一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及網(wǎng)絡(luò)中各仿真實(shí)體時(shí)空一致的技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí) 間統(tǒng)一裝置及方法，本發(fā)明主要應(yīng)用于時(shí)間統(tǒng)一精度要求較高的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)中， 特別適用于為部署在多個(gè)地點(diǎn)的大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)的眾多仿真席位提供高度統(tǒng)一 的自然時(shí)間與仿真時(shí)間，該仿真時(shí)間用于表征仿真系統(tǒng)虛擬時(shí)空中的時(shí)間，還適用于其它 需要對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶同時(shí)進(jìn)行精確授時(shí)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)內(nèi)仿真席位數(shù)量龐大，且往往需要根據(jù)任務(wù)需要，將 仿真系統(tǒng)分為若干個(gè)子系統(tǒng)，靈活部署在不同的地點(diǎn)，為了仿真的安全需要，仿真系統(tǒng)各子 系統(tǒng)一般需要與Internet等公共網(wǎng)絡(luò)物理隔離。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)內(nèi)，為了保證虛擬 世界中各仿真實(shí)體的時(shí)空一致，必須為運(yùn)行在不同仿真計(jì)算機(jī)上的眾多仿真用戶提供全局 高度統(tǒng)一的時(shí)間信息，對(duì)時(shí)間統(tǒng)一精度的要求往往達(dá)到毫秒級(jí)。
[0003] 目前大部分網(wǎng)絡(luò)授時(shí)設(shè)備都是采用NTP(化tworkTimeProtocol)協(xié)議或SNTP 協(xié)議(簡化NTP)，由于Windows操作系統(tǒng)本身的非實(shí)時(shí)性等因素的影響，其時(shí)間統(tǒng)一精度一 般為15~100ms，NTP協(xié)議只有在UNIX等高實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)下才有可能實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的時(shí)間同 步精度，而諸如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)等大部分使用的是Windows操作系統(tǒng)。
[0004] 還有一些領(lǐng)域如航天測(cè)控領(lǐng)域，使用時(shí)統(tǒng)站+用戶群的時(shí)間統(tǒng)一模式，運(yùn)種時(shí)間 統(tǒng)一模式是在時(shí)統(tǒng)站和用戶接口終端設(shè)備之間布設(shè)專用時(shí)統(tǒng)線，時(shí)統(tǒng)站接收授時(shí)臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)間信號(hào)、北斗或GI^時(shí)間信號(hào)，校準(zhǔn)本地頻率標(biāo)準(zhǔn)，并向用戶接口終端設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí) 間碼信號(hào)。其時(shí)間統(tǒng)一精度雖然很高，但因?yàn)槭褂昧舜罅康膶Ｓ镁€纜和終端硬件設(shè)備，造成 硬件成本昂貴，使用維護(hù)復(fù)雜，不適合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)等大規(guī)模用戶的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置及方法，實(shí)現(xiàn) 了基于Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)內(nèi)各仿真用戶自然時(shí)間與仿真時(shí)間的高 度統(tǒng)一。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置，包括：時(shí)間服務(wù)器、客戶機(jī)，所述時(shí)間服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò) 與客戶機(jī)相連，所述時(shí)間服務(wù)器由PC服務(wù)器通過PCI接口與PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡相連構(gòu)成，所 述PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡設(shè)置的射頻輸入端通過信號(hào)線與GPS/抓雙模天線相連，所述PCI時(shí)統(tǒng)解 調(diào)卡設(shè)置的數(shù)據(jù)輸入端通過信號(hào)線與IRIG-B時(shí)碼信號(hào)源相連。
[0007]-種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置，所述PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡由時(shí)碼解調(diào)單元與高精度守 時(shí)單元相連組成，時(shí)碼解調(diào)單元的輸入端設(shè)置有射頻信號(hào)接口和數(shù)字信號(hào)接口，所述射頻 信號(hào)接口通過信號(hào)線與GPS/抓雙模天線相連，所述數(shù)字信號(hào)接口通過信號(hào)線與IRIG-B的 時(shí)鐘線相連；時(shí)碼解調(diào)單元的輸出端設(shè)置有狀態(tài)數(shù)據(jù)接口，時(shí)碼解調(diào)單元的控制端設(shè)置有 接收控制信號(hào)接口；所述高精度守時(shí)單元設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間輸出接口。
