GPS/北斗雙模時鐘同步裝置在北京市政務中心成功案例
2019年元旦起，位于六里橋的北京市政務服務中心正式綜合對外服務，政務服務中心實現了全部的聯網，且各個節點都具有實時的監控，同時與北京各區縣的服務中心同步聯網，使部分事項可以前往北京的各個區縣直接辦理。隨著北京市政務中心網絡的發展，信息系統對時間精度的要求越來越高，目前政府數據中心服務器、網絡設備等均與廣域網路由器同步時間，但作為標準gps時鐘同步裝置時間提供者的路由器本身時間精度不高，gps時鐘同步裝置時間偏差隨著運行時間的增加不斷擴大，導致與之進行時鐘同步的各類設備出現時間偏差，影響用戶體驗，對信息系統的運維、管理造成一定影響。
為了滿足信息系統時間和數據的一致性要求，保證系統正常運行,需搭建一套高精度的gps時鐘同步裝置系統，作為數據中心基準時鐘為其他設備授時。
gps時鐘同步裝置系統建設完成后，可以為北京市政務服務中心信息中心各類設備提供 NTP 服務，能夠有效解決數據中心各類設備時間精度低、偏差大的問題，實現高精度的時鐘同步，為企業各類信息系統提供安全、可靠、準確的授時服務。
目前市面上大部分時間系統都是基于 GPS授時系統，而 GPS衛星授時系統的所有者是美國軍方。針對這一問題，我國自主研發的北斗衛星導航授時系統可以保證在 GPS衛星信號中斷的情況下為本國所有需要精確授時的領域提供精確的時間參考。因此，在北京市政務服務中心時鐘系統的選擇中，我們建議采用 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置系統，可以保證我們對系統安全性能的要求。
二、GPS/北斗時鐘同步裝置的組網方案介紹
XBD221 GPS/北斗時鐘同步裝置組網方案
XBD221 GPS/北斗時鐘同步裝置局域網時間同步應用方案典型如上圖所示， GPS/北斗雙模時鐘同步裝置系統通過接收GPS/北斗二代衛星信號等時間源獲取準確時間，并實時校準服務器本地時間；當暫時失去時間源信號時， GPS/北斗雙模時鐘同步裝置系統能夠利用自身內置的高性能頻率基準源（恒溫晶振或銣原子鐘）繼續精確走時。 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置系統內置的時間同步服務進程按照標準NTP/SNTP協議，通過以太網絡，經由企業核心交換機或網關等設備，與局域網其他服務器終端、網絡顯示子鐘、辦公PC終端、網絡監控設備，以及遠程局域網終端設備等各類網絡設備進行時間同步，從而使整個局域網系統里所有網絡終端設備的時間保持精確一致。
XBD221 GPS/北斗時鐘同步裝置支持GPS/北斗/CDMA等多種時間源授時，支持恒溫晶振或銣原子鐘精確走時，支持TOD/1PPS時間信息或IRIG-B時間碼輸出，支持Console、SSH、Telnet等多種方式登錄和配置，支持NTP v1、v2、v3、v4、SNTP等多種網絡授時協議，支持多網卡Bonding和主備冗余配置、支持MD5安全協議和證書加密等多種安全方式，具備完整的日志記錄功能，具有配置簡單、運行穩定、免維護等特點?？蔀榇笮途钟蚓W系統的各類服務器終端、網絡設備、NTP子鐘、業務計算機、監控與通信設備等提供精確、安全、穩定、可靠的同步時鐘信號。作為性能最強的NTP網絡時間同步解決方案，廣泛應用于政府公安、電子商務、金融證券、移動通信、電力交通、工業互聯網、科研及國防等領域。
對于兩臺GPS北斗時間服務器組成熱備份應用，兩臺GPS北斗時間服務器通過芯跳檢測在線互為熱備，GPS北斗時間服務器1作為“主用”時間服務器，GPS北斗時間服務器2作為“備用”時間服務器。當“主用”時間服務器（GPS北斗時間服務器1）的GPS北斗北斗信號接收單元發生故障時，自動切換至“備用”時間服務器（GPS北斗時間服務器2）的GPS北斗北斗信號接收單元接收到的時間基準信號，從而保證系統的可靠性。當“常用”時間服務器（GPS北斗時間服務器1）的GPS北斗北斗信號接收單元恢復正常后，該GPS北斗時間服務器自動切換回正常工作狀態。
