通信網(wǎng)中的時間同步問題分析

1、問題的描述和分析

目前通信網(wǎng)中的各種設(shè)備之間的時間誤差非常大。通信網(wǎng)的計費(fèi)，運(yùn)營管理，事件記錄和故障判別需要統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)代通信網(wǎng)設(shè)備日益采用計算機(jī)平臺，日益IP化。采用軟交換技術(shù)，時間同步采用TCP/IP時間協(xié)議NTP協(xié)議成為趨勢。

通信網(wǎng)內(nèi)獲得時間同步，要按照不同精度要求和穩(wěn)定要求選擇時間源，選擇合適的時間傳輸技術(shù)和校準(zhǔn)方法。

2、時間源的選擇

現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)時間源是原子鐘。原子鐘是原子頻率的簡稱，是根據(jù)原子物理學(xué)和量子力學(xué)原理制造的高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的振蕩器。物理原理是原子躍遷頻率只取決于其內(nèi)部特征而與外界電磁場無關(guān)，可以利用量子躍遷實現(xiàn)頻率控制。

因為原子鐘振蕩頻率存在著系統(tǒng)的和隨機(jī)誤差，人們通常采用一組原子鐘，用統(tǒng)計方法構(gòu)成一個“平均原子鐘”，取得原子時。現(xiàn)在國際原子時由50多個原子鐘計算得到。

按照廣義相對論四維時空框架，世界各國的原子鐘按照規(guī)定的方法進(jìn)行相互比對，其數(shù)據(jù)再由專門的國際機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理，求出全世界統(tǒng)一的國際原子時（IAT）。UTC（Coordinated Universal Time協(xié)調(diào)世界時）是一個復(fù)合的時間標(biāo)度，由原子鐘驅(qū)動的時間標(biāo)度和地球旋轉(zhuǎn)速率為基準(zhǔn)的時間標(biāo)度組成。UTC時間可由國內(nèi)計量標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和全球?qū)Ш叫l(wèi)星得到。

銫原子鐘有很高的準(zhǔn)確度，穩(wěn)定度和均勻度，準(zhǔn)確度達(dá)到±3×10-15，長期穩(wěn)定度±2×10-15，因此成為現(xiàn)代最高標(biāo)準(zhǔn)時間源，銣原子鐘穩(wěn)定性不夠，但是成本低，GPS可校正銣原子鐘，二者配合使用。

我國電信系統(tǒng)采用的時間源有兩種，一個是國內(nèi)的原子時間源，在武漢和北京的銫原子鐘，一個是GPS。全球定位系統(tǒng)GPS是美國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)， GPS發(fā)送美國海軍天文臺的UTC（USTU），為全世界用戶提供時間服務(wù)，美國海軍天文臺的UTC由20多個銫原子鐘形成，這種時間源完全能夠達(dá)到電信網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備時間同步的精度要求。GPS時鐘與地面鐘不同，要考慮狹義相對論中的衛(wèi)星和接收機(jī)相對于地心慣性坐標(biāo)系移動的校正，和廣義相對論中衛(wèi)星和接收機(jī)引力周期變化的校正，以使用戶更準(zhǔn)確的得到時間。

3、授時技術(shù)的選擇

授時服務(wù)為國家計量機(jī)構(gòu)提供，為用戶提供3種信息：日期和時刻，精密的時間間隔，標(biāo)準(zhǔn)頻率。在我國可以主要得到下面授時信號。

（1）地面無線電波授時：國內(nèi)有BPM短波授時和BPL長波授時。都有精度高，覆蓋大的優(yōu)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1　地面無線電波授時