[0008] -種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一的裝置，所述時(shí)碼解調(diào)單元由IRIG-B碼信號(hào)解調(diào)模 塊與GI^接收機(jī)、北斗接收機(jī)組成，IRIG-B碼信號(hào)解調(diào)模塊的差分信號(hào)端通過信號(hào)線 與IRIG-B直流差分輸入接口相連；IRIG-B碼信號(hào)解調(diào)模塊的交流信號(hào)端通過信號(hào)線與 IRIG-B碼交流輸入接口相連；IRIG-B碼信號(hào)解調(diào)模塊的輸出端通過信號(hào)線與高精度守時(shí) 單元相連；GI^接收機(jī)、北斗接收機(jī)的輸入端分別通過射頻線與GI^時(shí)鐘天線、北斗時(shí)鐘天 線的接口相連，GI^接收機(jī)、北斗接收機(jī)的輸出端通過信號(hào)線與高精度守時(shí)單元相連。
[0009] -種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置，所述高精度守時(shí)單元忍片為FPGA;所述GPS/抓 時(shí)鐘的雙模天線由GPS時(shí)鐘天線、北斗時(shí)鐘天線組成；所述IRIG-B的時(shí)鐘線包括JRIG-B (DC)時(shí)鐘線、IRIG-B(AC)時(shí)鐘線。
[0010] 一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一裝置，所述客戶機(jī)為時(shí)間統(tǒng)一客戶端，時(shí)間統(tǒng)一客戶端 由客戶校時(shí)服務(wù)模塊、用戶時(shí)間接口模塊和時(shí)鐘模塊組成。
[0011] 一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一方法，通過時(shí)間服務(wù)器的PC服務(wù)器監(jiān)控PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡 工作情況，控制PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡提供時(shí)間服務(wù)，時(shí)間統(tǒng)一客戶端的客戶機(jī)客戶校時(shí)服務(wù)模 塊周期性的通過網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間服務(wù)器校時(shí)，接收用戶的仿真控制信息，向用戶提供當(dāng)前自然 時(shí)間和仿真時(shí)間服務(wù)，其步驟如下： 1) 部署于各地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)子網(wǎng)絡(luò)中各配置1臺(tái)時(shí)間服務(wù)器，將每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)各仿真席位 客戶機(jī)的時(shí)間統(tǒng)一到時(shí)間服務(wù)器選定的時(shí)間源上；即各子網(wǎng)時(shí)間服務(wù)器通過選擇相同的時(shí) 間源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的時(shí)間統(tǒng)一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)內(nèi)所有仿真用戶的時(shí)間統(tǒng)一，為大型仿真系 統(tǒng)中數(shù)量眾多的仿真用戶，提供全局一致的自然時(shí)間和仿真時(shí)間，在Windows操作系統(tǒng)下 的時(shí)間一致性精度達(dá)Ims; 2) 、時(shí)間服務(wù)器的通過PCI總線獲取所需工作電源，工作的時(shí)間服務(wù)器提供的時(shí)間信 息分辨率為0. 1ms，PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡與UTC時(shí)間的同步誤差不大于IOus; (1 )PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡外接GPS/北斗雙模天線或通過B碼接口接收B碼時(shí)統(tǒng)站的時(shí)間碼， 并解調(diào)GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4種時(shí)碼信號(hào)，提供時(shí)間源的選擇接口，并且 能夠分別選擇GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四種模式； 當(dāng)外部時(shí)碼信息均不能用的情況下，選擇使用PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡本身的時(shí)鐘信息，PCI時(shí) 統(tǒng)解調(diào)卡本身的時(shí)鐘信息在外部時(shí)碼信息能用時(shí)自動(dòng)調(diào)校，或人工通過時(shí)間服務(wù)器的界面 調(diào)校；通過接口API提供實(shí)時(shí)的當(dāng)前時(shí)間信息服務(wù)； (2)通過PC服務(wù)器主模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)主動(dòng)的提取PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡時(shí)間，將其轉(zhuǎn)化為本 時(shí)區(qū)信息，為時(shí)間統(tǒng)一客戶端提供對(duì)時(shí)服務(wù)，且能監(jiān)視各客戶端對(duì)時(shí)情況及GPS、北斗和 IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4種時(shí)碼信號(hào)是否能用的信息； 3) 時(shí)間統(tǒng)一客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊通過API接口，為用戶的仿真應(yīng)用或應(yīng)用進(jìn)程 提供全局一致的自然時(shí)間和仿真時(shí)間，時(shí)間統(tǒng)一精度均優(yōu)于Ims;網(wǎng)絡(luò)用戶通過API接口即 能夠獲取全局一致的仿真時(shí)間和自然時(shí)間；并且支持多個(gè)仿真應(yīng)用的同時(shí)運(yùn)行； 時(shí)間統(tǒng)一客戶端的時(shí)鐘模塊使用PC機(jī)自身的計(jì)數(shù)器作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)鐘模塊向時(shí)統(tǒng) 客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊提供校準(zhǔn)時(shí)間和修正計(jì)數(shù)器頻率誤差接口，向時(shí)統(tǒng)客戶端的用 