數(shù)據(jù)網(wǎng)端到端時(shí)延測(cè)量

數(shù)據(jù)網(wǎng)端到端時(shí)延測(cè)量第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三22概述兩個(gè)工作組：IETF的基準(zhǔn)測(cè)試方法學(xué)工作組(BenchmarkingMethodologyWorkingGroup，BMWG)BMWG主要關(guān)注在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測(cè)試IP性能，主要目標(biāo)是對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)性能特征的測(cè)量方法給出建議，進(jìn)而主要集中在基于這些技術(shù)的系統(tǒng)和服務(wù)上。IP性能度量指標(biāo)工作組(IPPerformanceMetric，IPPM)IPPM工作組定義了一套用來定量表征互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)的質(zhì)量、性能和可靠性的一組標(biāo)準(zhǔn)度量。在其公布的RFC中給出了指標(biāo)的定義、測(cè)量過程和結(jié)果描述方法。第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三測(cè)量指標(biāo)定義必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)：(1)測(cè)量指標(biāo)必須是具體和嚴(yán)格定義的；(2)對(duì)該指標(biāo)的測(cè)量方法必須是可重復(fù)的；(3)測(cè)量指標(biāo)必須是無偏的；(4)測(cè)量指標(biāo)必須具有區(qū)分性；(5)測(cè)量指標(biāo)對(duì)用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商了解網(wǎng)絡(luò)性能必須是有用的；(6)測(cè)量指標(biāo)必須是能避免人為影響的性能指標(biāo)。3第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三IPPM定義和正在定義的指標(biāo)(1)連通性(Connectivity，RFC2678)(2)單向時(shí)延(one-waydelay，RFC2679)(3)往返時(shí)延(round-tripdelay，RFC2681)(4)時(shí)延抖動(dòng)(delayvariation，RFC3393)(5)單向丟棄率(one-wayloss，RFC2680)(6)雙向丟棄率(round-triploss)(7)丟棄模式(losspatterns，RFC3357)(8)數(shù)據(jù)包亂序(packetreordering，RFC4737)(9)單向數(shù)據(jù)包復(fù)制(one-waypacketduplication，草案階段)(10)批量傳輸容量(bulktransfercapacity，RFC3148)……4第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三端到端時(shí)延測(cè)量評(píng)估網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS），驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商與客戶之間服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）的重要指標(biāo)能用來研究有效的擁塞控制機(jī)制，根據(jù)獲得的時(shí)延動(dòng)力學(xué)特征及建立的模型，預(yù)測(cè)時(shí)延的變化情況來調(diào)整傳輸策略。這樣使得到的算法、設(shè)定的參數(shù)更符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行規(guī)律對(duì)于時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)，如流媒體應(yīng)用，可作為播放（Playout）控制、接入控制的依據(jù)可作為度量網(wǎng)絡(luò)路徑性能的指標(biāo)（Metric），用以進(jìn)行路由優(yōu)化和路由動(dòng)態(tài)更新可用作網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的依據(jù)，據(jù)其制定負(fù)載均衡策略，同時(shí)能給新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如CDN（ContentionDistributionNetwork）提供支持第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三CDNCDN技術(shù)是近年來在美國首先興起并迅速發(fā)展起來的一種解決互聯(lián)網(wǎng)性能不佳問題的有效手段。其基本思路就是盡可能避開互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的瓶頸和環(huán)節(jié)，使內(nèi)容傳輸?shù)母?、更穩(wěn)。通過在網(wǎng)絡(luò)各處放置節(jié)點(diǎn)服務(wù)器所構(gòu)成的在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的一層智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，cdn系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和各節(jié)點(diǎn)的連接、負(fù)載狀況以及到用戶的距離和響應(yīng)時(shí)間等綜合信息將用戶的請(qǐng)求重新導(dǎo)向離用戶最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上。

