服务器高精度时间同步技术研究
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ＬＩ Ｘｉｏ＇ｐ ｎ ＣＡＯ ｉ ｄｏ Ｕ ａ ｉ ｇ， Ｊ － ｎｇ， ＨＵ ａ ｇ－ｈ Ｘｉｎ ｕａ， Ｕ ， ＬＩ Ｌｉ ＨＵＡＮ Ｇ ｈ ｎ Ｓ ｕａ ｇ－ｌ Ｍ Ａ ｉ ｉ ｎ， Ｍ ｎ
百度文库
（ ｅ ｉｇＧ ｏ ￣Ｉｆｒ ｔ ｎＣ ｎｅ ｆ ｐｉ ｔ ｎａｄＥ ｐ ｒｔ ｎ Ｂ ｉｎ ００ ４ Ｃ ｉａ Ｂ ｉｎ ｌｂ ｎｏｍａｏ ｅｔｒ ｌａｉ ｎ ｘ ｌ ａ ｏ ， ｅｉｇ１０ ９ ， ｈｎ ） ｊ ｉ ｏ Ａｐ ｃ ｏ ｏ ｉ ｊ
序设计 中采用基 于消息 机制通信技 术来实现 进
Ｂ终 ｌ 码端Ｉ
数 据流 说 明
塞｝ 同本时 ＿ ｌ 机间 ＿ 步 －
程之间的实时通信 。
消息机 制 实质 上 是 通 过缓 冲 区来 交换 数 据。互操作 的进程可 以利用消息进 行通信 。实
１高精 度 时间源 发布 的 Ｂ码 时间信 息 ２ 经 Ｂ码 终端解 调 后的 Ｒ ２ ２时间 信息 Ｓ３ ３ 经 ＮＰ ｒ ５ １ ｏ ｔ １０串 口联 网设 备转 换后 的 串 口时间信 息
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｓｆ ｒｔ ｅ ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｆｉ ｏ ｔ ｎ ｆ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ａ ｇ ａ ａ ｑ ａ ｔｔ ｈ ｒ ｅ ｌ ｔｍｅ ａ ｄ ｈ ｇ —ｒ ｌ ｂ ｌｔ ｉ ｓｒ ｃ ： ｏ ｈ ｎ ｏ ｍａ ｏ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｌ ｒ ｅ ｄ ｔ ｕ ｎ ｙ， ａ ｄ ｒ ａ — ｉ ｎ ｉ ｈ ｅ ｉ ｉｉ ｎ ａ ｉ ｏ ｎ ｉ ａ ｙ， ｏ ｄ ｒｔ ｎ ｍｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｓｈ ｖ ｒｄ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｍａｎ ａ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｎ ｅ ｒｔ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ． ｓｇ ｅ ｒ ｅ ｏ ｍｉ ｉ ｚ ｈ ｗｉ —ｏ ｅ ｕ ａ ｏ ｎ ｉ ｔｉ ａ ｉ ｔ ｇ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｍｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｍ Ｄｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｈ ａ ｙ， ｈ ｉ ｈ ｍｅ ｏ ｆ ｓ ｔｈ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｂ ｅ ｕ ｅ ｓ ｔ ｅ ｍｅ ｏ ａ ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ肿 ｈ ｔ ｄ ｏ ｗｉｃ －ｉ ａ ｅ ｎ ｄ ｕ ｌ －ｂ ｆ ｒ ． ｔ ｄ ｈ ｓ ｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｍｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｈ ｈ ｉ ｉ ｈ ｓａ ｄａｄ． ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｔｎ ｒ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｆ
双工业务处 理 服务器 时 间 同步 软件 包 括两 个 软 件 ， 务器与 Ｂ码终端 时间 同步 程序和监 控报警程 即服
计算机软件 与理论 。
・
７ ０－
计算 机技术与发展
第２ ２卷
序， 其数 据流如图 １ 所示 ：
代码映像运行在不同 的地址 空 间， 因此需要 采用 附加 的通信机制来进 行数据传输 。这些 通信机制 主 要为共享 内存 、 信号 、 标和 消息机制 。实 时程 信
Ｏ 引 言
在一些专业系统 中 ， 由于对 可靠性要求很 高 ， 必然 需 要利用双机容错 系统来保 障系统 的连续运行 。特 别