當GPS北斗時間服務器都接收不到兩路外部時間基準信號時，切換到內部守時，保持一定的走時準確度；當外部時間基準信號接收恢復時，自動切換回接收外部時間基準信號的工作狀態。
兩臺GPS北斗時間服務器的RJ45口分別接到交換機上，各分配一個IP地址，如GPS北斗時間服務器1的IP地址為IP1, GPS北斗時間服務器2的IP地址為IP2,則兩個IP地址就作為網內的標準時間服務器?？蛻舳丝墒褂貌僮飨到y自帶NTP服務，也可使用我公司提供的客戶端軟件（WINDOWS操作系統）。本軟件可輸入兩臺GPS北斗時間服務器的IP地址， IP1地址作為主地址，IP2地址作為備用地址，當客戶端因某些原因無法從主地址獲取時間信息時，則自動從備用地址獲取時間信息。
GPS/北斗時鐘同步裝置的網絡組成
大型局域網NTP時間同步系統一般包括一級時間服務器、二級時間服務器（可無）、需要時間同步的服務器、計算機終端和網絡設備，NTP時間服務器和各種需要時間同步的計算機和網絡終端設備通過以太網互連，使用TCP/IP或UDP通信協議，通過NTP或SNTP時間同步協議實現時間同步。NTP時間網絡的授時精度在局域網一般1毫秒至10毫秒；在廣域網一般為10毫秒至50毫秒。
時間溯源
XBD221網絡時間服務器（NTP）可以根據安裝環境和時間系統同步要求等因素，選擇GPS衛星時間系統、北斗衛星時間系統、GLONASS衛星時間系統等，也可以選擇CDMA時間系統或上級TOD信息、IRIG-B時間碼信息和PPS信號等時間源的一種或多種組合作為時間參考源，來滿足不同應用需求。
一級時間服務器
通過接收機從GPS、北斗、GLONASS衛星或其它時間系統獲取標準時間，使用服務器NTP軟件校準服務器系統時間后，為網絡中的其他計算機和網絡設備提供授時服務的計算機稱為一級時間服務器。一級時間服務器可選配時間保持部件，使其具有時間保持功能：在加裝高穩定度恒溫晶振后，時間可保持一天誤差不超過5毫秒；在加裝銣原子鐘情況下，時間可保持一年誤差不超過5毫秒，在系統初始階段，運用北斗時頻自主研發的馴服技術，使用GPS或北斗時間系統對晶振和原子鐘進行馴服后，保持精度可進一步提高，當使用銣原子鐘時，可達到一年誤差不超過1毫秒的保持精度。
二級時間服務器
通過網絡和一級時間服務器保持時間同步，校準本機時間，為網絡中的其他計算機和網絡設備提供授時服務的時間服務器稱為二級時間服務器。二級時間服務器一般具有時間保持功能，即選配高穩晶振或銣原子鐘。二級時間服務器在以下情況下，需要架設：
1）、網絡中的設備過多，超過一級時間服務器的授時容量時；如為互聯網提供時間同步服務時，就需要架設多臺一級和二級時間服務器，來分擔來自世界各地的時間同步請求。
2）、網絡中的一組設備相對獨立，為保障由于各種原因導致和一級時間服務器間的網絡斷開后，系統時間統一，不間斷運行。如銀行分總行和各個支行，總行架設一級時間服務器，支行架設二級時間服務器，支行的服務器和網絡設備和其支行內的二級時間服務器同步。在支行和總行間網絡連通時，支行二級時間服務器和總行一級時間服務器保持時間同步；在支行和總行間發生網絡斷開情況下，支行二級時間服務器使用自身的時間保持功能來保持時間的精度，來滿足支行的時間同步需求。
為實現政府局域網內所有網絡設備的精確時間同步和高可靠運行，本設計方案符合提出以下幾條設計原則：
一、 GPS/北斗時鐘同步裝置在軟硬件上協同保障網絡可靠、安全、穩定的應用環境；
二、 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置在軟硬件上具備很高響應速度與很強NTP請求負荷的能力；
三、 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置鎖定GPS北斗時間源后，服務器本地時間應具備很高的精度；