第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三時(shí)延的基本概念I(lǐng)ETF的IPPM工作組制訂：單向時(shí)延（One-wayDelay，RFC2679）雙向時(shí)延（Round-tripDelay，RFC2681）IP分組時(shí)延變化（IPPacketDelayVariation，RFC3393）7第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三時(shí)延的基本概念RFC2679定義了“Type-P-One-way-Delay”：對(duì)于實(shí)數(shù)dT，在T時(shí)刻從源主機(jī)Src到目的主機(jī)Dst的“Type-P-One-way-Delay”為dT是指Src在T時(shí)刻發(fā)送Type-P分組的第一個(gè)比特，而Dst在T+dT時(shí)刻收到該分組的最后一個(gè)比特。測(cè)量時(shí)延的誤差和不確定性主要來自于Src和Dst主機(jī)時(shí)鐘的同步（Synchronization）、精度（Accuracy）、分辨率（Resolution）和頻差（Skew，時(shí)鐘偏差的一階導(dǎo)數(shù)）。“Type-P-One-way-Delay-Poission-Stream”,特指進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，測(cè)量時(shí)間序列符合Poission過程（也就是說相鄰兩個(gè)測(cè)量時(shí)刻間隔時(shí)間服從指數(shù)分布），此時(shí)的參數(shù)有：源、目的地址，測(cè)量開始、結(jié)束時(shí)間，平均到達(dá)率。最終得到了<時(shí)間，時(shí)延>序列對(duì)。對(duì)于得到的測(cè)量樣本，RFC2679也定義了幾個(gè)統(tǒng)計(jì)量：百分?jǐn)?shù)（Type-P-One-way-Delay-Percentile）中值（Type-P-One-way-Delay-Median）最小值（Type-P-One-way-Delay-Minimum）逆百分?jǐn)?shù)Type-P-One-way-Delay-Inverse-Percentile第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三時(shí)延的基本概念RFC2681定義了往返時(shí)延的指標(biāo)“Type-P-Round-trip-Delay”服從Poission分布的測(cè)量時(shí)間序列指標(biāo)“Type-P-Round-trip-Delay-Poisson-Stream”幾個(gè)統(tǒng)計(jì)量：Type-P-Round-trip-Delay-Percentile；Type-P-Round-trip-Delay-Median；Type-P-Round-trip-Delay-Minimum；Type-P-Round-trip-Delay-Inverse-Percentile。第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三時(shí)延的基本概念RFC3393定義了對(duì)于IP電話和視頻流等應(yīng)用的性能非常重要的指標(biāo)——單向時(shí)延變化（DelayVariation）“Type-P-One-way-ipdv”，該指標(biāo)中還考慮了時(shí)鐘之間的漂移（drift，時(shí)鐘偏差的二階導(dǎo)數(shù)），服從Poission分布的測(cè)試流單向時(shí)延變化指標(biāo)“Type-P-one-way-ipdv-Poisson-stream”幾個(gè)統(tǒng)計(jì)量：概率分布Type-P-One-way-ipdv-percentileType-P-One-way-ipdv-inverse-percentileType-P-One-way-ipdv-jitterType-P-One-way-peak-to-peak-ipdv第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三時(shí)延測(cè)量方法往返時(shí)延的測(cè)試。不需同步，易于實(shí)現(xiàn)，常用的方法如ICMPecho/reply（ping）,TCPSYN/ACK等。問題：不對(duì)稱路徑。直接測(cè)量單向時(shí)延。問題：測(cè)試點(diǎn)往往位于不同的地點(diǎn)，收發(fā)主機(jī)時(shí)鐘同步問題。11第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三端到端時(shí)延端到端時(shí)延主要分為四個(gè)部分，即：處理時(shí)延、傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延：傳輸時(shí)延（Transmissiondelay）：指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸鏈路上開始發(fā)送分組的第一個(gè)比特至發(fā)完該分組的最后一個(gè)比特所需的時(shí)間。Tt主要由連接速度或容量決定，對(duì)于每一個(gè)探測(cè)包，傳輸時(shí)延被認(rèn)為是相同的。傳播時(shí)延（Propagationdelay）：指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸鏈路上發(fā)送第一個(gè)比特時(shí)刻至該比特到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。Tg由電磁波通過通信鏈路的物理信道的傳播時(shí)間所決定。第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三端到端時(shí)延排隊(duì)時(shí)延（Queuingdelay）：指分組在路由器的緩沖區(qū)中，傳輸或處理前的等待時(shí)間，Tq由路由器中的交換結(jié)構(gòu)決定。若節(jié)點(diǎn)的傳輸隊(duì)列在節(jié)點(diǎn)的輸出端，則排隊(duì)時(shí)延是指分組進(jìn)入傳輸隊(duì)列到該分組實(shí)際進(jìn)入傳輸?shù)臅r(shí)延。若節(jié)點(diǎn)的輸入端有一個(gè)等待隊(duì)列，則排隊(duì)時(shí)延是指分組進(jìn)入等待隊(duì)列到分組進(jìn)入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理的時(shí)延。處理時(shí)延（Processingdelay）：指分組到達(dá)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入端與該分組到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的輸出端之間的時(shí)延，指在交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延。它受每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和可用的硬件的影響?？傮w上看是一個(gè)隨機(jī)變化的，每一個(gè)探測(cè)包在路由器中處理的速度不完全相同，因此，可以分為一個(gè)確定部分和一個(gè)隨機(jī)部分：第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三1011001…發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn)

