一种高精度网络时间统一装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及网络中各仿真实体时空一致的技术领域，尤其设及一种高精度网络时 间统一装置及方法，本发明主要应用于时间统一精度要求较高的计算机网络应用系统中， 特别适用于为部署在多个地点的大型计算机网络仿真系统的众多仿真席位提供高度统一 的自然时间与仿真时间，该仿真时间用于表征仿真系统虚拟时空中的时间，还适用于其它 需要对多个网络用户同时进行精确授时的系统。
【背景技术】
[0002] 大型的计算机网络仿真系统内仿真席位数量庞大，且往往需要根据任务需要，将 仿真系统分为若干个子系统，灵活部署在不同的地点，为了仿真的安全需要，仿真系统各子 系统一般需要与Internet等公共网络物理隔离。在计算机网络仿真系统内，为了保证虚拟 世界中各仿真实体的时空一致，必须为运行在不同仿真计算机上的众多仿真用户提供全局 高度统一的时间信息，对时间统一精度的要求往往达到毫秒级。
[0003] 目前大部分网络授时设备都是采用NTP(化tworkTimeProtocol)协议或SNTP 协议(简化NTP)，由于Windows操作系统本身的非实时性等因素的影响，其时间统一精度一 般为15~100ms，NTP协议只有在UNIX等高实时性操作系统下才有可能实现毫秒级的时间同 步精度，而诸如计算机网络仿真系统等大部分使用的是Windows操作系统。
[0004] 还有一些领域如航天测控领域，使用时统站+用户群的时间统一模式，运种时间 统一模式是在时统站和用户接口终端设备之间布设专用时统线，时统站接收授时台的标准 时间信号、北斗或GI^时间信号，校准本地频率标准，并向用户接口终端设备提供标准的时 间码信号。其时间统一精度虽然很高，但因为使用了大量的专用线缆和终端硬件设备，造成 硬件成本昂贵，使用维护复杂，不适合计算机网络仿真系统等大规模用户的使用。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度网络时间统一装置及方法，实现 了基于Windows操作系统的计算机网络仿真系统内各仿真用户自然时间与仿真时间的高 度统一。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 一种高精度网络时间统一装置，包括：时间服务器、客户机，所述时间服务器通过网络 与客户机相连，所述时间服务器由PC服务器通过PCI接口与PCI时统解调卡相连构成，所 述PCI时统解调卡设置的射频输入端通过信号线与GPS/抓双模天线相连，所述PCI时统解 调卡设置的数据输入端通过信号线与IRIG-B时码信号源相连。
[0007]-种高精度网络时间统一装置，所述PCI时统解调卡由时码解调单元与高精度守 时单元相连组成，时码解调单元的输入端设置有射频信号接口和数字信号接口，所述射频 信号接口通过信号线与GPS/抓双模天线相连，所述数字信号接口通过信号线与IRIG-B的 时钟线相连；时码解调单元的输出端设置有状态数据接口，时码解调单元的控制端设置有 接收控制信号接口；所述高精度守时单元设置有标准时间输出接口。
[0008] -种高精度网络时间统一的装置，所述时码解调单元由IRIG-B码信号解调模 块与GI^接收机、北斗接收机组成，IRIG-B码信号解调模块的差分信号端通过信号线 与IRIG-B直流差分输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的交流信号端通过信号线与 IRIG-B码交流输入接口相连；IRIG-B码信号解调模块的输出端通过信号线与高精度守时 单元相连；GI^接收机、北斗接收机的输入端分别通过射频线与GI^时钟天线、北斗时钟天 线的接口相连，GI^接收机、北斗接收机的输出端通过信号线与高精度守时单元相连。
[0009] -种高精度网络时间统一装置，所述高精度守时单元忍片为FPGA;所述GPS/抓 时钟的双模天线由GPS时钟天线、北斗时钟天线组成；所述IRIG-B的时钟线包括JRIG-B (DC)时钟线、IRIG-B(AC)时钟线。
[0010] 一种高精度网络时间统一装置，所述客户机为时间统一客户端，时间统一客户端 由客户校时服务模块、用户时间接口模块和时钟模块组成。