是对于具有数据处理量大 、 时性要求 高特点的系统 ， 实 专业系统对双工切换 提出了更高 的要求 。 服务器高 精度 时 间 同步是 计 算 机双 工 技术 的基 础， 服务器 间的时间误差对 保持 双工 切换 时的业 务数 据完整有着致命影 响 ， 因此 ， 服务器 间高精度时间 同 对
计技术和多线程程序设计技术 。 根据应用 的需要 和实 肘性要求 ， 所采 用的实 时程
序设计技术主要如下 ：
异一般都在 秒以上分钟 的量级上 ， 这在数据收发 、 数
据存储 、 业务计算等方面都有影响 ， 对系统的功能正常
实现有较大 的威胁 ， ， 因此 获得精确的时间同步信号对
时间协议 ） 与 ｍ （ 密 时间 同步 ， ＩＥ １ ８ 精 即 Ｅ Ｅ ５８标 准） ｏ。Ｎ Ｐ 一种纯 软件 的解决 方案 ， 常 由于 网 Ｄ］ Ｔ 是 通
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于整个 系统来说是必须 的。
服务器 网络 时间同步协议主要有两 种 ： Ｔ （ Ｎ Ｐ 网络
（ ） 容量内存锁定 。 １
内存锁定是实时应用软件减少 时间延迟 的主要方
法之一。对 时 间敏感 的进 程 或数 据锁 定在 系 统 内存 中， 以避 免这些进程或数据 由内存换人换出到外存 ， 从 而减少应用软件的执行 时间。 （ ） 时时钟和定时器 。 ２实 实时时钟 和定 时器能够提供极小 的时 间间隔来控 制与调度任务 和事件 的执行和发生 。系统实时时钟能 提供微 妙或纳秒级 的时 间分 辨率 ， 而可 以控制应 用 从 软件 中 的 进 程 或 线 程 在 精 确 的时 间 间 隔 内激 活 运
指标要求 。而 Ｐ Ｐ是一 种软硬结 合 的技术 ， Ｔ 通过使 用 高精度授 时源 ， 以及 Ｉ Ｉ Ｒ Ｇ Ｂ码 时 间传输规 范 ， 供 提
亚微秒级 的对 时精度 。
步方法 的研究 能够对双工技术在重要信息系统 中的应
用起到关键 的作用 。
针对专业 系统对 服务器 高精 度时 间的要求 ， 依据 Ｐ Ｐ技术提 出了一种软硬件结合 的计算机高 精度时 间 Ｔ
－
终 端发出的时间信息并转 换为 网络接 口时 间信息 ， 服
务器通过专用 网卡接收 时间信息 同步本地时 间。
１ １ 软件组成 ．
基金项 目： 国家 ８ ３计 划 广域 实 时精 密定 位技 术 与示 范系 统项 目 ６
（ ０ ７ Ａ１０ ０ ） ２０ Ａ ２ ６ ２
作 者 简 介 ： 晓 萍 （ ９ ６ ） 女 ， 南 长 葛 人 ， 士 ， 要 研 究 方 向 为 刘 １７ － ， 河 硕 主
１ 高精度 时间同步技术
计算机 网络时间 同步协议主要有 两种 ： Ｔ （ Ｎ Ｐ 网络 时 间协 议 ） Ｐ Ｐ （ 密 时 间 同步 ， Ｉ Ｅ １８ 与 Ｔ 精 即 Ｅ Ｅ ５ ８标 准 ） 。Ｎ Ｐ是一 种纯 软件 的解决 方案 ， 常 由于 网 Ｔ 通
络延迟 的抖动较大 ， 因此很难满 足高 精度 时间 同步 的
第２ ２卷
第 ２期
计 算 机 技 术 与 发 展
ＣＯＭＰ ＥＲ ＥＣ ＵＴ Ｔ ＨＮＯＬ ＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ＯＰＭＥ ＮＴ
２１ ０ ２年 ２月
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ２ １２ ． Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０２
服 务 器 高 精 度 时 间 同步 技 术 研 究
刘晓萍 ， 曹纪东 ， 胡湘华 ， 刘 利 ， 黄双 临， 马 民
同步技术 。
在专业 系统 中 ， 由于系统的可靠性要求很高 ， 必然
需要利用 双 机 容错 系统 来 保 障系 统 的连续 运 行 。而 且， 由于具有数据 处理量 大 、 实时性 要求 高 的特点 ， 专 业 系统对 双工切换提 出了更高 的要求 。
服务器时间 同步 由 Ｂ码 终 端 、 Ｐｒ 口联 网设 Ｎｏ ｔ串
度时间源到 服务 器之 间 的时 间精度 通 过专 用 网络接 口、 相关硬件设备 以及 规范 的布线保 证。如何 使时 间
根据应用的需要按 优先级访 问或按任意顺序访 问。信 息处理平台业务应 用软件 对大量 的实 时备案数据等信
同步程序得到最快的响应速 度就是一个重要 问题 。因 此， 重点在于服务器与 Ｂ码 终端 时间同步程序 的编写
时消息是 通过共 享 内存设 计实现 ， 以满足 实时 应 用在 多个进程之 间传 送大量数据 。消息 的通
知可 以是异 步 或 同步 的。消息 队列 可 以存放 多个 消
息， 并可 由多个进程访 问 。消息 队列 中的消 息可 以
图 １ ￣ Ｔ热备 系统 高精度 时间同步软件数据 流图 Ｋ＿ － 在双工热备系统高 精度时 间 同步技 术 中 ， 高精 从