B結(jié)點(diǎn)

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延在隊(duì)列中產(chǎn)生排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)路徑在節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生處理時(shí)延第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三舉例：對(duì)于一個(gè)H跳的鏈路，端到端時(shí)延：15分組在終端處的排隊(duì)時(shí)延分組在源端的傳播時(shí)延分組在源端的傳輸時(shí)延鏈路長度信號(hào)傳播速度分組長度鏈路帶寬第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三端到端時(shí)延對(duì)端到端時(shí)延變化影響最大的是排隊(duì)時(shí)延，影響的主要因素有：鏈路的負(fù)荷情況、隊(duì)列管理機(jī)制、緩沖區(qū)管理機(jī)制、接口處理能力等。

第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三端到端時(shí)延由于收發(fā)時(shí)鐘不同步，僅僅簡單地以分組到達(dá)接收主機(jī)時(shí)刻（讀取接收主機(jī)時(shí)間）減去分組離開發(fā)送主機(jī)的時(shí)刻（讀取接收主機(jī)時(shí)間）獲得端到端時(shí)延，常常誤差較大。發(fā)送數(shù)據(jù)包來測(cè)試端到端時(shí)延，發(fā)送200字節(jié)長的1000個(gè)數(shù)據(jù)包，時(shí)間間隔是200毫秒,用UDP協(xié)議，從源主機(jī)到目的主機(jī)。第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三搬鐘時(shí)間同步法用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鐘作搬鐘，然后用搬鐘比對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)中的時(shí)鐘。首先讓系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘比對(duì)校準(zhǔn)這個(gè)搬鐘，然后將系統(tǒng)中的其它時(shí)鐘與搬鐘同步比對(duì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其它時(shí)鐘與系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘同步。搬鐘同步方法雖然簡單，但是在搬運(yùn)過程中會(huì)受到搬運(yùn)方法和環(huán)境的影響。甚至在搬到異地后，由于地理?xiàng)l件的不同，環(huán)境不同而帶來搬運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)鐘的變化。另外，要保持較高精度的時(shí)鐘同步，那么就需要經(jīng)常搬鐘同步比對(duì)，很不方便。因此，這種方法由于不能實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)作時(shí)間同步，現(xiàn)在很少采用。第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三

單向時(shí)間同步法在單向時(shí)間同步法中，主站通過各種途徑將同步信息傳送給從站，從站根據(jù)這些同步信息采用一定的算法校正到主站的時(shí)間和頻率上。為了精確定時(shí)，同步信息應(yīng)該包括主站精確坐標(biāo)、主站系統(tǒng)頻率及時(shí)間等。從站利用直接或間接得到的自己的坐標(biāo)與主站給的坐標(biāo)計(jì)算信號(hào)傳播的時(shí)延，然后利用計(jì)算得到的時(shí)延、主站系統(tǒng)時(shí)間、距離時(shí)延校正以及從站接收機(jī)時(shí)延校正就可以校正本站的時(shí)間，利用主站發(fā)送過來的系統(tǒng)頻率就可以校正本站頻率。由于傳播途徑所遇環(huán)境的復(fù)雜性，距離時(shí)延誤差因傳播信號(hào)的路徑的不同而差異較大。總的說來，單向時(shí)間同步法的時(shí)刻同步精度大部分只能達(dá)到微秒級(jí)別，校頻精度一般比主站頻率準(zhǔn)確度小一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。但是該方法所用設(shè)備相對(duì)簡單。比如傳統(tǒng)的短波授時(shí)、LORAN-C長波授時(shí)都屬于單向時(shí)間同步法。第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三雙向時(shí)間同步法Step1：Step2：Step3：由環(huán)境影響引起的誤差傳播時(shí)間這種方法可以使同步精度達(dá)到納秒級(jí)

第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三基于GPS授時(shí)的時(shí)鐘同步GPS的全稱是“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)／全球定位系統(tǒng)”（NavigationSystemTimingandRanging/GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS）,是美國國防部為滿足軍事部門對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位而建立的新一代導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航和定位能力，同時(shí)具有良好的抗干擾性和保密性，在軍事和民用方面都得到了很大的應(yīng)用，它于1978年開始可行性驗(yàn)證，到1994年最終建成?；驹恚盒l(wèi)星不間斷的發(fā)射自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS定位原理衛(wèi)星位置：用戶位置：無線電波速度：C

