医院同步时钟系统技术方案建议书.doc

医院同步时钟技术方案建议书v1.0 北京泰福特电子科技有限公司2010-02-20一、概述将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年月日时分秒)基于utc（协调世界时）时间偏差限定在足够小的范围内，这种同步过程叫做时间同步。随着信息的发展，各类信息系统也越来越多，目前各系统之间的时钟并不是完全精确统一。系统需要时钟的高度精确，且今后的各类系统之间数据交互会越来越多，相应的时钟要求也越来越精确。l gps时间源概述全球定位系统gps是美国卫星导航系统，gps发送美国海军天文台的utc（ustu），为全世界用户提供时间服务，美国海军天文台的utc由20多个铯原子钟形成，这种时间源完全能够达到通信网内各种设备时间同步的精度要求。l 铷原子振荡器概述现代标准时间源是原子钟。原子钟是原子频率的简称，是根据原子物理学和量子力学原理制造的高准确度和高稳定度的振荡器。物理原理是原子跃迁频率只取决于其内部特征而与外界电磁场无关，可以利用量子跃迁实现频率控制。因为原子钟振荡频率存在着系统的和随机误差，人们通常采用一组原子钟，用统计方法构成一个“平均原子钟”，取得原子时。现在国际原子时由50多个原子钟计算得到。铯原子钟有很高的准确度，稳定度和均匀度，准确度达到3e-15，长期稳定度2e-15，因此成为现代最高标准时间源，但成本昂贵，铷原子钟稳定性与铯原子钟比较稍差，但是成本低，通过特有频率测控算法用gps校正铷原子钟精度可以达到小铯钟效果，二者配合使用可以发挥最佳功效，hj210r就是集成了gps接收机和铷原子振荡器的一款高性能的ntp网络时间服务器产品。l 时钟同步与时间同步 这里指的时钟同步是hj210的硬件时钟的时间源，正常情况下，硬件时钟以gps信号为时间源，如果gps信号丢失，硬件时钟与内部振荡器同步，直到gps信号恢复，从新切换到gps时间源。这两种时间源之间的切换是自动完成的。本工程中将时间服务器的hj210的内部振荡器升级为铷钟，保证在gps失锁的情况下，也可以在相当长时间的内保证内部硬件时钟的精度。 这里的时间同步主要指hj210内部ntp管理程序的时间参考，正常情况下ntp管理程序的时间优先取自于本机的硬件时钟，当硬件时钟漂移量大于设定值时（gps信号丢失，长时间依赖振荡器自守时的情况），ntp管理程序的时间将自动切换到参考另外1个有效的ntp管理程序。在本工程中，每台hj210中的ntp管理程序可以设定另外的1台hj210中的ntp管理程序为备用时间参考。 l 时间同步子网络 在整个网络中运用ntp进行时间同步和分配所涉及的设备和通路的集合称为时间同步子网络。时间同步子网络以分层主从结构模式运行，本工程当中hj210作为专用的时间服务器，在时间同步子网络系统中的最高层，为所有的低层设备提供同步信息。 时间同步网络理论上根据其精确度和重要性一般分为从015的共16个级别。级别编码越低，精确度和重要性越高。时间的分配自级别编码小的层次向较大的层次进行，即由第0级向第15级分配渗透。本工程中4台hj210时间服务器处于第1级的设备，gps系统是hj210一致的上一级时间源，所有直接访问hj210的设备是第2级的设备。出于对精确度和可靠性的考虑，第2级设备同时引用4台hj210作为参考源；4台hj210做为同层设备互为参考源。 l ntp的通信模式 hj210与其他设备的ntp访问以客户机和服务器方式进行通信。每次通信共计两个包。客户机发送一个请求数据包，服务器接收后回送一个应答数据包。两个数据包都带有时间戳。ntp根据这两个数据包代的时间戳确定时间误差，并通过一系列算法来消除网络传输的不确定性的影响。 ntp要求的资源开销和通信带宽很小。ntp采用udp协议，端口号设定为123。udp占用很小的网络带宽，在众多客户机和少许服务器通信时有利于避免拥塞。ntp数据包的净长度在v3下为64个字节，v4下为72个字节；在ip层分别为76和84个字节。hj210和其他作为客户机的设备采取点对点的通讯方式，自动通信间隔将在指定的范围内变化（一般是64秒到1024秒），同步情况越好，间隔就越长。另外，也可以在客户机通过手动随时进行通讯。二、方案介绍l 配置介绍参考本次工程的技术要求并结合hj210 ntp网络时间服务器的特点，提供了如下的具体配置：即保障中心采用相同的主备双机的配置方案，每个中心内部主备时钟服务器均采用标配的hj210铷振荡器，每个中心主备两台时间服务器可以互相校验，中心与中心两套主备系统可以互相备份。