四、 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置應配置銣原子鐘，即使在衛星失鎖后，仍具備優異的時間保持性能；
五、 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置應具備主備在線熱備份功能，并能通過芯跳檢測進行自動切換；
六、 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置技術方案與部署應具備有效的防止時鐘欺詐能力。
五、六里橋北京政務服務中心局域網系統時鐘同步系統方案的需求特點：
1.1GPS/北斗雙模時鐘同步裝置雙機備份內置自動切換
兩臺GPS/北斗雙模時鐘同步裝置組成熱備份應用，兩臺GPS/北斗雙模時鐘同步裝置設備通過芯跳檢測在線互為熱備，GPS北斗時間服務器1作為“主用”時間服務器，GPS北斗時間服務器2作為“備用”時間服務器。當“主用”時間服務器（GPS北斗時間服務器1）的GPS北斗北斗信號接收單元發生故障時，自動切換至“備用”時間服務器（GPS北斗時間服務器2）的GPS北斗北斗信號接收單元接收到的時間基準信號，從而保證系統的可靠性。當“常用”時間服務器（GPS北斗時間服務器1）的GPS北斗北斗信號接收單元恢復正常后，該GPS北斗時間服務器自動切換回正常工作狀態。
2.2GPS/北斗雙模時鐘同步裝置內置銣鐘守時
當GPS北斗時間服務器都接收不到兩路外部時間基準信號時，切換到內部守時，保持一定的走時準確度；當外部時間基準信號接收恢復時，自動切換回接收外部時間基準信號的工作狀態。這樣就保證了整個企業局域網系統時間的穩定性和準確性。
2.3GPS/北斗雙模時鐘同步裝置硬件性能強勁
1) 標準的2U機箱結構
2) 采用工業級網絡安全服務器主板，板載CPU支持I3/I5/I7系列四核4.0GHz智能處理器，具備很強實時運算與響應能力；
3) 配置雙電源，以保持時間服務器不間斷長時間高可靠運行；
4) 支持6路千兆電口以太網（RJ45）和2路萬兆光纖以太網（SFP），支持一組Bypass功能，網絡性能優異，大流量數據實時流暢，時間同步穩定、高可靠；
5) 板載8G內存，128G固態盤（SSD），系統快速啟動能力、實時響應性能與數據存儲性能卓越；
6) 采用GPS/北斗雙系統授時模式，授時精度1μs以內；
7) GPS/北斗雙模時鐘同步裝置內置銣原子鐘守時，守時精度<=5ms/1年
8) NTP性能：40000次/秒；
9) 用戶容量：客戶/服務器模式可支持>80000臺客戶端，組播和廣播無限制。
10) 支持本地雙機備份功能；服務器支持Bonding功能，通過該功能輕松實現網卡冗余備份和負載均衡；提供心跳檢測功能，兩臺服務器輕松實現雙機互相熱備份；支持iptable包過濾配置功能；支持128位MD5安全加密協議和證書加密協議。
11) 面板顯示豐富直觀：液晶信息豐富，可顯示GPS、網絡、系統等狀態信息；通過LED狀態指示燈顯示服務器工作狀態。
12) 網管方式：支持串口Console、網口Web、Telnet、SSH遠程配置管理，支持SNMP網管功能；提供直觀簡潔的Windows客戶端同步軟件。
13) 防雷級別：C級
2.3接口兼容性強
接口兼容性強，包含當前所有主流授時接口?？蓴U展各類時頻信號輸出，可輸出10M、E1、1PPS、TOD、B碼等時間和頻率信號。
為保證XBD221設備的高性能運行，應謹慎選擇GPS北斗授時天線的安裝位置，并可靠連接。首先，授時天線應盡可能架設在當地開闊空曠地最高處并盡量與南部天空通視，避開樹林、樓層、鐵塔等建筑物對天線的遮擋，保證天線實現全視界觀測衛星（一般來說應確保天線周圍俯仰角θ>15°以上無遮擋物，如下圖示）。GPS天線周圍還應遠離高壓輸電線及強電場、磁場等干擾源。因此，建議您將授時天線固定放置在無屏蔽遮擋、無樓宇多徑反射、無相近頻段干擾（1.5G~1.7G）的開闊空曠天空下，以達到最精確的授時效果。雷雨易發地區，在安裝天饋線時還應采取避雷措施。
