数字电视NTP服务系统建设

期刊目录网软件开发论文发表2020-07-29 10:49关注(1)

　　系统的时钟精度与可靠性一直是数字电视网络系统设计中的一个关键技术问题，系统对时间同步的要求越来越高，很多业务都需要其设备同步于统一的基准时间。本文通过对BOSS和CA系统部署NTP服务系统的实际建设和优化，探讨建设部署方案，并就系统架构、技术指标和风险控制等进行思路分析和经验介绍。

　　关键词：NTP；BOSS系统；CA系统

　　1背景及现状

　　BOSS及CA系统是数字电视核心系统，对时间精度要求高。目前，BOSS系统网内缺少统一的标准时间服务器，各服务器设备按照自己的时间精度运转，设备间的时间差异较大。服务器间的时间差异可能会对BOSS系统运营、出账、数据库以及CA授权造成不良影响，存在较大的安全隐患，因此迫切需要在BOSS及CA系统内部建立高精度安全可靠的时间同步服务器作为统一授时时钟源。

　　2建设目标

　　为了满足BOSS系统内服务器、网络设备、工作站时间准确和统一，系统内部署一台一级时间服务器，时间服务器配置高精度、高可靠的铷原子钟守时系统，作为整个系统的母钟。NTP网络时间服务器可从卫星取得授时，内置高性能铷原子钟，守时精度可达1年3ms。NTP网络时间服务器为整个BOSS系统设备提供准确的授时服务，确保系统内各服务器偏差控制在10ms以内，进而确保数据和日志记录的时间准确性。BOSS系统内服务器、网络设备、工作站各设备配置时间参考源同时指向该一级NTP网络时间服务器，确保时间的稳定可靠，同时客户端配置缓慢调整模式，可规避时间跳变风险，进而保证了整个系统时间的稳定与可靠。

　　3实施方案

　　3.1方案概述

　　为满足BOSS系统时间和数据一致性要求，按同行业管理要求及业务需要，在BOSS生产机房专门建立一套属于自己的时间同步系统。该系统建成后能为BOSS系统内所有服务器、工作站和网络设备提供NTP服务。一套NTP网络时间服务器部署在BOSS系统内，作为主时钟参考源，为系统内各设备提供网络时间服务。实施阶段部署实时监控软件，监控网络中的NTP网络时钟服务器运行状态及偏差情况，并实时报警。系统内所有节点的网络设备、服务器、工作站等设备均配置为缓慢调整模式，将时钟源同时指向NTP网络时间服务器。

　　3.2技术指标

　　（1）时间取源于卫星，即支持GPS、GPS+北斗或单北斗等模式。（2）NTP时间服务器自身实时卫星同步精度1μs。（3）用户终端同步授时精度0.5ms~2ms(局域网典型值)，广域网内实现优于30ms的授时精度。（4）NTP服务支持V2、V3、V4版本。（5）支持NTP请求每秒8000次以上。（6）使用铷原子钟守时，守时精度可达1年3ms。（7）支持两路220V供电，两路电源互为备份。（8）内置锂电池，电池工作时间可达10小时以上，支持室外时钟校正。（9）多种实施策略和防护手段防止“GPS卫星欺骗”。（10）支持Web、SSH、Telnet远程操作。（11）支持千兆网口。

　　3.3时钟服务系统架构

　　本项目配备1台高精度NTP时间服务器，BOSS系统和CA系统服务器客户端均配置该时间服务器为上级时间参考源，保证了数据中心时间的稳定与可靠。NTP时间服务器配有GPS北斗卫星接收装置和铷原子钟，内置铷原子钟具备高精度自守时功能，首次使用时需做卫星时间同步，以后每年做一次卫星时间同步，天线临时连接室外1小时即可。一级网络时间服务器作为授时系统，为生产设备精确授时，是生产核心设备，需要满足安NTP服务器计划部署在BOSS监控区，与监控区接入交换机相连，www网段设备通过外网防火墙与服务器通信，其他网段设备通过内网防火墙与服务器通信，此种架设方案对现有架构更改小，操作方便。时钟服务器只对BOSS系统及CA系统内部设备进行授时，不提供对外授时。

