0Carrier-Class NTP --  高精度网络时间同步技术

1、为什么Carrier-Class NTP能够达到ns级的精度？
采用NTP技术实现高精度时间同步，必须首先解决时间延迟的问题。时间延迟通常由2部分构成，一部分来自于外部网络传输上的延迟，一部分来自于内部协议层编解码时标的过程中。NTP协议本身的计算就加入了网络传输延迟的因素，因此只要NTP从钟有优秀的同步计算能力，传输延时并不会对同步精度产生很大影响，此时内部协议层编解码时标的过程中产生的时间延迟是影响网络同步精度的主要因素。传统的NTP网络中，如果NTP从钟和NTP服务器之间间隔了多个stratum，由于在每个节点编解码时标时都产生时延，因此这个NTP从钟所获得的时间精度较差。
Carrier-Class NTP技术，首先从解决根本的来自于内部协议层编解码时标时产生的时间延迟入手。采用Carrier-Class NTP技术的设备，当数据在物理层编码完成后立即被打上时标，因此大大减小了传统NTP技术因在软件层打时标而导致的高延时。另一种亚微秒级高精度网络时间同步技术PTP技术也是采用了在硬件层打时标的方法大幅度提高了网络对时精度，因此，Carrier-Class NTP技术是一种采用了NTP协议，技术上趋近PTP的实现大型网络内高精度时间同步的技术。
此外，传统的NTP同步，是分层分级同步，如stratum-1，stratum-2，stratum-3等，客户端与服务器之间的层数越多，其精度也越差，因为每一级时钟在编解码时标时和传输时都会产生时延。而Carrier-Class NTP系统中通常只采用2层配置，极大的提高了客户端获得的时间精度（若是当设备全部处在stratum-1时，则能获得最高的精度）。在一个大型的网络中实施时间同步时，我们通常在几个关键的节点上配置NTP服务器，这样既达到了冗余配置的目的，又有效减少了服务器至客户端之间的传输节点，降低因节点多而造成的延迟。
目前采用Carrier-Class NTP技术的设备一般都采用了有较好信号处理能力的硬件设备，强大和高速的实时处理信号的能力也使同步精度进一步提高，同时也保证了能够给大型网络中大量的设备提供精确的时间基准。
因此，Carrier-Class NTP技术是一种基于传统NTP又超越传统NTP，同步精度能达到纳秒的网络时间同步技术。

2、有什么实际的测试可以验证？
我们在小型局域网内进行了测试，测试仪器采用了全球第一款纳秒级时间综合测量仪TimeACC，该设备可直接测试NTP信号精度，NTP测量分辨率优于50ns。此外，该设备还能直接测试直流B码，交流B码，1PPS,1PPM,1PPH，RS232,RS485，DCF77等各类时间信号的精度。被测试的时钟均为支持Carrier-Class NTP的时钟。
测试分三部分进行

   1)测量主时钟NTP输出精度，以验证主时钟的NTP输出性能。测试时，将主时钟的NTP输出直接接入测试设备TimeACC的以太网接口。
测试结构图如下所示：

测试结果如下图所示：（纵坐标单位：ns）
由图可以看出，该NTP服务器的输出稳定在±600ns之间。

   2) 测量主时钟NTP信号经过小型局域网接入从钟后，由从钟输出的1PPS精度。观察经过小型局域网传输后，从钟的跟踪性能。测试时，将主时钟的NTP输出接入小型局域网，信号经过局域网内的传输后，接入TimeACC。
测试结构图如下：

测试结果如下图所示：（纵坐标单位：ns）                   由图可见NTP信号经过节点不是很多的局域网传输后，从钟跟踪NTP信号仍能达到很高的精度，并且由于主钟本身具有极好的NTP输出稳定度，再结合从钟的同步算法，从钟的1PPS输出精度能稳定在-100ns与-400ns之间。

   3) 测试NTP信号经过交换机和协议转换器及SDH网络的传输后，从钟跟踪NTP信号的输出精度。以观察采用Carrier-Class NTP技术后的NTP网络时间同步能达到的效果。测试时，将主时钟的NTP输出接入交换机，信号经过交换机、协议转换器、SDH网络的传输后接入NTP从时钟，再使用TimeACC测试由从钟输出的1PPS信号。