授時天線及其饋線的安裝和鋪設符合以下原則：
ü 天線應盡可能安裝在高處無遮擋的位置，保證豎直向上的視角大于120度的前提下，盡可能低于最高建筑物；
ü 天線應平行于水平面，固定安裝在基座上。
ü 天線高度必須低于避雷針，天線抱桿或饋線與避雷針抱桿的水平距離應大于0.5米，同時保證天線在避雷針45°角保護范圍內；
ü 天線的饋線應盡量短，饋線的走線應保持自然彎曲，嚴禁受力壓迫、彎折或走成直角；電纜線長度多出時應拉直或小心盤起，不應使用蠻力硬扯電纜饋線，以免導致電纜對信號衰減的增大；
ü 盡量避免天線的帶電插拔，以免電路受到損壞；
ü 天線大于100米時，應接接地卡及避雷器，以防雷擊；
ü 應對天線的連接處進行防水處理，一般采用防水膠及膠帶粘牢；
ü 多個天線盡可能安裝在不同地點，安裝于同一地點時，天線之間的水平間距應大于0.5米，垂直距離大于0.2米；
ü 天線安裝位置的周圍不能存在同頻段的大功率的微波發射臺，并且應該盡量避免其它頻段的大功率電磁輻射直接照射天線；
ü 天線應避免安裝到微波傳輸天線、高壓線及電視發射塔等的下方，以免受到移動天線的主瓣輻射；
ü 天線在塔上安裝時，距離地面高度不應超過5米。鐵塔上饋纜不接地，在鐵塔下的地排接地。在保證150度的朝上角度、一定的防盜高度前提下，鐵塔上安裝高度盡可能低，減少雷電感應。與射頻天饋不同，衛星天線天饋要直流饋電，鐵塔雷電瀉放時會抬高天線地電平。同時鐵塔的接地狀況不能保障。最好在鐵塔落地處接地一次，饋線在饋線窗外就近接地一次，中間地面饋線長度超過20m時，每隔20m接地一次。
天線安裝位置的選擇如下圖
1、安裝服務器：將網絡時間服務器安裝在溫濕度和通風狀況良好的機架或機柜中；
2、連接天饋線：將天饋線連接到服務器后面板“ANT”接口端；
3、網絡連接：用兩端都是RJ-45接頭的直通網線將服務器的網絡接口連接到交換機或集線器上；
4、連接CONSOLE線到控制電腦，打開SecureCRT.EXE控制臺終端軟件；
5、連接電源：建議將網絡時間服務器的電源連接在UPS穩壓電源上，保證服務器的正常工作；
6、打開后面板電源開關（X3）,按下前面板服務器開機按鈕，此時SecureCRT控制臺會顯示開機信息。
八、GPS/北斗雙模時鐘同步裝置的配置方式
XBD221 GPS/北斗雙模時鐘同步裝置可以采用以下三種方式對其進行配置。
1利用服務器console端口進行配置
將XBD221系列時間服務器設備的Console端口通過服務器附件Console連接線和控制計算機的串口連接。使用超級終端、SecureCRT等串口通信軟件，設置波特率115200，數據位8，無奇偶校驗，停止位1，無流控。
2利用Telnet進行配置
將設備的網絡端口通過網絡連接設備（交換機、路由器、集線器等）與計算機進行連接，或直接利用交叉網線與計算機進行連接。
輸入telnet xxx.xxx.xxx.xxx（為該網口的IP地址）后登錄到設備進行配置。
3利用SSH進行配置
由于telnet所傳輸的數據均為明文傳遞，因此具有一定的網絡安全隱患，因此可以通過使用SSH方式登錄到設備對設備進行管理，SSH方式登錄與telnet登錄很相似，不過其傳輸數據為加密數據，因此安全性較高。
將設備的網絡端口通過網絡連接設備（交換機、路由器、集線器等）與計算機進行連接，或直接利用交叉網線與計算機進行連接。
若配置計算機為Linux操作系統，則直接輸入ssh xxx.xxx.xxx.xxx（為該端口IP地址）即可登錄設備進行管理。
若配置計算機為Windows操作系統，則需要使用專用的客戶端軟件（比如putty.exe）進行配置，詳細情況可以查閱putty相關幫助文檔。
