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《武汉理工大学》 2015年
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基于NTP的网络授时服务器的设计与实现

欧阳雄  
【摘要】:网络时间同步是指通过互联网提供时间同步服务,使互联网上的设备与国际标准时间UTC保持一致。网络时间同步技术从提出至今已经经历了三十多年的发展,随着技术的发展和成熟,该技术被广泛的应用于诸多重要领域。在电力系统中,时间同步技术为实时数据采集的一致性提供了保障,极高时间分辨率提高了系统的故障分析能力,使系统的运行和控制更加稳定;在大数据领域,时间同步技术将系统的各个节点时间统一到国际标准时间,保证了各种消息、事件发生时序记录的正确性,为整个系统提供了重要的支撑。NTP是当前应用最广泛,功能最优良和完善的网络时间协议。当前国内外NTP时间服务器主要以卫星时间为外部时间参考源,通过铷钟或恒温晶振来保持服务器时间的准确度,选用普通铷钟时钟误差为6ms/天,老化率为-115*10/月,恒温晶振时钟误差为1ms/天,老化率为-910/月。铷钟虽然稳定度高但是价格昂贵,恒温晶振初始准确度高,但随着老化等因素的影响,准确度会降低。为此,本文提出了一种基于嵌入式的NTP网络授时服务器方案。在本方案中,授时服务器使用GPS接收机获取卫星时间作为外部时间参考源。并设计了一种基于数模混合锁相环的守时方案,该方案使用TDC模块测量晶振秒脉冲和GPS秒脉冲之间的时间偏差,通过MCU进行滑动平均滤波消除干扰并将时间偏差量化为频率偏差,并由DAC将频率偏差转换为电压控制型恒温晶振的控制电压,微调晶振的输出频率,将其工作频率锁定在标定频率,有效的降低晶振老化带来的影响。在微调之前先通过MCU测量并粗调晶振频率,提高TDC测量范围内的采样次数,保证了滑动平均滤波的有效性。守时单元具有高精度的时间保持能力,当GPS在无法接收到卫星信号时守时单元也能提供精准的时间。授时单元平台采用嵌入式系统,从而降低了成本。服务器在填充NTP报文过程中使用外部中断的方式获取时间戳,提高服务器的授时精度。本文完成了嵌入式NTP网络授时服务器整体结构设计和实现,并对服务器的授时功能和守时性能进行了测试。选用的10MHz恒温晶振初始的秒脉冲偏差为76ns,以GPS秒脉冲为基准,经过守时单元的校正之后,晶振的秒脉冲偏差降低至1ns,锁频误差约为0.01Hz,守时精度约为0.1ms/天,实现了高精度守时,满足设计要求。授时服务器以服务器/客户端的工作模式完成授时服务,局域网内的授时精度可达毫秒级,同时每秒通过串口输出一次UTC时间信息。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP393.05;P127.1

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