戶接口模塊提供設(shè)置仿真起始時(shí)間和仿真倍速接口； 時(shí)統(tǒng)客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊通過測(cè)量對(duì)時(shí)過程延時(shí)來控制對(duì)時(shí)誤差，對(duì)時(shí)過程延 時(shí)的測(cè)量方法是：發(fā)送對(duì)時(shí)請(qǐng)求時(shí)，記下時(shí)鐘模塊計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值，收到時(shí)間服務(wù)器回復(fù)信息 時(shí)，再次記下時(shí)鐘模塊計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值，兩者之差與計(jì)數(shù)器頻率的比值既是對(duì)時(shí)過程延時(shí)； (1)時(shí)統(tǒng)客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)與時(shí)間服務(wù)器進(jìn)行時(shí)間校對(duì)，及用于獲取時(shí) 間服務(wù)器IP地址及端口號(hào)，還能指定對(duì)時(shí)所用本機(jī)IP和端口，并調(diào)校時(shí)鐘模塊； 調(diào)校時(shí)鐘模塊包括時(shí)鐘模塊的時(shí)間校準(zhǔn)和頻率校準(zhǔn)，時(shí)統(tǒng)客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊 通過網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間服務(wù)器進(jìn)行周期性校時(shí)，校時(shí)周期默認(rèn)為30分鐘，并具有設(shè)置功能； 時(shí)統(tǒng)客戶端的客戶校時(shí)服務(wù)模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)時(shí)，使用對(duì)時(shí)誤差控制方法：當(dāng)對(duì)時(shí)過 程延時(shí)超過10ms的情況下，則放棄本次對(duì)時(shí)，間隔2秒后重新發(fā)送對(duì)時(shí)請(qǐng)求，直至對(duì)時(shí)成 功，對(duì)時(shí)成功后將時(shí)間服務(wù)器發(fā)送的當(dāng)前時(shí)間加上對(duì)時(shí)過程延時(shí)的一半，作為收到時(shí)間服 務(wù)器回復(fù)時(shí)刻的全局統(tǒng)一時(shí)間； 采用的測(cè)頻算法是通過周期性的測(cè)量時(shí)鐘模塊計(jì)數(shù)器頻率，用于提高時(shí)鐘模塊的守時(shí) 精度； (2 )通過時(shí)統(tǒng)客戶端的用戶接口模塊提取時(shí)鐘模塊時(shí)間，向用戶提供全局一致的自然 時(shí)間； (3)時(shí)統(tǒng)客戶端的用戶接口模塊接收仿真開始時(shí)間及仿真時(shí)鐘步進(jìn)比例后，向用戶提 供全局一致的仿真時(shí)間，仿真倍速為1時(shí)，仿真時(shí)間與自然時(shí)間推進(jìn)同步，仿真倍速小于1 時(shí)為慢放，仿真時(shí)鐘推進(jìn)速率小于自然時(shí)間，仿真倍速大于1時(shí)為快放，仿真時(shí)鐘推進(jìn)速率 大于自然時(shí)間。
[0012] 一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一方法，所述的PC服務(wù)器為時(shí)間服務(wù)器的監(jiān)控模塊，是對(duì) 時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡工作情況進(jìn)行監(jiān)視控制，對(duì)客戶端校時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)視，具體監(jiān)控工作主流程步 驟如下： 1) 對(duì)時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡初始化， 2) 檢查GI^時(shí)碼信號(hào)狀態(tài)、北斗時(shí)碼信號(hào)狀態(tài)、IRIG-B.DC時(shí)碼信號(hào)狀態(tài)、IRIG-B.AC 時(shí)碼信號(hào)狀態(tài)； 3) 顯示4種時(shí)碼信號(hào)的狀態(tài)； 4) 選擇時(shí)碼信號(hào)源； 5) 控制PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡，選擇時(shí)碼信號(hào)； 6) 監(jiān)視PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡解碼工作情況； 7) 監(jiān)視客戶端時(shí)間校準(zhǔn)工作情況，并顯示客戶端地址、席位名、首次校準(zhǔn)時(shí)間、最近校 準(zhǔn)時(shí)間信息； 8) 判斷是否結(jié)束，當(dāng)時(shí)間校準(zhǔn)完畢，結(jié)束；否則返回第5步驟監(jiān)視PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡解碼 工作，繼續(xù)校準(zhǔn)； 并提供人工選擇4種時(shí)碼信號(hào)中的一種，作為PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡的授時(shí)服務(wù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，在 4種時(shí)碼信號(hào)皆不能用的情況下，先對(duì)時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡進(jìn)行初始化設(shè)置，控制時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡W本地 時(shí)鐘的模式提供時(shí)間； 一種高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)間統(tǒng)一方法，所述時(shí)間服務(wù)器的PCI時(shí)統(tǒng)解調(diào)卡為授時(shí)模塊，是一 個(gè)獨(dú)立的線程，優(yōu)先級(jí)為最高級(jí)，授時(shí)服務(wù)模塊的具