测试结构图如下所示：

测试数据如下图所示：（纵坐标单位：ns）
由上图可见，NTP信号经过长距离的网络传输后，NTP从钟仍能达到较高的同步精度，并且稳定度较好。

由上述几个测试可以看出，要获得高精度网络时间同步，有以下几个关键点：
  1、要采用先进的网络时间同步技术——Carrier-Class NTP技术
  2、要有高精度且输出稳定的NTP服务器提供高质量的时间基准源
  3、NTP从钟要有较好的同步跟踪能力
  4、采用性能较好的网络传输设备

3、有哪些潜在的硬件NTP客户？
传统的NTP技术实现了互联网上数百微秒级或ms级的时间同步。而Carrier-Class NTP，通过以太网传输ns级时钟，为高速率的NGN(下一代网络)的到来做好了准备。NGN是基于分组的网络，它通过使用灵活带宽且具有QoS保证的传送技术，能够提供包括电信业务在内的各种业务。NGN的速率更高，容量也更大，这必然对时间同步的精度提出更高的要求，Carrier-Class NTP技术ns级精度为时间同步提供了可靠保证。

Carrier-Class NTP在下一代互联网的应用：现有的IP网络主要是承载一些非实时的数据业务，对同步不是很敏感，通常只在提供实时业务(例如VoIP，但无法保证QoS)或提供POS接口时，才考虑接入同步运行。在下一代互联网将要提供电信级质量的话音、视频等实时业务和其它多种业务甚至全业务的情况下，同步问题的重要性会凸现出来。 以流媒体业务中的RTSP(Real-Time Streaming Protocol)为例，它是为流媒体实现多点传送和以点播方式单一传送提供健壮的协议。RTSP采用了时间戳方法，即在每个媒体的数据流单元中加进统一的时间戳。在发送时，将各个媒体都按时间顺序分成单元，在同一个时间轴上，给每个单元都打上一个时间戳，处于同一时标的各个媒体单元具有相同的时间戳。在各个媒体到达终端后，让具有相同时间戳的媒体单元同时进行表现，这样就得到了媒体之间同步的效果，从而保证了流媒体业务的QoS。换言之，这需要下一代互联网实现全网的时间同步。NTP技术基于TCP/IP协议，在互联网上传送时间信号，具有其独特的优势。

在IP网中为了对路由选择进行监视或控制，数据包每经过一个路由器都会打上该路由器的当前时间，通过分析这些时间戳，就可以计算出各段路径所引入的时延。因此，保证各个路由器的时间同步对于分析各段路由的流量，顺利完成路由选择是十分重要的。虽然，在IP网中已经设置了大量的NTP服务器，但其应用范围通常局限在较小的范围内，而且精度及服务质量良莠不齐，最重要的是缺乏面向全程全网的考虑与规划。因此，下一代互联网需要有更高精度的时间同步网与频率同步网的全面支撑，才能确保所提供的各种业务的QoS。在网络中使用基于Carrier-Class NTP的时间服务器可为数据网中诸如路由器、交换机提供高精度的基准时间。

移动网络也在逐步与NGN融合和向NGN演进，就移动网络而言，其发展方向是分组化、智能化和宽带化的第三代通信网络(3G)。从更广泛的意义上来说，3G网络也是NGN的一个组成部分，3G网络现有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三种制式，这些网络均需要频率同步，而对时间同步的要求则是不同的。在cdma2000和TD-SCDMA系统中，基站系统之间需要高精度的时间同步(优于10μs)，WCDMA系统自身在正常工作时不需要时间同步，但当提供某些特殊业务，例如基于基站的高精度位置定位服务时，则需要各基站设备间的时间同步，而且是高精度(μs量级)的时间同步。目前的移动网络基站多数都有以太网的接入，可以方便地采用Carrier-Class NTP为其提供高精度的时间信号。
NGN网络的出现，极大地丰富了业务的类型。在这些业务中，有些业务对时间同步或频率同步有相当高的要求，比如位置定位、高速数据、实时图像、电子商务等。位置定位服务是由移动网络提供的，位置定位的精度直接与各移动基站时间同步的精度相关。一般来说，若各基站之间时间同步的误差在1μs，则位置定位的精度大约在百米左右。安全保证是实现电子商务的基础，其中一个有效的解决方法是采用“时间戳”。这就需要网络上所有节点都实现时间同步。另外，在各种政务和商务文件中，时间也是十分重要的信息。譬如，在电子文件中，可以通过数字时间戳服务(DTS：Digital Time-stamp Service)对文件进行安全保护。
此外，采用Carrier-Class NTP时钟，通过SDH传输，可以实现精度在1μs的时间同步组网，这非常适合于电力系统组建时间同步网。