用戶時(shí)鐘和GPS主時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)差：衛(wèi)星i上的原子鐘和GPS主時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)差：用戶測(cè)量得到的與第i個(gè)衛(wèi)星之間的偽距：第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS基本組成：空間部分21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。海拔20200km。運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分。GPS衛(wèi)星在空間的配置，保障了在地球上的任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻都至少可以觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，而且衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收不受天氣的影響。因此GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三Solarpowered,backupbatteries第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPSsatelliteSatelliteTasksReceiveandsavetheephemeris（星歷）fromcontrolsegmentGenerateGPSsignal(codeandcarrierphase)TransmittheGPSsignalAcceptthecontrolcommandtoadjustthesatellitestatusCommunicationMainloadonboardRadiotransceivers,atomicclock（2CESIUMand2RUBIDIUM）,computerVariousancillary(satelliteantenna,solarpanel,backupbatteries,propulsionsystemetc.)第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS控制部分地面控制部分由1個(gè)主控站，5個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3個(gè)地面注入（控制）站組成。監(jiān)測(cè)站（MonitorStation）將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后，傳送到主控站。主控站（MasterControlStation）從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3個(gè)地面控制站。提供GPS系統(tǒng)的精密時(shí)鐘基準(zhǔn);

調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星;啟用備用衛(wèi)星。地面控制站（GroundAntenna）在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆GPS衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三用戶設(shè)備部分接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。GPS系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，GPS采用碼分多址來區(qū)分各個(gè)衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼,一組稱為C/A碼(Coarse/AcquisitionCode，1.023MHz)；一組稱為P碼(PreciseCode，10.23MHz)，P碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務(wù)。C/A碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS的軍事應(yīng)用全時(shí)域的自主導(dǎo)航。各種作戰(zhàn)平臺(tái)的指揮監(jiān)控。精確制導(dǎo)和打擊效果評(píng)估。在近幾場(chǎng)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，美軍使用精確制導(dǎo)導(dǎo)彈和炸彈的比例比海灣戰(zhàn)爭時(shí)增加了近100倍，而它們?nèi)炕虼蟛糠侄家揽縂PS制導(dǎo)。未來單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)保障。在科索沃戰(zhàn)爭中，美軍的F－117隱形飛機(jī)被擊落后，由于飛行員配備了GPS接收機(jī)的呼救裝置，從而使美軍能搶在南聯(lián)盟軍隊(duì)之前，在7小時(shí)內(nèi)找到并救出飛行員。軍用數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)授時(shí)。第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPSreceivertypes第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三SomeWebsite/gps/index.html/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html.au/snap/gps/gps_survey/principles_gps.htm第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS測(cè)時(shí)GPS采用獨(dú)立的時(shí)間系統(tǒng)作為導(dǎo)航定位計(jì)算的基礎(chǔ)，即GPS時(shí)間系統(tǒng)（GPST），它屬于原子時(shí)系統(tǒng)（AtomicTime，AT），其秒長采用原子時(shí)秒長，原點(diǎn)規(guī)定于1980年1月6日0時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UniversalTimeCoordinated，UTC）時(shí)刻一致，以后采用原子時(shí)秒長累計(jì)計(jì)時(shí)。第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS測(cè)時(shí)單站測(cè)時(shí)法應(yīng)用一臺(tái)GPS接收機(jī)，在一已知坐標(biāo)(或坐標(biāo)未知但能收到4顆以上衛(wèi)星)觀測(cè)站上進(jìn)行測(cè)時(shí)。精度可達(dá)50ns

共視測(cè)時(shí)法在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站各設(shè)一臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)同一顆衛(wèi)星來測(cè)定兩用戶時(shí)鐘的相對(duì)偏差，從而達(dá)到高精度時(shí)間比對(duì)的目的。精度一般能達(dá)到數(shù)十ns到幾ns。缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性差。綜合法與單站多星測(cè)量模式相似，在各站觀測(cè)所有在視的衛(wèi)星，同時(shí)又像共視法同步觀測(cè)，交換兩站數(shù)據(jù)綜合處理。結(jié)果與共視法的精度相當(dāng)，但提高了可靠性。第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三GPS測(cè)時(shí)特點(diǎn)利用GPS實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步具有以下特點(diǎn)：（1）同步精度相對(duì)較高，時(shí)鐘同步精度可以達(dá)到納秒級(jí)，頻率校正精度可以達(dá)到10－12