正常的情况下，系统依赖gps卫星时钟作为系统的时钟同步源，当gps信号不能保障，整个系统将依赖2台时钟内部的铷振荡器作为时钟同步源，保障网络系统的时间同步，通过支持芯跳检测功能，任意一台时间服务器发生故障，系统会自动切换使用备份的ntp网络时间服务器。 时钟服务器接收gps卫星信号，与卫星同步精度优于50纳秒（十亿分之一秒）； 时钟服务器振荡器升级为铷振荡器，gps失锁的情况下，每天漂移量不超过10微秒； 每台服务器提供4路独立的rj-45网络接口，相当于4台独立的时间服务器；l 系统组成泰福特时间同步系统主要由以下四部分组成hj210-r ntp网络时间服务器：1主1备（1u机箱，内置gps+铷原子钟（或选配恒温晶振）+4网口ntp网络输出）ntp数码（或指针）子钟：若干，分配独立ip地址即可网管及监控软件（可运行在网络内任意一台计算机）系统配件（gps天线及电缆、中继放大器、避雷器等）l 工作原理正常工作时，ntp网络时间服务器通过gps得到精确时间，如果gps卫星信号中断可通过内部铷原子钟或高稳晶振来继续保持时间的精确，同时ntp网络时间服务器通过rj45网络接口提供ntp对时信号，所有网内计算机以及ntp数码或指针子钟可以将校时地址指向母钟，通过网络连接得到精确时间。可通过网络内任意一台计算机上运行的网管及监控软件完成对时钟系统设备的监测管理，完成检测收集ntp网络时间服务器、子钟及其他的运行状态信息等功能。l 时间服务器间的组网 保障中心设置2台时间服务器，2台时间服务器通过lan1和用于管理时间服务器的工作站构成独立的环形拓扑结构，用于2台时间服务器之间的对等访问（时间同步）和管理员访问。出于安全性的考虑，hj210对lan的登陆访问提供了管理员权限。本工程当中，可以将同一保障中心的2台hj210的lan1和管理员工作站组成封闭的网络，不作其他的接入。主时间服务器（hj210ru）和备时间服务器hj210通过lan1进行时间同步。 每个中心的主时间服务器（hj210ru）空余的lan2、lan3和lan4，既可以都用于为同一中心下级的设备提供ntp通讯，也可以分出一路用于和另一个中心的主时间服务器（hj210ru）同级间的通讯。 对于整个网络的物理结构，理论上讲hj210可以设置于网络的任何一个节点处，不过实际使用当中为了便于设备管理和缩短数据包传递距离，一般设置在更接近整个网络中所有末端节点的汇聚层或者核心层上。 l ntp客户端的配置 对于unix、linux等操作系统的客户机，需启动ntp的后台运行程序（可以在专业的ntp网站（）下载免费或共享软件，必要时需向有关操作系统的厂家咨询） 对于windows的操作系统等客户机，可以使用windows自带的或泰福特电子公司提供的免费的客户端软件 对于路由器等网络设备，参照说明书或咨询厂家后完成ntp时间配置 客户机的客户端软件同时配置网内hj210时间服务器的ip地址，找网内的任何一台hj210时间服务器校准时间。对于ntp网络子钟，设置好校时ip地址后子钟即可实现自动对时功能。ntp时间服务器网络组成示意图前后面板图设备内部详图 系统组成框图软件监控示意图三、技术描述3.1 技术特点l 高精度、大容量、高品质ntp网络时间服务器 l 高性能工业级服务器主板，嵌入式linux操作系统l 高可靠性，mtbf可达80000小时l 显示信息丰富，可显示gps、网络、系统等状态信息l gps时钟参考模式，一级网络时间服务器l 支持四路相互独立的10/100base-t 以太网端口l 支持md5安全加密协议l 支持证书加密协议l 支持4000条日志记录功能l usb端口可实现备份、恢复、升级功能l 支持snmp网管功能l 支持干接点报警l 选件支持恒温晶振、铷原子钟守时l 选件支持cdma网络参考源、北斗卫星参考源3.2 主要功能l 可同步数万台客户端、服务器、工作站等设备时钟l 提升网络系统的安全性和可靠性l 四路ntp网络端口易于配置、应用，便于系统升级l 网络同步精确参考源，可选件支持北斗、cdma、irig-b、时码等外参考信号l 直观的web界面及ntpm管理软件，可以轻松实现远程网络登录、管理、配置和维护l 支持芯跳检测功能，两台设备网卡可设为同一ip，互为冗余备份l 支持bonding功能，同一设备四网卡可设为同一ip，单机即可实现网卡故障备份3.3 