2023年11月30日发(作者：)
60
《
计量与测试技术
》期
2401
年第卷第
46
4
基于
NTP
的网络时间服务器校准方法探讨
张宇付欣艳王菊凤韩锋黄徐瑞晗
（
贵州省计量测试院
，
贵州贵阳
550003
）
摘
要:
为了解决基于
NTP
的网络时间服务器校准问题
，
对其展开校准项目和校准方法的探讨,给出了
NTP
同步偏差定时准确度和定时稳定
、
度等校准项目并结合实验详细阐述了两种
NTP10.
同步偏差的校准方法同步偏差为
，）
实验结果表明
，
采用直接测量法的NTP不确定度为
25
屮
62.;
159.
4
w
t
（—2NTP）
k
采用比较法的
）
同步偏差为=2
75阴,不确定度为6.）
彳
-^
。
关键词:
NTP
；
网络时间服务器;校准方法
中图分类号:
TB939
文献标识码:
A国家标准学科分类代码
：
460.
4099
DOI
：
17.15988/j.cadi.
1974
-0946.2026.2.026
DiscussionNTP
on
CalibationNetwork
Method
of
Time
Server
Based
on
ZHANG HUANG
Yu
FU
Xioyao
WANG
Jufeug
HAN
Feug
Xuruidao
AbstracC
:items
Tooftime
solvetheand
caliPrationoncaliPration
prodlem
netuord
seper
based
NTP
,
the
methods
werediscussed.stability
Thecalibrationofand
items
NTP
synchynizOiontimingtimingv-
deviation,—
accuracy
are
a.
Two
caliPrationNTP
methods show
ofsypcUpnizationThe
deviationexpeUmental
are
descrided
in
dhUP
results
thatof
thethe
NTP
sypcUpnizaUon19.
deviationmeasurement
directmethodunceUainty
isis
25
and62.
|
jls
09|JLS
(k
— compaUson
2139.77
)was
ThesypcUpnizationofwas
Ideviationthe
NTP
methodunceUainty
6.
js
and
39ms
(k
— I
2
）
Keywoae
:
NTP
;;
netuord
time
seper
caliPration
method
0
引言
服务器校准
,
使其提供的网络时间服务有效溯源至
原子时标国家计量基准
UTC
（
NIM
）
，
保障各领域用
随着互联网
、
5G
移动通信
，
大数据等技术的发
展
，医疗卫生
在数字签名
、公共交通、、
、
金融贸易和移
时准确
安全和可靠具有重要意义
，
同时满足社会对
网络时间服务的需求
。
6
网络时间同步工作原理
动通信等领域
,
都离不开准确的
、
具有可溯源性的网
络时间服务
,。
应用场景众多
、
服务需求规模庞大
目前我国广泛使用的智能终端
、
电子设备的时
间,大部分是基于网络时间协议
（
Network
Time
Pro
tocol
,
NTP
）
从网络时间服务器
（
NTP
服务器
）
上获
得网络时间
，而网络时间服务器时间大部分主要依
赖于全球定位系统
（
Gbdal
Positioning
System
,
GPS
）
信号
,
无法保证其提供的网络时间服务具有溯源性
，
换言之
，
网络上的
NTP
服务器自身时间是否准确无
法证明
，签
不具有溯源性
，
用时间记录的文件
、
罚单
、
图
6
NTP
时间同步原理图
名等存在法律漏洞和安全隐患
。
因此开展网络时间
基金项目
：
贵州省科技计划号
（
黔科合支撑
［］
2419
288
］
）
作者简介
：
张宇工程师
，
硕士
，
。
张宇等基于
：
NTP