[0011] 一种高精度网络时间统一方法，通过时间服务器的PC服务器监控PCI时统解调卡 工作情况，控制PCI时统解调卡提供时间服务，时间统一客户端的客户机客户校时服务模 块周期性的通过网络与时间服务器校时，接收用户的仿真控制信息，向用户提供当前自然 时间和仿真时间服务，其步骤如下： 1) 部署于各地点的计算机子网络中各配置1台时间服务器，将每个子网内各仿真席位 客户机的时间统一到时间服务器选定的时间源上；即各子网时间服务器通过选择相同的时 间源，实现网间的时间统一，进而实现仿真系统内所有仿真用户的时间统一，为大型仿真系 统中数量众多的仿真用户，提供全局一致的自然时间和仿真时间，在Windows操作系统下 的时间一致性精度达Ims; 2) 、时间服务器的通过PCI总线获取所需工作电源，工作的时间服务器提供的时间信 息分辨率为0. 1ms，PCI时统解调卡与UTC时间的同步误差不大于IOus; (1 )PCI时统解调卡外接GPS/北斗双模天线或通过B码接口接收B码时统站的时间码， 并解调GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号，提供时间源的选择接口，并且 能够分别选择GPS、北斗和IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的四种模式； 当外部时码信息均不能用的情况下，选择使用PCI时统解调卡本身的时钟信息，PCI时 统解调卡本身的时钟信息在外部时码信息能用时自动调校，或人工通过时间服务器的界面 调校；通过接口API提供实时的当前时间信息服务； (2)通过PC服务器主模块进行实时主动的提取PCI时统解调卡时间，将其转化为本 时区信息，为时间统一客户端提供对时服务，且能监视各客户端对时情况及GPS、北斗和 IRIG-B.DC、IRIG-B.AC的4种时码信号是否能用的信息； 3) 时间统一客户端的客户校时服务模块通过API接口，为用户的仿真应用或应用进程 提供全局一致的自然时间和仿真时间，时间统一精度均优于Ims;网络用户通过API接口即 能够获取全局一致的仿真时间和自然时间；并且支持多个仿真应用的同时运行； 时间统一客户端的时钟模块使用PC机自身的计数器作为频率标准，时钟模块向时统 客户端的客户校时服务模块提供校准时间和修正计数器频率误差接口，向时统客户端的用 户接口模块提供设置仿真起始时间和仿真倍速接口； 时统客户端的客户校时服务模块通过测量对时过程延时来控制对时误差，对时过程延 时的测量方法是：发送对时请求时，记下时钟模块计数器计数值，收到时间服务器回复信息 时，再次记下时钟模块计数器计数值，两者之差与计数器频率的比值既是对时过程延时； (1)时统客户端的客户校时服务模块负责与时间服务器进行时间校对，及用于获取时 间服务器IP地址及端口号，还能指定对时所用本机IP和端口，并调校时钟模块； 调校时钟模块包括时钟模块的时间校准和频率校准，时统客户端的客户校时服务模块 通过网络与时间服务器进行周期性校时，校时周期默认为30分钟，并具有设置功能； 时统客户端的客户校时服务模块进行网络对时时，使用对时误差控制方法：当对时过 程延时超过10ms的情况下，则放弃本次对时，间隔2秒后重新发送对时请求，直至对时成 功，对时成功后将时间服务器发送的当前时间加上对时过程延时的一半，作为收到时间服 务器回复时刻的全局统一时间； 采用的测频算法是通过周期性的测量时钟模块计数器频率，用于提高时钟模块的守时 精度； (2 )通过时统客户端的用户接口模块提取时钟模块时间，向用户提供全局一致的自然 时间； (3)时统客户端的用户接口模块接收仿真开始时间及仿真时钟步进比例后，向用户提 供全局一致的仿真时间，仿真倍速为1时，仿真时间与自然时间推进同步，仿真倍速小于1 时为慢放，仿真时钟推进速率小于自然时间，仿真倍速大于1时为快放，仿真时钟推进速率 大于自然时间。
[0012] 一种高精度网络时间统一方法，所述的PC服务器为时间服务器的监控模块，是对 时统解调卡工作情况进行监视控制，对客户端校时情况进行监视，具体监控工作主流程步 骤如下： 1) 对时统解调卡初始化， 2) 检查GI^时码信号状态、北斗时码信号状态、IRIG-B.DC时码信号状态、IRIG-B.AC 时码信号状态； 3) 显示4种时码信号的状态； 4) 选择时码信号源； 5) 控制PCI时统解调卡，选择时码信号； 6) 监视PCI时统解调卡解码工作情况； 7) 监视客户端时间校准工作情况，并显示客户端地址、席位名、首次校准时间、最近校 准时间信息； 8) 判断是否结束，当时间校准完毕，结束；否则返回第5步骤监视PCI时统解调卡解码 工作，继续校准； 并提供人工选择4种时码信号中的一种，作为PCI时统解调卡的授时服务时间标准，在 4种时码信号皆不能用的情况下，先对时统解调卡进行初始化设置，控制时统解调卡W本地 时钟的模式提供时间； 一种高精度网络时间统一方法，所述时间服务器的PCI时统解调卡为授时模块，是一 个独立的线程，优先级为最高级，授时服务模块的具