技术指标3.3.1 hj210-r ntp网络时间服务器（gps+铷振荡器）本方案可以考虑采用双ntp网络时间服务器进行冗余备份方案，网络协议ntp v1.v2.v3&v4(rfc1119&1305)、sntp(rfc2030)、md5 authentication（rfc1321） 、 telnet（rfc854）、ntp unicast,broadcast,multicast,autokey、time（rfc868)、ftp（rfc959）、daytime（rfc867)、dhcp (rfc2131)、http/ssl/https（rfc2616) ssh/scp (internet draft) snmp v1,v2、mib ii (rfc1213)、rsa非对称加密、ipv4、ipv6、ipv4/ipv6 hybrid 服务器性能l gps时钟参考模式，一级网络时间服务器，同步精度1s用户终端同步授时精度：0.5-2ms（局域网典型值）用户容量：可支持数万台客户端ntp请求量：8000次/秒l 可作为从服务器同步于其他ntp网络时间服务器l 支持4000条日志记录功能l gps关闭后时间保持精度 铷原子钟（rb）： 3ms（年）gps接收机及天线l 16通道授时型gps接收机l utc同步精度30ns（rms）l 可预设为单星授时窗口模式l 接收l1,c/a码信号-1575.42mhzl 跟踪及锁定灵敏度可达-160dbml 专用授时gps天线，长度可定制前面板l vfd高亮度液晶屏显示gps收星状态、时间、gps卫星个数、经纬度、高度、各网卡ip、系统工作状态l 三色指示灯指示ntp服务是否启动、网络连接是否正常、ntp请求是否超过8000次/秒和gps是否锁定等后面板l gps 天线入：bnc，1路，l1，1575.42mhz，输出5v dcl 网口： rj-45，4路，10/100自适应以太网接口l console： rj-45，1路，rs232电平，控制接口l tod： db-9 female,2路，rs232电平，时间、位置信息l alarm干接点报警：3对，电源、gps、端口容量报警l 1pps：bnc，1路，精度30ns（rms），脉宽100msl usb：1路，备份、恢复、升级功能l 10mhz：bnc，1路，正弦波信号物理及环境参数l 尺寸：1u机箱44744.5300mml 重量：5kgl 电源：220v 20% 47hz 63hzl 工作温度：-10+55（主机） -40+75（天线）l 存贮温度：-45+85l 湿度： 95无冷凝l 功耗： 50w标准配置l hj210r 主机 1台l 1米电源线 1根l 1.5米控制线 1根l 3米网线1根l 中文说明书 1本l 出厂测试报告 1份l 光盘 1张（说明书、ntpc客户端同步软件、ntpm服务器监控软件、windows/unix/linux/aix/solaris等系统同步参考概要）3.3.2 hj-a30 30米电缆gps天线l 工作频率1575.42mhzl 频宽 20mhz 最小l 驻波比(vswr)1.5 : 1l 信号方向半球型向上l 阻抗 50 ohml 增益 40db2dbl 噪声 1.6dbl 工作电压50.5v 直流l 工作电流25ma l 尺寸93mm x 138mml 馈线长度80米/100米/120米/150米 （可定制）l 接口bnc/tnc/n型 （默认为n型）l 工作温度- 40c +85cl 储存温度- 40c +100c3.3.3 ca23-rp 避雷器 diamond公司的ca23-rp天馈线避雷器安装在通信设备及同轴电缆接头处或两通信设备之间，能有效防止由雷电感应形成的暂态过电压对通信设备的损害。该装置射频插入损耗小，通流容量大，限制电压低，是各种通信设备理想的保护装置。 ca23-rp可安装在同轴电缆接头处或两通信设备之间，接地线截面积不小于6平方毫米，并与被保护设备的接地端相连接，能满足满足gb50174-93、gb50057-94、yd5068-98、yd/t 5098-2001等国家防雷规范要求。