NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——總體方案設(shè)計(jì)(共9頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)概述目前軍事指揮信息系統(tǒng)的時(shí)間同步采用NTP體制，全網(wǎng)設(shè)立專用時(shí)間服務(wù)器與外部精確時(shí)鐘相聯(lián)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，在各級(jí)子網(wǎng)中使用帶NTP服務(wù)的路由器充當(dāng)NTP服務(wù)器或設(shè)立專用的NTP服務(wù)器，從上級(jí)專用時(shí)間服務(wù)器或其上級(jí)子網(wǎng)路由器校正時(shí)間，同時(shí)對(duì)本子網(wǎng)用戶和下級(jí)子網(wǎng)路由器提供NTP服務(wù)。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)示意圖而在遂行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，根據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)的需要，往往對(duì)兵力進(jìn)行重新編組，將原來(lái)隸屬不同子網(wǎng)的用戶分割重組成若干個(gè)新的子網(wǎng)。如圖2-1中紅色虛線框線部分所示，將這些作戰(zhàn)力量重新編組為一個(gè)戰(zhàn)斗群。在整個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)中的存在

2、若干戰(zhàn)斗群，這些群之間的網(wǎng)絡(luò)鏈路，或因受敵火力打擊、或因其它需要，無(wú)法保證持續(xù)、長(zhǎng)久的連接，形成了若干相互獨(dú)立的子網(wǎng)，如圖2-2所示。圖2-2 戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境示意圖由于聯(lián)合作戰(zhàn)的需要，這些相互分離的子網(wǎng)之間，對(duì)時(shí)間同步仍然有著較高的要求。但如果長(zhǎng)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)中斷，僅靠子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備自身的時(shí)鐘無(wú)法保證時(shí)鐘的同步精度，必須有統(tǒng)一的外部時(shí)鐘源來(lái)作為參考。故考慮在各個(gè)子網(wǎng)直接配置一個(gè)可通過(guò)某種方式直接與精確時(shí)鐘源校對(duì)時(shí)鐘的設(shè)備，并向子網(wǎng)內(nèi)部其它設(shè)備和用戶提供NTP授時(shí)服務(wù)，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)可采用多種外部時(shí)鐘源，包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)

3、或CDMA網(wǎng)絡(luò)等作為一級(jí)時(shí)鐘源，直接獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)且不依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)NTP服務(wù)器接入作戰(zhàn)群計(jì)算機(jī)子網(wǎng)中，為本網(wǎng)其它設(shè)備和用戶提供NTP授時(shí)服務(wù)。2.2 系統(tǒng)目標(biāo)NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)是，在基于IP協(xié)議的多層級(jí)局部網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步，從而保證信息系統(tǒng)應(yīng)用的有序運(yùn)行和高精度、高可靠性。網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)時(shí)從外部時(shí)鐘源獲取精確時(shí)鐘信號(hào)、馴化本地時(shí)鐘、提供網(wǎng)絡(luò)授時(shí)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)客戶端自動(dòng)選擇可用服務(wù)器，獲取精確時(shí)鐘信號(hào)、馴化本地時(shí)鐘。對(duì)本NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)所部署的各類軍事應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是使原分屬于不同局部網(wǎng)絡(luò)、參照不同時(shí)鐘源的客戶，在重新組織到一個(gè)新的局部網(wǎng)

4、絡(luò)后，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。故從理論上講，其時(shí)鐘同步系統(tǒng)，可采用一種完全獨(dú)立于其它時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。但是根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)體制的要求，本系統(tǒng)仍然采用世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）為基準(zhǔn)。系統(tǒng)對(duì)可靠性、可維護(hù)性、安全性、易用性等性能有較高的要求。2.3 需求分析2.3.1 硬件需求NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)的硬件需求，主要是指需進(jìn)行開(kāi)發(fā)的NTP授時(shí)服務(wù)器的硬件需求，主要有：1. CPU有較強(qiáng)的處理能力；2. 具備串行接口以獲取外部時(shí)鐘信號(hào)；3. 具備以太網(wǎng)接口；4. 可運(yùn)行CLinux嵌入式系統(tǒng)5. 達(dá)到中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)統(tǒng)設(shè)備通用規(guī)范（GJB 2242-94）所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)2.3.2 軟件需求NTP網(wǎng)絡(luò)

