京準電鐘：GPS北斗授時服務器助力金融交通

京準電鐘：GPS北斗授時服務器助力金融交通

1.1應用背景

根據人民銀行第2012年第8期《金融業信息安全風險提示》建議大力推廣采用能夠接收GPS和北斗時鐘源信號的國產時鐘同步服務器產品，減少現有GPS產品對生產系統運行的安全隱患，從而保證業務的一致性和完整性。

1.2 時鐘源選擇

1.2.1全球定位系統（GPS）Global Positioning System

漂亮國國防部建立的高精度全球衛星無線電導航系統。至少有24顆衛星分布在6個固定平面上圍繞地球旋轉，衛星高度20200km,旋轉周期為11小時58分。地球上的用戶在任一時刻都可同時收到4顆以上衛星，確定自己的位置。星上備有銫原子鐘和銣原子鐘。鐘的時間每天由地面監測，并給出相對標準時間UTC(或GPS時間)的偏差。偏差值保持小于20ns，用戶可以從收到的導航電文中得到標準時間信息校準本地時鐘。

1.2.2北斗衛星導航系統BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System

北斗衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，中國計劃2012年，“北斗”系統覆蓋亞太地區，2020年左右將覆蓋全球。中國正在實施北斗衛星導航系統建設，已成功發射十六顆北斗導航衛星。根據系統建設總體規劃，2012年左右，系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力。2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。目前北斗芯片授時精度30納秒。

1.2.3原子頻標 atomic frequency standard

現代標準時間源是原子鐘。原子鐘是原子頻率的簡稱，是根據原子物理學和量子力學原理制造的高準確度和高穩定度的振蕩器。物理原理是原子躍遷頻率只取決于其內部特征而與外界電磁場無關，可以利用量子躍遷實現頻率控制。因為原子鐘振蕩頻率存在著系統的和隨機誤差，人們通常采用一組原子鐘，用統計方法構成一個“平均原子鐘”，取得原子時。現在國際原子時由50多個原子鐘計算得到。銫原子鐘有很高的準確度，穩定度和均勻度，準確度達到±3E-15，長期穩定度±2E-15，因此成為現代最高標準時間源，但成本昂貴，銣原子鐘穩定性與銫原子鐘比較稍差，但是成本低，通過特有頻率測控算法用北斗校正銣原子鐘精度可以達到小銫鐘效果，二者配合使用可以發揮最佳功效，HR系列產品就可以集成GPS接收機和銣原子振蕩器的一款高性能的NTP網絡時間服務器產品。北斗效正后的銣原子鐘24小時偏差200納秒。準確度達到1E-12. 下圖為常見時鐘源的穩定度：

1.3穩定性及高可靠性保障

1.3.1 可靠性高

高性能工業級服務器主板，嵌入式Linux操作系統，MTBF可達80000小時

支持slew方式慢慢調整，每秒調整為0.5ms，不會產生較大時間跳變。

1.3.2安全性高

具有6個獨立的10/100/1000M自適應網口，其中網口0支持http、dhcp、snmp、ssh（telnet）、NTP等管理以及授時協議，網口1、2、3、4、5只支持NTP授時協議，從而避免可能的攻擊。

授時協議支持MD5密鑰和證書加密協議，可以提供可靠的授時信息。

1.3．3軟件監控功能強大

NTPM軟件能支持服務器運行狀態（同步狀態、偏差超限、層次改變、訪問超時等）監視、NTP客戶端訪問狀態（端口、次數、偏差、平均時間、檢索等功能）監視、NTP告警參數及消息發送（Email，Syslog和SNMP方式）方式設置、NTP監控日志查詢等功能。

1.3.4功能完善

支持心跳檢測功能，兩臺設備網卡可設為同一IP，互為冗余備份

支持Bonding功能，同一設備四網卡可設為同一IP，單機即可實現網卡故障備份

支持日志服務器功能

1.3.5容量大

NTP請求量可達14000次/秒，假設網絡設備1分鐘同步一次，則網絡可以容納84萬臺設備進行同步,完全滿足任何系統的需要；

1.3.6靈活易用，顯示信息豐富

直觀的Web界面及NTPM管理軟件，可以輕松實現遠程網絡登錄、管理、配置和維護，支持SNMP網管功能

高亮度VFD液晶輪循GPS收星狀態、時間、GPS衛星個數、經緯度、高度、各網卡IP、系統工作狀態

三色指示燈顯示NTP服務是否啟動、網絡連接是否正常、NTP請求是否超過8000次/秒和GPS是否鎖定等信息

2.7接口多

6個NTP網絡授時口、1個Console設置口、2個1PPS、1個USB備份、升級、存取日志口、2個DB-9 TOD時間輸出口、3個干接點報警接口

1.4風險控制

1.4．1時間參考源安全隱患

時間服務器參考源來源于GPS、北斗衛星系統，存在一定的安全隱患，如發生戰爭或人為采用衛星模擬器進行干擾。

應對措施

1. NTPM監控軟件在第一時間可以發現并告警時間服務器時間變化情況。

2. 時鐘服務器采用主從結構設計，主時鐘放置在機房獨立走時（1年偏差3毫秒以內），操作人員可定期通過手持校準單元對主時鐘進行檢測，如發現偏差過大再進行校準操作，周期時間對時可以消除累計誤差。避免了可能存在的衛星信號干擾，及架設室外天線防雷的安全隱患。