l 接口：n型-n型 l 阻抗：50 l 工作频率：dc0-2500mhz l 插入损耗：0.2db l 驻波比vswr：1.1 l 最大传输功率：400w l 放电开始电压：dc 350v 20%l 额定放电电流 ：6ka l 外形尺寸：78x41x20mm l 重量：114g3.3.4中继放大器（当gps天线电缆超过100米时需配置）l 规格： wlnal 工作频率：1575mhz l 增 益：大于26dbl 损 耗：小于3dbl 工作电压：+5vl 接 口：n型-n型l 连接方式：5v in： 连接gps天线端5v out： 连接gps接收机端3.3.5 hjnzs 系列网口数码子钟hjnzs系列数码子钟具备灵活的解决方案，可以通过rs422或irig-b方式与hj210-b主机对时，或者通过网络接口与hj210 ntp主机对时，支持网络对时的子钟本身具有自己独立的ip地址，有rj45网络接口，能接收标准ntp时间协议，对自身的精度进行校准，直接指示时间信息。所有子钟均具有独立的计时功能，平时跟踪hj210 ntp网络时间服务器工作。当子钟接收不到来自hj210发送的时间信号时，仍能依靠自身的晶振独立运行。数字式子钟加电即可自动运行，当收到ntp标准时间信号时，自动刷新，保持一致。子钟对接收到的信息能够进行严格的比对、分析、判断，从而排除了异常信息的干扰。数字式子钟采用 5 英寸发光二极管显示单元（led）显示由数字组成的时间信号，颜色为黑底红字，显示格式为“时：分：秒”、“年：月：日：时：分：秒”，或“年：月：日：时：分：秒：星期”等内容，安装方式为壁挂（默认方式）、吊装、支柱上，可根据现场装修风格而定。技术指标：环境要求： 10+65自身计时精度： 0.1秒/天led显示屏发光强度：40cd/m2led显示屏可视角度：60输入接口： rj45网口接口工作电压： ac220v20%，50hz10%（选件支持poe连接解决方式）型号电平格式接口对时方式供电方式hjnzs-422rs422或rs485db-9 或 三芯航插数据线220v achjnzs-irig-birig-b dc码db-9 或 三芯航插数据线220v achjnzs-net独立ip，tcp/iprj45网络220v achjnzs-pnet独立ip，tcp/iprj45网络poe3.3.6 hjnzz 系列指针式子钟hjnzz系列指针子钟具备灵活的解决方案，可以通过rs422或irig-b方式与hj210-b主机对时，或者通过网络接口与hj210 ntp主机对时，支持网络对时的子钟本身具有自己独立的ip地址，有rj45网络接口，能接收标准ntp时间协议，对自身的精度进行校准，直接指示时间信息。指针式子钟具有自动追时功能。当接收到标准时间信号时，能够以最短距离方式快速调整指针的位置到标准时间。指针式子钟自身有独立的石英晶体振荡器,可与ntp对时，设备也单独运行，其指示方式为：时、分二针或时分秒三针指示。壁挂式子钟需要在安装位置预留进线孔，安装电源和通讯信号插座，以方便安装和维修。设备可以通过220v电源供电，也可以选件支持poe连接供电。型号电平格式接口对时方式供电方式hjnzz-422rs422或rs485db-9 或 三芯航插数据线220v achjnzz-irig-birig-b dc码db-9 或 三芯航插数据线220v achjnzz-net独立ip，tcp/iprj45网络220v achjnzz-pnet独立ip，tcp/iprj45网络poe 单面指针式子钟3.3.7 tft100 数码子钟ip设置软件能自动搜索、获取子钟网卡信息，修改子钟ip、子网掩码、网关、校时地址等信息3.3.8 ntpm 服务器监控软件 ntpm1.0服务器监控软件是hj系列ntp网络时间服务器的远程监控显示软件。具有多级密码设定和权限限定功能和日志记录功能，ntpm运行在监控终端微机上，通过其提供的人机接口，系统管理员可以对ntp网络时间服务器的以下状态进行监视：1)ntp时间服务器主要运行参数。显示主机名、运行时间、网关、dns、及分别显示各个网卡的网络设置。2)gps卫星状态信息。显示目前跟踪的卫星数、服务器gps天线当前位置的水平高度、经度、纬度和锁定状态。3)ntp服务的工作状态参数。显示工作模式、参考时钟、工作状态、网络层次、同步状态。4)gps卫星参考时间显示。显示utc的年、月、日、时、分、秒。5)ntp服务器当前时间显示。显示北京时的年、月、日、时、分、秒。系统管理员可以对ntp网络时间服务器完成以下配置：1)ntp服务器主机参数。包括主机名、网关、dns。2)ntp时间服务器网卡的网络参数。可分别设置网卡的ip、掩码、网关参数。3)ntp服务的配置。3.3.9 netclock 网络子钟监控软件具有多级密码