医院同步时钟系统技术方案建议书.doc

PAGE PAGE 14 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 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，在众多客户机和少许服务器通信时有利于避免拥塞。NTP数据包的净长度在V3下为64个字节，V4下为72个字节；在IP层分别为76和84个字节。HJ210和其他作为客户机的设备采取点对点的通讯方式，自动通信间隔将在指定的范围内变化（一般是64秒到1024秒），同步情况越好，间隔就越长。另外，也可以在客户机通过手动随时进行通讯。 二、方案介绍 配置介绍 参考本次工程的技术要求并结合HJ210 NTP网络时间服务器的特点，提供了如下的具体配置：即保障中心采用相同的主备双机的配置方案，每个中心内部主备时钟服务器均采用标配的HJ210＋铷振荡器，每个中心主备两台时间服务器可以互相校验，中心与中心两套主备系统可以互相备份。正常的情况下，系统依赖GPS卫星时钟作为系统的时钟同步源，当GPS信号不能保障，整个系统将依赖2台时钟内部的铷振荡器作为时钟同步源，保障网络系统的时间同步，