主要是对PCI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，可对时统解调卡进行初始化设置，可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；

PCI时统解调卡为授时服务模块，启动后等待客户端校时请求，收到客户端请求后，PCI时统解调卡将当前时间发送给客户端，并将客户端信息提供给监控模块使用。

对时由时间统一客户端的客户机发起，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。

时间统一客户端的客户机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组成，时统客户端服务模块负责与时间服务器进行时间校对，并调校时钟模块，包括时钟模块的时间校准和频率校准；

与时间服务器的对时由时统客户端服务模块负责，时统客户端用户接口模块通过时钟模块，能够为用户提供全局一致的自然时间，还可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。

在部署于不同地点的计算机子网络中各配置1台时间服务器，将子网内时间统一到时间服务器选定的时间源上。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。本实用新型可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优于1ms。

时间服务器提供的时间信息分辨率为0.1ms，与UTC时间的同步误差不大于10us。时统硬件设备为“GPS、IRIG-B码和北斗PCI时统解调卡”，这种时统解调卡可插入PC机的PCI插槽，通过PCI总线获取所需工作电源；外接GPS/北斗双模天线，还可通过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）4种时码信号；可提供时间源选择的软件接口，能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B（DC）、IRIG-B（AC）等四种模式，在外部时码信息均不可用的情况下，还可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可用时自动调校，也可人工通过时间服务器界面调校；通过应用接口（API），提供实时读取当前时间信息服务。时间服务器可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。

时间统一客户端通过API接口为全系统网络用户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。本实用新型提供的API接口即可获取全局一致的仿真时间和自然时间。

Claims (7)

1.一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，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的时码信号源相连；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读取接口。

3.根据权利要求2所述的一种高精度网络时间统一装置，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2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2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2所述的一种高精度网络时间统一装置，其特征是：所述IRIG-B的时码信号源包括：IRIG-B-DC时钟线、IRIG-B-AC时钟线。

7.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。