GPS标准时钟系统（北斗子母钟系统）设计构造原理特点

GPS标准时钟系统（北斗子母钟系统）设计构造原理特点

GPS标准时钟系统（北斗子母钟系统）设计构造原理特点

【摘要】时钟系统是校园网络中一个重要的精准计时系统，随着网络的普及，许多校园都建了自己的校园专网，使用的网络设备和服务器也日益增多，这些设备都有自己的时钟，而且是可以调节的。但是无法保证网络中的所有设备和主机的时钟是同步的，因为这些时钟每天会产生数秒、甚至数分钟的误差。经过长期运行，时间差会越来越大，这种偏差在单机中影响不太大，但在网络环境下的应用中可能会引发意想不到的问题。

1、概述

随着网络的普及，许多校园都建了自己的校园专网，使用的网络设备和服务器也日益增多，这些设备都有自己的时钟，而且是可以调节的。但是无法保证网络中的所有设备和主机的时钟是同步的，因为这些时钟每天会产生数秒、甚至数分钟的误差。经过长期运行，时间差会越来越大，这种偏差在单机中影响不太大，但在网络环境下的应用中可能会引发意想不到的问题。如在分布式计算环境中，由于每个主机时钟不一致，会造成同一操作在不同主机的记录时间不一致，将导致服务无法正常地进行。随着各种网络应用的不断发展，对时钟的要求也越来越高，否则会引发许多的问题。

校园由教室、办公室、图书馆等场所组成，各个场所时钟信息不一致，师生工作无法协同达到最高效率，平时工作中可能影响不大，但在关键考试时因时钟不一致，导致学生无法考出真实水平，教师的教学成绩就无法评估，这就影响大了。

2、系统设备构成

网络时钟系统由卫星信号接收天线、NTP卫星时钟服务器（NTP网络母钟）、网络交换机、NTP网络子钟、传输通道（网线）、管理软件等组成。系统构成如图1所示。

2.1 卫星信号接收天线

卫星信号接收天线由卫星蘑菇头和适当长度天线组成，可向卫星时钟服务器（网络母钟）提供卫星实时同步信号。

2.2 卫星时钟服务器（网络母钟）

时钟系统中的卫星网络母钟为双机备份装置，其中一个作为系统时间信号的主要来源，另一个作为整个时钟系统的设备备份，以备紧急故障时使用。卫星母钟LCD显示屏上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息和当前的GPS北斗卫星颗数。时钟系统由2台高稳卫星网络母钟、卫星接收天线、天线支架、客户端软件等构成；

卫星网络母钟的多路网口可向教室和办公室数字NTP网络子钟，也可同时向校园广播系统、安防系统、智慧教室系统、智慧图书馆系统、火灾报警系统、校园一卡通系统、校园信息管理系统等其他各个子系统的服务器监控主机提供标准时间信号。

2.3 NTP网络子钟

网络子钟（即时间同步显示屏）安装于教室或办公室、图书馆、走道、安防监控室等需要显示时间的各重要场所。

网络子钟采用数字式。可显示时分、时分秒、年月日星期时分秒，可根据现场实际需求订购，网络子钟自动发送时间同步信号请求，卫星时钟服务器（网络母钟）接收到子钟请求后自动响应并实现时间同步工作。

网络子钟采用磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；超薄金属外壳设计，静电喷塑；年月日星期汉字自发光且与数字浑然一体。

2.4 传输通道

卫星网络母钟与NTP网络子钟之间的传输通道可采用五类、六类网线进行管理通讯线，所有的设备均采用标准RJ45网口。

2.5 管理软件

管理软件可安装在一台高性能计算机上，通过网络传输通道，实时监控时钟系统的运行状态。

管理软件可查看本时钟系统内任何一台网络子钟的运行状况，可以对本时钟系统内任何一台网络子钟进行必要的操作（校对、停止、复位、追时、时间设置等）。当系统出现故障时，可准确记录故障时间和故障部位，能方便地查看维护提供准确数据等。

3、系统功能

时钟系统基本功能如下:

3.1 同步校对

系统通过卫星信号接收天线不间断接收GPS/北斗卫星发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即被卫星网络母钟采用，如果数据不可靠便放弃，下次继续接收。

网络子钟是个独立的显示单元，可以脱离卫星网络母钟单独运行，同时又能主动请求卫星网络母钟的标准时间信息，网络母钟对其实时校对。为了确保接收到的信息是真实的、可靠的，网络母钟对接收到的请求信息进行严格分析、判断，排除干扰信息。

3.2 时间显示及调整

数字式网络子钟时间采用“时分；时分秒；年月日星期”可选模式，调整时间时，网络子钟发出校准请求，卫星网络母钟接收到请求后立即将精准时间信息发送出去对子钟时间进行调整。

3.3 为其他系统提供时间信号

卫星网络母钟设有四路NTP网络接口（RJ45）,且每路网口具有独立MAC地址相互物理隔离互不影响工作，能够时刻准备为校园网络及其他各个子系统提供时间同步信号。主要系统包括：广播系统、安防系统、智慧教室系统、智慧图书馆系统、火灾报警系统、校园一卡通系统、校园信息管理系统、校园机房服务器等。