进一 步推 广应用 到 其它类 似 的关键 任务 系统 中。 关键 词 ： 务器 ； 服 可靠 性 ； 双工 ； 切换 ； 间同 步 时 中 图分 类号 ：Ｐ １ Ｔ ３ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：６３ ６９ ２ １ ）２ ０６ －３ １７ — ２Ｘ（０２ ０ －０ ９ ０
Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｇ ｅ ｉｉ ｎ Ｔｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｔ ｄ ｔ ｏ ｆＨｉｈ Ｐｒ ｃｓｏ ｍｅ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｍ Ｓ ｕ ｙ
以及相关 的操作系统的配置。
１２ 功能设计 ． 在时间同步功能设计 过程 中 ， 采用 了实时程 序设
息可 以采用消息机制实现进程 间数据传递 。
２ 高精度服务器时 间同步硬件组成
服务器设备 的时间 同步问题是 十分重 要 的问题 ，
在无 同步机制的情 况下 ， 独立 的机器 之间 时间上 的差
（ 京环球 信 息应 用 开发 中心 ， 北 北京 ｌ０ ９ ） ０ ＝ ４ ０
摘 要 ： 文针 对重要 信息 系统 信息 处理 数 据量 大 、 时 性 强 、 靠 性 高 的特 点 ， 确 保 双 工切 换 时 间 短 、 论 实 可 为 数据 完 整 的 目
标 ， 点研 究服 务器 高精 度时 间 同步技 术 ， 计 了基 于 Ｐ Ｐ 范 的双缓 冲机 制的 切入高 精 度时 间 同步 方法 。试 验 表明 ， 重 设 Ｔ 规 该 设 计达 到双 工切 换 时间在 十毫 秒量 级和 数据完 整性 的 目标 ， 提高 了专业 领 域数 据处 理 平 台的 可靠 性 。该研 究成 果 可 有效
备、 服务器和时间同步软件构成 。其工作原理 为 ： 高精
度时间源通过 Ｂ码线 向服 务器 发布标 准 时间信 号 ， Ｂ
码终端接收标 准 时 间信号 并转 换 为 Ｒ ２２接 口的 串 Ｓ３ 口时 间信息 ， Ｐ ｒ 串 口联 网设备 使用 串 口接收 Ｂ码 Ｎ ｏｔ
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ４； 回 日期 ：０ １ ０ — ７ ２１—６ ２ 修 ２１—９ ２
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序设计 中采用基 于消息 机制通信技 术来实现 进
Ｂ终 ｌ 码端Ｉ
数 据流 说 明
塞｝ 同本时 ＿ ｌ 机间 ＿ 步 －
程之间的实时通信 。
消息机 制 实质 上 是 通 过缓 冲 区来 交换 数 据。互操作 的进程可 以利用消息进 行通信 。实
１高精 度 时间源 发布 的 Ｂ码 时间信 息 ２ 经 Ｂ码 终端解 调 后的 Ｒ ２ ２时间 信息 Ｓ３ ３ 经 ＮＰ ｒ ５ １ ｏ ｔ １０串 口联 网设 备转 换后 的 串 口时间信 息
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双工业务处 理 服务器 时 间 同步 软件 包 括两 个 软 件 ， 务器与 Ｂ码终端 时间 同步 程序和监 控报警程 即服
计算机软件 与理论 。
・
７ ０－
计算 机技术与发展
第２ ２卷
序， 其数 据流如图 １ 所示 ：
代码映像运行在不同 的地址 空 间， 因此需要 采用 附加 的通信机制来进 行数据传输 。这些 通信机制 主 要为共享 内存 、 信号 、 标和 消息机制 。实 时程 信
Ｏ 引 言
在一些专业系统 中 ， 由于对 可靠性要求很 高 ， 必然 需 要利用双机容错 系统来保 障系统 的连续运行 。特 别
是对于具有数据处理量大 、 时性要求 高特点的系统 ， 实 专业系统对双工切换 提出了更高 的要求 。 服务器高 精度 时 间 同步是 计 算 机双 工 技术 的基 础， 服务器 间的时间误差对 保持 双工 切换 时的业 务数 据完整有着致命影 响 ， 因此 ， 服务器 间高精度时间 同 对
计技术和多线程程序设计技术 。 根据应用 的需要 和实 肘性要求 ， 所采 用的实 时程
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针对专业 系统对 服务器 高精 度时 间的要求 ， 依据 Ｐ Ｐ技术提 出了一种软硬件结合 的计算机高 精度时 间 Ｔ
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作 者 简 介 ： 晓 萍 （ ９ ６ ） 女 ， 南 长 葛 人 ， 士 ， 要 研 究 方 向 为 刘 １７ － ， 河 硕 主