量級(jí)；（2）不需要發(fā)送設(shè)備，省去了需自配昂貴的高準(zhǔn)確度原子頻率基準(zhǔn)，故它的成本相對(duì)較低；（3）可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)任何天氣情況下都能接受到GPS信號(hào)（4）利用GPS的時(shí)間同步系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較好。因?yàn)镚PS系統(tǒng)作為美國的戰(zhàn)略系統(tǒng)，它有嚴(yán)密的可靠性保障，一般不容易出問題。第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三基于GPS的時(shí)鐘同步系統(tǒng)GPS接收機(jī)不但可以輸出時(shí)間信息，還可以以一定精度輸出代表GPS系統(tǒng)時(shí)的秒脈沖信號(hào)。若地面系統(tǒng)內(nèi)的所有站都同步于該秒脈沖則該系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步。

第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三基于GPS的時(shí)鐘同步系統(tǒng)（1）原子鐘:產(chǎn)生原始頻率信號(hào)，校正后可以達(dá)到更高頻率準(zhǔn)確度的輸出頻率。同時(shí)產(chǎn)生高精度的秒脈沖信號(hào)，經(jīng)校準(zhǔn)后作為同步系統(tǒng)的輸出。（2）GPS接收機(jī):接收GPS信號(hào)，產(chǎn)生同GPS系統(tǒng)時(shí)有一隨機(jī)誤差的秒脈沖用于同步系統(tǒng)的定時(shí)和校頻。（3）時(shí)差頻差測(cè)量:測(cè)量GPS接收機(jī)輸出的秒脈沖和原子鐘分頻產(chǎn)生的秒脈沖之間的沿差，測(cè)量GPS時(shí)鐘的原始頻率，并把這兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出給微處理器進(jìn)行處理。（4）微處理器:接受測(cè)量模塊傳送的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行處理并按一定的時(shí)序送給校正模塊（5）時(shí)間和頻率校正：包括校正秒沿差模塊和校頻模塊（6）人機(jī)界面：顯示微處理器給出的狀態(tài)信息并在系統(tǒng)工作異常時(shí)報(bào)警。第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三北斗導(dǎo)航第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三TheGalileoSatelliteConstellation30satellitesinthreeMediumEarthOrbitMEOplanesat23616kmaltitude1satelliteperorbitalplaneisaspareInclinationoforbitalplanes56degreesOnerevolution14hours4minGroundtrackrepeat10daysInclination56degrees第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三基于NTP的時(shí)鐘同步方法網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP(NetworkTimeProtocol)最早由美國特拉華大學(xué)（UniversityofDelaware）DavidL.Mills教授于1985年提出，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘與國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步。

NTP版本1于1988年提出，定義于RFC1059中，引入對(duì)稱和客戶/服務(wù)器的工作模式。NTP版本2于1989年提出，定義于RFC1119中，引入對(duì)稱密鑰認(rèn)證模式，同時(shí)DEC公司提出了DTSS(DigitalTimeSynchronizationService數(shù)字時(shí)間同步服務(wù))實(shí)現(xiàn)。第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三基于NTP的時(shí)鐘同步方法NTP版本3于1992年出現(xiàn)，定義于RFC1305中，它綜合了DTSS與NTP以前版本的優(yōu)點(diǎn)，提出了正式的正確性原則，并引入廣播模式。1994年提出NTP內(nèi)核版，定義于RFC1589中，描述了一些新的實(shí)現(xiàn)與接口，精度達(dá)到了微秒量級(jí)。如今可以得到的NTP最新版本是NTP版本4,定義于RFC-4330，稱為IPv4、IPv6和OSI的簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(SimpleNetworkTimeProtocol，SNTP)版本4。在局域網(wǎng)上其準(zhǔn)確度可達(dá)1-2毫秒，在廣域網(wǎng)上可達(dá)幾十毫秒。

第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP原理NTP協(xié)議是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的同步,最典型的操作模式是客戶/服務(wù)器(client/server)模式。

則客戶機(jī)和服務(wù)器之間的時(shí)間偏移量和報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)的往返傳輸延時(shí)D分別為

這里假定從客戶到服務(wù)器和從服務(wù)器到客戶的時(shí)延相等，而且假定偏移量不隨時(shí)間變化，即不考慮兩者時(shí)鐘之間的頻差和抖動(dòng)。