的网络时间服务器校准方法探讨
NTP
服务器采用
NTP
协议与用时终端(客户
端)进行交互
，
将
NTP
服务器的时间传递至客户端
，
NTP
时间同步原理如图
°
所示
。
客户端于
N
时刻发送同步请求
，
服务器于丁
2
时
刻接收都该请求,并于爲时刻将包含丁
2
和笃时刻信
息的应答消息返回给客户端
，
客户端于笃时刻收到
服务器的应答消息
。
t
p
和
t
是由网络链路带来的
网络延时
，是客户端和服务器之间的时间偏
定义
/
cs
差
，
则
：
{
⑺
(I
=
丁
1+
try
+
〃
CS
I
丁
8t/o
=
丁
3
-+
“
CS
)
则
des
可表达为
：
“CS
=
^Client
-+-
]
T
seuoc
=空
[(
^^
2
_
^
1
)(
8
)
+S
往返延时
(
Round
-
T/p
Delay
,
RTD
)
为
：
$
=址+如=[
(
T
-
T
]
)
-(
T
-
T
)
])
(5
由于和
t
y
t
/O
无法通过直接测量得到
，
实际网
络授时应用中
,故实际
假设往返链路对称
,
t
y
=
t
/O
,
上
“
CS
为:
心
=
；
[(
T
02
-
T
]
)(
)]
+
T
-
T
9
(6
)
理论上
，
网络中交换机和路由器存在数据转发
延时，
，
并且受网络环境影响转发路径可能随时在改
变
,
导致请求和应答的往返链路不对称
,
t
p
老
t
，
因
此假设往返链路对称情况下
，
单次网络时间同步引
入时间偏差的不确定为
：
U
=
S=
mJ
；
§5)
(
式中
：
噺为
©
的最大值
。
图
2
NTP
服务器结构原理框图
2
NTP
服务器的组成
基于
NTPNTP
协议的
网络时间服务器通常由
参考信号输入单元
、
本地时间保持单元
、
信号输出单
元组成
。
参考信号输入单元获取外部时间信息;本
地时间保持单元接收参考信号输入单元的时间信号
对本地时钟进行同步
，
并利用主振器进行时间保持;
63
信号输出单元根据本地的时间频率信号
,
对外提供
秒脉冲信号
(°
)
PulsePer
Secenk
,
1PPS
输出
、
频率
信号输出
、
NTP
服务等
。
参考信号输入单元可通过三种方式获取时间信
息
，
接收全球导航卫星系统
(
GlokatSatel
Naviaation
lite
System
,
GNSS
)
信号进行解调解码或外部
1PPS
和时间信息
(Time
Of
Day
,
TOD)
或通过网络中处于
上一层的其中利用
NTP
服务器
。
GNSS
卫星信号获
取时间的方式较为普遍
。
NTP
服务器结构原理框图
如图
2
所示
。
5
校准项目和测量标准
5.
°
校准项目
NTP
服务器的主要计量特性是
NTP
同步偏差
，
反映了
NTP
服务器提供网络时间服务的能力
；
若
NTP
服务器具有
1PPS
信号或频率信号输出
，
则可
评价其主振器性能;通常具有
1PPS
信号输出接口
的
NTP
服务器较常见
，
根据该
1PPS
信号可参照
《
全
球导航卫星系统
(GNSS
)
接收机(时间测量型)校准
规范
》
对定时准确度
、评价
定时稳定度进行测量,
°
]
其输出
1PPS
04
测量法和比较法
，
直接测量法采用的测量标准是时
间综合测试仪
；
比较法采用的测量标准是参考
NTP
服务器
，
通过计算机同时访问被校和参考
NTP
服务
器
，
得到时差进行比较
，
从而校准
NTP
服务器的
NTP
同步偏差
。
0
校准方法
0.1
NTP
同步偏差
(
6
)
方法一:直接测量法
如图
3
所示,连接仪器被校
NTP
服务器正常锁
定
GNSS
信号并达到仪器说明书规定的驯服和预热
时间,设置时间综合测试仪与被校
NTP
服务器的互
联网协议
(
InternetProtocol
,
IP)
地址在同一网段
，
时
间综合测试仪工作在
NTP
测量模式
，
轮询时间为
6
)
,
连续测量
240,
按式(
0)
计算
NTP
同步偏差
：
0
N
^■T'
ntp
-
N
?