5、授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)軟件的功能性主要需求：1. 時(shí)間服務(wù)器能夠同步到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，必須提供連續(xù)的基于UTC的本地時(shí)間。2. 時(shí)間服務(wù)機(jī)制即使在網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑上有不穩(wěn)定的延遲變化時(shí)，也能夠提供準(zhǔn)確的時(shí)間。3. 同步子網(wǎng)即使在不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，也必須提供可靠性和存活性。這需要冗余時(shí)鐘源、冗余的時(shí)間服務(wù)器、不同的傳輸路徑和動(dòng)態(tài)的可再組織的子網(wǎng)結(jié)構(gòu)。4. 系統(tǒng)可在現(xiàn)行的操作系統(tǒng)（windows）和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（IP網(wǎng)絡(luò)）上部署使用，符合現(xiàn)行時(shí)統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)體制（NTP），同時(shí)對(duì)操作系統(tǒng)和現(xiàn)有服務(wù)的影響盡可能的小。5.服務(wù)器必須便于設(shè)置和使用，特定的客戶端軟件必須便于安裝和配置。NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程如下圖所示

6、。圖2-4 NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程N(yùn)TP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)的用例圖如下所示。圖2-5 網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)用例總圖2.4 硬件總體設(shè)計(jì)為達(dá)到NTP服務(wù)器硬件小型化、便于機(jī)動(dòng)攜行的目的，其硬件設(shè)計(jì)可考慮采用兩種方案：一種方案是采用單片機(jī)作為控制器，外加網(wǎng)上芯片完成數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，這種方法比較經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，硬件和軟件開(kāi)發(fā)相對(duì)容易，但是單片機(jī)一般性能有限，工作頻率不高、速度較慢，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)吞吐量大時(shí)，處理器很難實(shí)時(shí)處理，影響時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性。另一種方案是采用ARM處理器，外加帶TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，既可以滿足性能的要求，又有效減小了軟件開(kāi)發(fā)的工作量。事實(shí)上，ARM處理器以其優(yōu)越的性能正越來(lái)越得到廣泛

7、的應(yīng)用，它在工業(yè)控制、通訊、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子等方面正逐步取代單片機(jī)，成為人們進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的首選。本項(xiàng)目采用第二種方案，即使用ARM處理器外加CLinux嵌入式操作系統(tǒng)，作為NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)器，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-6所示。圖2-6 NTP服務(wù)器硬件結(jié)構(gòu)框圖其核心是ARM處理器及必要的外圍電路：電源電路將外部5V電源通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器，為系統(tǒng)各部分提供所必需的5V與3.3V電壓；晶振電路為系統(tǒng)提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)；JTAG接口電路為系統(tǒng)提供調(diào)試接口；RS232驅(qū)動(dòng)器與接口連接外部時(shí)鐘源以獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，以太網(wǎng)接口用于連接IP網(wǎng)絡(luò)以提供NTP服務(wù)。2.5 軟件總體設(shè)計(jì)NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)的軟

8、件，根據(jù)需求和業(yè)務(wù)流程，可劃分為兩個(gè)部分，即NTP服務(wù)器端的授時(shí)服務(wù)軟件和客戶端的NTP時(shí)鐘同步軟件。軟件設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是：1. 采用Client/Server架構(gòu)；2. 服務(wù)器端軟件基于CLinux操作系統(tǒng)，通過(guò)外部配置文件保存RS232串口的參數(shù)設(shè)置，通過(guò)RS232串口通信獲取外部時(shí)鐘信號(hào)并分離出精確時(shí)鐘信號(hào)，能夠?qū)Ρ镜貢r(shí)鐘進(jìn)行校正，通過(guò)socket編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)口NTP協(xié)議包的接收和應(yīng)答；3. 客戶端軟件基于windows操作系統(tǒng)，有通過(guò)圖形用戶界面可對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)socket編程實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)口NTP協(xié)議包的發(fā)送和接收，能夠?qū)Ρ镜貢r(shí)鐘進(jìn)行校正。NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)軟件的主要功能劃分如下圖所示。圖2-7 網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)功能架構(gòu)圖從圖2-3中可以看出，在整個(gè)NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)中，時(shí)鐘源是統(tǒng)一的，NTP授時(shí)服務(wù)器是根據(jù)作戰(zhàn)群子網(wǎng)劃分呈分布式部署的，每一個(gè)子網(wǎng)中授時(shí)系統(tǒng)的架構(gòu)是相同的，一個(gè)授時(shí)服務(wù)器對(duì)應(yīng)多個(gè)時(shí)鐘同步客戶端。圖2-3也