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计算机 网络时间 同步协议主要有 两种 ： Ｔ （ Ｎ Ｐ 网络 时 间协 议 ） Ｐ Ｐ （ 密 时 间 同步 ， Ｉ Ｅ １８ 与 Ｔ 精 即 Ｅ Ｅ ５ ８标 准 ） 。Ｎ Ｐ是一 种纯 软件 的解决 方案 ， 常 由于 网 Ｔ 通
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第２ ２卷
第 ２期
计 算 机 技 术 与 发 展
ＣＯＭＰ ＥＲ ＥＣ ＵＴ Ｔ ＨＮＯＬ ＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ＯＰＭＥ ＮＴ
２１ ０ ２年 ２月
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ２ １２ ． Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０２
服 务 器 高 精 度 时 间 同步 技 术 研 究
刘晓萍 ， 曹纪东 ， 胡湘华 ， 刘 利 ， 黄双 临， 马 民
同步技术 。
在专业 系统 中 ， 由于系统的可靠性要求很高 ， 必然
需要利用 双 机 容错 系统 来 保 障系 统 的连续 运 行 。而 且， 由于具有数据 处理量 大 、 实时性 要求 高 的特点 ， 专 业 系统对 双工切换提 出了更高 的要求 。
服务器时间 同步 由 Ｂ码 终 端 、 Ｐｒ 口联 网设 Ｎｏ ｔ串
度时间源到 服务 器之 间 的时 间精度 通 过专 用 网络接 口、 相关硬件设备 以及 规范 的布线保 证。如何 使时 间
根据应用的需要按 优先级访 问或按任意顺序访 问。信 息处理平台业务应 用软件 对大量 的实 时备案数据等信
同步程序得到最快的响应速 度就是一个重要 问题 。因 此， 重点在于服务器与 Ｂ码 终端 时间同步程序 的编写
时消息是 通过共 享 内存设 计实现 ， 以满足 实时 应 用在 多个进程之 间传 送大量数据 。消息 的通
知可 以是异 步 或 同步 的。消息 队列 可 以存放 多个 消
息， 并可 由多个进程访 问 。消息 队列 中的消 息可 以
图 １ ￣ Ｔ热备 系统 高精度 时间同步软件数据 流图 Ｋ＿ － 在双工热备系统高 精度时 间 同步技 术 中 ， 高精 从
进一 步推 广应用 到 其它类 似 的关键 任务 系统 中。 关键 词 ： 务器 ； 服 可靠 性 ； 双工 ； 切换 ； 间同 步 时 中 图分 类号 ：Ｐ １ Ｔ ３ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：６３ ６９ ２ １ ）２ ０６ －３ １７ — ２Ｘ（０２ ０ －０ ９ ０
Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｇ ｅ ｉｉ ｎ Ｔｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｔ ｄ ｔ ｏ ｆＨｉｈ Ｐｒ ｃｓｏ ｍｅ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｍ Ｓ ｕ ｙ
以及相关 的操作系统的配置。
１２ 功能设计 ． 在时间同步功能设计 过程 中 ， 采用 了实时程 序设
息可 以采用消息机制实现进程 间数据传递 。
２ 高精度服务器时 间同步硬件组成
服务器设备 的时间 同步问题是 十分重 要 的问题 ，
在无 同步机制的情 况下 ， 独立 的机器 之间 时间上 的差
（ 京环球 信 息应 用 开发 中心 ， 北 北京 ｌ０ ９ ） ０ ＝ ４ ０
摘 要 ： 文针 对重要 信息 系统 信息 处理 数 据量 大 、 时 性 强 、 靠 性 高 的特 点 ， 确 保 双 工切 换 时 间 短 、 论 实 可 为 数据 完 整 的 目
标 ， 点研 究服 务器 高精 度时 间 同步技 术 ， 计 了基 于 Ｐ Ｐ 范 的双缓 冲机 制的 切入高 精 度时 间 同步 方法 。试 验 表明 ， 重 设 Ｔ 规 该 设 计达 到双 工切 换 时间在 十毫 秒量 级和 数据完 整性 的 目标 ， 提高 了专业 领 域数 据处 理 平 台的 可靠 性 。该研 究成 果 可 有效
备、 服务器和时间同步软件构成 。其工作原理 为 ： 高精
度时间源通过 Ｂ码线 向服 务器 发布标 准 时间信 号 ， Ｂ
码终端接收标 准 时 间信号 并转 换 为 Ｒ ２２接 口的 串 Ｓ３ 口时 间信息 ， Ｐ ｒ 串 口联 网设备 使用 串 口接收 Ｂ码 Ｎ ｏｔ
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ４； 回 日期 ：０ １ ０ — ７ ２１—６ ２ 修 ２１—９ ２