医院同步时钟系统技术方案建议书20102V20.pdf

医院同步时钟 技术方案建议书 V1.0 北京泰福特电子科技有限公司 2010-02-20 1 一、概述 将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年月日时分秒)基于 UTC （协调世界时）时间偏差限定在足够小的范围内，这种同步过程叫做时间同 步。随着信息的发展，各类信息系统也越来越多，目前各系统之间的时钟并不是 完全精确统一。系统需要时钟的高度精确，且今后的各类系统之间数据交互会越 来越多，相应的时钟要求也越来越精确。  GPS 时间源概述 全球定位系统 GPS 是美国卫星导航系统，GPS 发送美国海军天文台的 UTC （USTU），为全世界用户提供时间服务，美国海军天文台的UTC 由20 多个铯原子 钟形成，这种时间源完全能够达到通信网内各种设备时间同步的精度要求。  铷原子振荡器概述 现代标准时间源是原子钟。原子钟是原子频率的简称，是根据原子物理学和 量子力学原理制造的高准确度和高稳定度的振荡器。物理原理是原子跃迁频率只 取决于其内部特征而与外界电磁场无关，可以利用量子跃迁实现频率控制。因为 原子钟振荡频率存在着系统的和随机误差，人们通常采用一组原子钟，用统计方 法构成一个“平均原子钟”，取得原子时。现在国际原子时由50 多个原子钟计算 得到。铯原子钟有很高的准确度，稳定度和均匀度，准确度达到±3E-15，长期 稳定度±2E-15，因此成为现代最高标准时间源，但成本昂贵，铷原子钟稳定性 与铯原子钟比较稍差，但是成本低，通过特有频率测控算法用GPS 校正铷原子钟 精度可以达到小铯钟效果，二者配合使用可以发挥最佳功效，HJ210R 就是集成 了GPS 接收机和铷原子振荡器的一款高性能的NTP 网络时间服务器产品。  时钟同步与时间同步 这里指的时钟同步是HJ210 的硬件时钟的时间源，正常情况下，硬件时钟以 GPS 信号为时间源，如果GPS 信号丢失，硬件时钟与内部振荡器同步，直到GPS 信号恢复，从新切换到GPS 时间源。这两种时间源之间的切换是自动完成的。本 工程中将时间服务器的HJ210 的内部振荡器升级为铷钟，保证在GPS 失锁的情况 下，也可以在相当长时间的内保证内部硬件时钟的精度。 这里的时间同步主要指HJ210 内部NTP 管理程序的时间参考，正常情况下 NTP 管理程序的时间优先取自于本机的硬件时钟，当硬件时钟漂移量大于设定值 2 时（GPS 信号丢失，长时间依赖振荡器自守时的情况），NTP 管理程序的时间将自 动切换到参考另外1 个有效的NTP 管理程序。在本工程中，每台HJ210 中的NTP 管理程序可以设定另外的1 台HJ210 中的NTP 管理程序为备用时间参考。  时间同步子网络 在整个网络中运用 NTP 进行时间同步和分配所涉及的设备和通路的集合称 为时间同步子网络。时间同步子网络以分层主从结构模式运行，本工程当中 HJ210 作为专用的时间服务器，在时间同步子网络系统中的最高层，为所有的低 层设备提供同步信息。 时间同步网络理论上根据其精确度和重要性一般分为从0－15 的共16 个级 别。级别编码越低，精确度和重要性越高。时间的分配自级别编码小的层次向较 大的层次进行，即由第0 级向第15 级分配渗透。本工程中4 台HJ210 时间服务 器处于第 1 级的设备，GPS 系统是HJ210 一致的上一级时间源，所有直接访问 HJ210 的设备是第2 级的设备。出于对精确度和可靠性的考虑，第2 级设备同时 引用4 台HJ210 作为参考源；4 台HJ210 做为同层设备互为参考源。  NTP 的通信模式 HJ210 与其他设备的NTP 访问以客户机和服务器方式进行通信。每次通信共 计两个包。客户机发送一个请求数据包，服务器接收后回送一个应答数据包。两 个数据包都带有时间戳。NTP 根据这两个数据包代的时间戳确定时间误差，并通 过一系列算法来消除网络传输的不确定性的影响。 NTP 要求的资源开销和通信带宽很小。NTP 采用UDP 协议，端口号设定为123。 UDP 占用很小的网络带宽，在众多客