　　3.4具体实施方案

　　BOSS系统内部所有服务器设备没有统一时间源，系统时间与标准UTC时间偏差快慢不一。NTP时钟系统上线后，为各个区域的服务器及网络设备提供UTC授时服务，所有的服务器势必要同步到标准UTC时间上来，相对于系统时间，有缓慢调整，也有手动调整。因此，为确保各个区域服务器系统能稳步过渡与NTP时钟同步，特制定以下策略。3.4.1准备阶段完成合同订立和设备采购及时钟服务器的到位。统计需要与NTP时钟同步的服务器和网络设备信息，包括操作系统类型、版本、当前系统与UTC的偏差。3.4.2上线测试阶段该阶段配置好NTP服务器后，选取各网段有代表性的涵盖系统内所有型号的服务器或网络设备，在不影响运营业务的情况下，配置NTP服务，记录详细实施步骤。3.4.3核心切换一般在测试设备无故障运行一个月后进行核心设备切换，核心切换的设备必须是上线测试过的设备。

　　3.5监控策略

　　服务器监控软件是NTP网络时间服务器的Windows平台监视软件，该软件为C/S架构，无须在客户端安装任何代理软件。监控软件运行在NTP时间网络监控Windows服务器或微机上，在该服务器或微机上需安装TFT标准NTP服务，并配置同步到NTP时间网络。通过其提供的人机接口，管理员可方便地监视NTP时间系统工作状态，并可通过配置提供告警消息，通过Email、Syslog和SNMP自动发送。软件提供如下功能：网内NTP服务器运行状态监视；网内NTP客户端访问状态监控；NTP网络告警参数及信息发送设置；NTP网络监控日志查询。

　　3.6风险控制方案

　　3.6.1“GPS欺骗”的风险规避时间服务器参考源来源于卫星，存在一定的安全隐患，特别是美国GPS系统，战争期间可能出现时间不准确的情况。基于此，应对措施如下。（1）设置北斗卫星为主用，禁止使用GPS为参考源。（2）监控软件在第一时间可以发现并告警时间服务器时间变化情况。（3）在操作人员参与的情况下，时间服务器断开服务网络，短时间内用北斗卫星获取准确时间（1年一次，对时1小时），人工确认无误后，接入服务网络，依靠铷原子钟守时（1年10ms精度）。避免对北斗卫星的依赖，周期时间对时可以消除累计误差。此处需作以下说明：出于对“GPS欺骗”的风险考虑，可以将接收机切换到单北斗模式工作，我们可以使用多数银行规避“GPS欺骗”的方法，断开外接天线，使用内置铷原子钟守时。在内置铷原子钟守时的情况下，建议一年连接一次卫星天线，对于精度要求较高的，可以选择半年或1年同步一次，确保时间精度。3.6.2时间跳变问题出现异常情况时，某一台时间服务器提供的时间可能发生跳变，应对措施如下。（1）监控软件在第一时间可以发现并告警时间服务器时间跳变情况。（2）当客户端与NTP服务器时间相差较大（大于1000s，NTP标准值），客户端NTP服务将会停掉，客户端按照自己的晶振时间行走。（3）NTP协议支持缓慢调整模式，时间差在1000s之内的可以采用缓慢调整方式调整，每秒调整为0.5ms，不会产生大的时间跳变，对于敏感业务应用调整时无需停机。3.6.3设备故障问题时间服务器发生硬件故障，使得NTP服务器无法提供NTP服务及网络通信故障，应对措施如下。若时间服务器故障，监控软件在第一时间可以发现并告警相应异常，提示管理人员处理，各客户端设备将按自己的晶振时间行走。NTP服务器本身及所有直接访问NTP服务器的客户端都在监控软件监控之下，无论NTP服务器运行状态，还是客户端时间偏差，都可得到监控。时间服务器设备共4个网卡，可支持采用Bonding模式，设置网卡互为冗余备份，当主用网卡或网络发生故障时，直接切换到备用网卡或备用网络工作。

　　4结语

　　精确、独立、安全的时钟同步系统是保证数字电视系统安全可靠运行的关键，完善的系统设计、科学的操作管理、合理的结构部署可大大减少系统故障率，提高整个系统的时间精度和准确性。

　　参考文献

　　[1]楚鹰军,刘佳.基于NTP协议的网络时间同步应用与配置[J].现代传输,2013(4).

　　作者：韩桐 贾双华

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