0
^^
，
Nrp,i
(
6
)
式中:
AT
n
/
pi
—
—
NTP
同步偏差
;AT
nt
P>
—
—
第
i
秒测得的时间偏差测量值;
N
—
取样个数
。
图
)
NTP同步偏差直接测量法校准示意图
(2
)
方法二
：
比较法
如图
0
所示,连接仪器被校
NTP
服务器正常锁
定
GNSS
信号并达到仪器说明书规定的驯服和预热
时间
，
计算机采用
NTP
协议同时向被校
NTP
服务器
和参考
NTP
服务器采集时间
，
并分别计算时间偏
差
，
轮询时间为
6s,
连续采集
24h,,
按式
(0
)
计算
NTP
同步偏差
，
按式
(7)
计算
乩叶
：
△
比心
—
人
几7)
如
-
AA
r
,
(
式中:
AT
cp
,,
—
—
计算机与被校
NTP
服务器第
i
秒的时间偏差
；
AT
cri
—
—
计算机与参考
NTP
服务
器第
i
秒的时间偏差
。
图
4
NTP
同步偏差比较法校准示意图
4.0
定时准确度和定时稳定度
如图
5
所示,连接仪器被校
NTP
服务器正常锁
《
计量与测试技术
》期
2401
年第卷第
48
4
定
GNSS
信号并达到仪器说明书规定的驯服和预热
时间
，
设置时间间隔测量仪通道
6
、
通道
2
的触发电
平为信号幅度的
50%
，
由时间间隔测量仪测量得到
被校
NTP
服务器与参考时标
1PPS
24h
的时间偏差
数据(取样时间
6s
)
，，
按式
(8)
计算定时准确度
按式
(9)
计算定时稳定度
：
AT
6
n
a
-
N
^
at
(8)
式中:
at
——
—
定时准确度时间间隔
；
at
—
测量仪第
i
秒测得的时间偏差测量值
。
rN
=
A
T
—
槡
E(
at
-
—
at
)
2
⑼
式中:
at
—
—
定时稳定度;
a
T
—
所有
at
的
算术平均值
。
图
5
定时准确度校准示意图
4.I
相对频率偏差和频率稳定度
测量前
，
断开被校
NTP
服务器的天线输入
，
当
主振器为石英晶体振荡器时按
，
JJG
-2002
《
电
子测量仪器内石英晶体振荡器
》
张宇等基于
：
NTP
的网絡时间服务器校准方法探讨
65
取的时间相比
，
该仪器从时刻的准确程度上来说更
高且
，
通常在几十纳秒至几十微秒之间
；
而采用比较
法时
，
由于计算机运行在操作系统上,获得的时刻的
(SUI
准确程度通常在毫秒级
。
实验采用的参考时标和频
标为一种可被
UTC(NIM
)实时驯服
、
实时溯源的铷原
)
«
»
叵
自
子振荡器
((
UTC
NIM
)
Disciplines
Oscillator
,
NIMDO
),
其时间稳定度优于,
5
us
频率稳定度优于
61
x
10-
2
o
[]
-6
100200300400
直接测量法采用的时间综合测试仪型号为
Timo-
Acs
007-208
,
被校
NTP
服务器型号为,
HJ
采样时序
()
s
图比较法测量原始数据
7
用直接测量法连续测量
NTP
服务器每秒的时间偏
6
结束语
差如图
6
所示,
NTP
同步偏差为
12.
25a
，
不确定度
基于
NTP
的网络时间服务器校准方法的研究,
为
62.