3.4 系统监测功能

在控制中心设置对时钟系统进行管理监测计算机系统，具有自诊断功能，可进行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等。

中心内管理计算机能够检测到子钟设备的运行状态信息，且对检测到的故障状态进行显示，能实时、详细地反应系统内部各模块的状态，并能对全系统时钟进行点对点的控制（复位、停止、校对、追时等）。

系统出现故障时能够发出声光报警，指示故障部位，对故障告警做同步传输，提供给值班室的工作人员，并进行故障记录和打印等工作。

3.5 系统可扩展性

系统扩容时，中心的网络母钟可通过扩展设备对需求实时进行扩展，方便各个站点网络子钟的增设工作。

3.6 集散控制

系统采用集散控制功能，即分布式系统，中心网络母钟、网络子钟相互之间通过五类六类屏蔽网线方式连接，在整个系统中相对独立，任何一部分发生故障都不会影响整个系统的运行。

4、系统配置原则

校园由教室、办公室、图书馆、弱电安防控制室等场所组成。

时钟安装方式及大小可根据安装位置确定，我司推荐卫星网络母钟、各个子钟的尺寸及显示内容、安装位置参考建议配置表：

序号	安装位置	型号规格	单位	数量
1	机房/主控室	HR-901GB型母钟：采用UM220-III-L（和芯星通）GPS+北斗二合一卫星授时专用模块作时间源，输出4路NTP网口供各个子钟和计算机网络时间同步，局域网授时精度1-10ms，LCD液晶显示屏实时显示北斗卫星颗数和GPS卫星颗数以及当前时间信息，输出4路串口物理接口，内置守时模块当卫星丢失情况下仍提供精准授时服务（守时精度达到0.3s/d），1U标准机架式设计，客户端软件，30米天线及支架、天线避雷器、螺丝等附件；	台	2
2	教室	HR-XS100型数字网络子钟：单面显示内容：时分秒（红色5英寸数码管）；外形尺寸77*18*5CM；接口：NTP网口跟网络母钟自动同步校时；供电220；走时精度：0.01S/天；环境要求：－20℃～+65℃；MTBF：≥9万小时；1.高亮度数码管，长寿命；2.磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；3.超薄金属外壳设计，静电喷塑；	台	120
3	办公室	HR-XS200型日历式数字网络子钟：单面显示内容：年月日星期（红色2.3英寸数码管）时分秒（红色5英寸数码管）；外形尺寸77*29*5CM；接口：NTP网口跟网络母钟自动同步校时；供电220；走时精度：0.01S/天；环境要求：－20℃～+65℃；MTBF：≥9万小时；1.高亮度数码管，长寿命；2.磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；3.超薄金属外壳设计，静电喷塑；	台	5
4	图书馆	HR-XS200型日历式数字网络子钟：单面显示内容：年月日星期（红色2.3英寸数码管）时分秒（红色5英寸数码管）；外形尺寸77*29*5CM；接口：NTP网口跟网络母钟自动同步校时；供电220；走时精度：0.01S/天；环境要求：－20℃～+65℃；MTBF：≥9万小时；1.高亮度数码管，长寿命；2.磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；3.超薄金属外壳设计，静电喷塑；	台	3
5	机房控制室	HR-XS200型日历式数字网络子钟：单面显示内容：年月日星期（红色2.3英寸数码管）时分秒（红色5英寸数码管）；外形尺寸77*29*5CM；接口：NTP网口跟网络母钟自动同步校时；供电220；走时精度：0.01S/天；环境要求：－20℃～+65℃；MTBF：≥9万小时；1.高亮度数码管，长寿命；2.磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；3.超薄金属外壳设计，静电喷塑；	台	1
6	其他办公场所	HR-XS200型日历式数字网络子钟：单面显示内容：年月日星期（红色2.3英寸数码管）时分秒（红色5英寸数码管）；外形尺寸77*29*5CM；接口：NTP网口跟网络母钟自动同步校时；供电220；走时精度：0.01S/天；环境要求：－20℃～+65℃；MTBF：≥9万小时；1.高亮度数码管，长寿命；2.磨砂PC面板，防眩光，不刺眼；3.超薄金属外壳设计，静电喷塑；	台	1

5、系统总结

时钟系统不仅方便企事业单位的精准计时，更能为他们大大提升工作效率，效率的提高意味着社会公共服务的改善，而企事业单位对时间的强烈关注，正是他们服务和效率意识的见证。

随着各单位大数据建立，网络设备与服务器数量不断增加。网络管理员在查看众多网络设备日志时，往往发现时间不一，即使手工设置时间，也会出现因时区或夏令时等因素造成时间误差；有些二层交换机重启后，时钟会还原到初始值，需要重新设置时间。对于核心网络设备和重要应用服务器而言，它们之间有时需要协同工作，因此时间的统一准确性、可靠性显得尤为重要。

同时时钟系统具有业界领先的环保性能，引领了都市绿色办公风潮。随着现代人生活节奏的不断加快，网络化的普及，对时间精准度的需求也是越来越高，尤其是当前的机场、铁路（地铁和火车站）、医院、学校、政府机关、企事业单位等正好迎合了他们的需求，为他们解决实实在在的问题。

审核编辑 黄宇