第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三對(duì)稱模式NTP一次測(cè)量通常不能得到準(zhǔn)確的時(shí)間，所以NTP時(shí)間同步需要獲取多個(gè)服務(wù)器上的多個(gè)信息。

為了提高時(shí)間服務(wù)器的穩(wěn)健性，NTP協(xié)議還提供了另外一種操作模式——對(duì)稱模式。運(yùn)行在對(duì)稱模式的主機(jī)既可以同步對(duì)等方，又可以被對(duì)等方同步。這樣，即使是高層的時(shí)間服務(wù)器出現(xiàn)故障，或與該服務(wù)器的通信中斷時(shí)，底層的主機(jī)之間也可以相互同步起來。

第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)模型NTP系統(tǒng)采用層次式時(shí)間分布模型，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括主時(shí)間服務(wù)器、從時(shí)間服務(wù)器及客戶與節(jié)點(diǎn)間的傳輸路徑。

主時(shí)間服務(wù)器與高精度同步時(shí)鐘源直接連接

，提供準(zhǔn)確到100us或10us量級(jí)的同步到UTC的時(shí)間精度。從時(shí)間服務(wù)器經(jīng)由主服務(wù)器或其它從服務(wù)器獲得同步。在正常情況下，節(jié)點(diǎn)(包括從時(shí)間服務(wù)器及客戶)只用最可靠、最準(zhǔn)確的服務(wù)器及傳輸路徑來進(jìn)行同步，因此通常的同步路徑呈現(xiàn)為一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。

第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)模型NTP將傳輸路徑區(qū)分為工作同步路徑(ActiveSynchronizationPaths)與備份同步路徑(BackupSynchronizationPaths)。兩者都進(jìn)行時(shí)間消息包的傳輸，但節(jié)點(diǎn)只用工作同步路徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理。第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP的基本實(shí)現(xiàn)模型發(fā)送進(jìn)程收集數(shù)據(jù)庫信息，并把NTP消息發(fā)送到對(duì)端機(jī)。各消息含有在發(fā)送時(shí)刻的本地時(shí)間戳，加上接收到的時(shí)間截，以及其它用以確定分層和管理協(xié)同的必要信息消息。接收進(jìn)程負(fù)責(zé)接收NTP消息，及其它協(xié)議的消息，以及來自直接相連的時(shí)鐘的信息。采用過濾算法舍棄低劣的數(shù)據(jù)第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP的基本實(shí)現(xiàn)模型更新過程是在接收到消息的情況下啟動(dòng)。它處理來自各服務(wù)器的偏移數(shù)據(jù)，用時(shí)間選擇算法選擇最佳者。本地時(shí)鐘進(jìn)程是用來對(duì)更新過程產(chǎn)生的偏移數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。使用時(shí)鐘調(diào)節(jié)算法來調(diào)節(jié)本地時(shí)鐘的相位和頻率，通過本地時(shí)鐘的步進(jìn)改變或漸進(jìn)相位調(diào)節(jié)使得本地時(shí)鐘能夠向系統(tǒng)中的其它用戶提供穩(wěn)定的時(shí)間信息來源

NTP是一個(gè)跨越廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)的復(fù)雜的同步時(shí)間協(xié)議，它通?？色@得毫秒級(jí)的精度。簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)用于那些不需要完整NTP實(shí)現(xiàn)的主機(jī)，它是NTP的一個(gè)子集。通常讓局域網(wǎng)上的若干臺(tái)主機(jī)通過因特網(wǎng)與其它NTP主機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，接著再向局域網(wǎng)內(nèi)其他客戶端提供時(shí)間同步服務(wù)。

第五十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三NTP的體系結(jié)構(gòu)

為了獲得時(shí)間服務(wù)的最大可靠性和準(zhǔn)確性，客戶機(jī)通常要配置多個(gè)服務(wù)器以提供冗余，即要通過多條同步路徑來同步于根部的初級(jí)時(shí)間服務(wù)器。由時(shí)鐘濾波器算法從中選出最好的抽樣值作為相對(duì)于該服務(wù)器的偏移量。經(jīng)時(shí)鐘選擇算法，檢測(cè)并丟棄時(shí)間誤差較大的服務(wù)器，可能會(huì)有多個(gè)符合要求的服務(wù)器。時(shí)鐘合成算法以同步距離為權(quán)值，將這些符合要求的服務(wù)器的偏移量進(jìn)行極大似然平均，生成本地時(shí)鐘最終的相