08
^
(
=2
)
，
主要由往返延时引入
。
从
NTP
原理出发
，
分析了单次
NTP
同步的时间偏差
和不确定度计算方法
，
对
NTP
同步偏差的两种校准
方法进行阐述
，
并给出两种校准方法的实验结果
，测
量数据表明
,
比较法的测得值不确定度远大于直接
测量法的不确定度
。
该校准方法的提出
，、
使得医疗
金融
、
交通等领域使用的
NTP
服务器可具备溯源
性
,
满足各行业领域对时间同步的需求
。
$
2880057600
采样时序
(
s
)
(
640$
参考文献
[1]JJG
)
1403
-2013
《接收机(时间测
全球导航卫星系统
(GNSS
图
6
直接测量法测量原始数据
量型)校准规范
》
[
SJ
比较法采用的计算机配置为:
CPU
运行频率为
2.46GH
z
,8GB
内存,非商用
Windows
操作系统
，
内
[
2]S
JJG
P0
-2002》
《
电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程
]
.
[
3][
铷原子频率标准检定规程
JJG222
-
2009
《]
》
S
.
[4]LIANGF,
el
Sys
K,
DisciplikeS
YANG
H,ZUO
at.
Oscillator
部晶体振荡器相对频率偏差约为
°
x
12-
5
，
被校
NTP
服务器型号为
HJ
-
208
,
参考
NTP
服务器型号
tem ()Remote
by and
NIM
UTCJ
C
for
Time
FrequencyTraceakiPty
[
.
IEEE
EuropeanFuqnency,
and
Time
Forum,Neschatel
Switzerland
,
为
HJ-210,
用比较法连续测量
NTP
服务器每秒的
2010.
[]协议的网络授时系统
龙波，
，，
张宇
黄徐瑞晗NTP
等
•
基于
时间偏差如图
7
所示
，
NTP
同步偏差为
139.
75a
，
不确定度为
6.
36ms
(
=2
)
，
主要由往返延时引入
。
设计
[J
计量与测试技术
,2019,46(05
)
：
12.
〜
(上接第
61
页)
键工艺尺寸
,
对离心泵进行三维公差建模与分析
,
主
meroing
Trends in ,2203
Mechatunics
for
Automation
1339.
,32
()：
36
〜
[2]GhoneamanalysiscentriPigal
of
SoPhy,
M
,
Samir.
Vidration
pump
要的工作及结论如下
：
(°)
研究了三维尺寸链中主要尺寸精度对口环
with
vvible d/ves. 565
speed 〜
579.
9. Eng.Sci.
201°
,39
：
[]
Khalife
E. Effeclofon
A
Blade ExitShaye Vi
Performance
and
bration
of
a
Volute
DooUle
Centrifugal Jonmal
Pump[Intemational
J].
of
间隙的贡献度与敏感度
。
(2)
基于三维尺寸链公差分析的结果,对相关
Materials
Mechanics
ank
MakufactuUng,2014,2(04)
：
P7°
〜
264.
[4
] uu-
Choi
K E.
V
S on
,
Mclaughlin
Thompson
DD
,
ExpehvePs
the
steaXy
tow
anka
fielU
noise
generationcentriPigalpump
inivpellvr[J
零部件的尺寸和公差进行优化
，
提出了公差优化方
案,使口环间隙满足低噪声的设计要求
,
以此来降低
Jonmal 463
:
of)
Soonk〜
,2003
&,263(03
Vidration
514.
[]
周盼
，，，等
张权
率志君
•
离心泵进水口形式设计及其对振
动噪声的影响排灌机械工程学报
[]
3
201554.
-12+
23(0°)
:]
离心泵的振动噪声并且提高振动一致性
。
参考文献
[
I
]
SRIXASTAV
O
P,PANDUbv-
K GUPTAK. gay
R,EEect
of
radit
[]
张忆宁
，
曹卫东,姚凌钧
，
等
•
不同叶片岀口角下离心泵压
力脉动及径向力分析
[])
•
流体机械40.
2017
25(1°
：
34
〜
Pveen
centriVgX
impelleron
anka
diPuserpump E-
vidratioo
anknoise
in[
J
].
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