NTP時間同步服務器（時鐘服務器）如何助力橋梁監控系統的？
NTP時間同步服務器（時鐘服務器）如何助力橋梁監控系統的？
京準電子科技官微——ahjzsz
一、分布式測控系統和實時仿真系統簡介
分布式測控系統通常由多個子系統組成，他們之間協調作業，共同完成測控任務，分布式測控系統可緩解單機測控系統的負擔，隨著測控技術的日益發展和成熟，現代工程試驗，尤其是大型軍工試驗中，需要測驗、控制的專案種類越來越多，對各種測控專案的實時性、同步性和測控精度等都提出了更高的要求，
分步式實時仿真系統采用一致的結構、標準和演算法，通過網路將分散在不同地理位置的不同型別的仿真應用和真實世界互聯，支持異地分布的真實的、虛擬的和異構的平臺級仿真應用之間的資料交換和互操作，建立一種人可以參與互動的綜合仿真環境，由于試驗場地面積有限，各大型仿真非標設備常分布于不同樓宇的試驗室內，完成仿真試驗需要多樓宇、多試驗室跨域聯合進行，這對多試驗室遠程互連及并行試驗提出了迫切的需求，而遠程協同仿真技術中的資料實時互動技術是解決上述問題的關鍵，
二、分布式實時仿真系統對遠程時間同步的需求
分布式仿真技術結合了計算機網路技術與虛擬現實技術，采用協調一致的結構、標準、協議和資料庫，通過局域網/廣域網將各個仿真節點的軟體、硬體和仿真環境整合為一體，共同完成仿真任務，隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，分布式仿真技術對連接各仿真節點的通信網路在實時性、傳輸速率、傳輸資料多樣性等方面提出了更高的要求，
1、系統時間同步
在分布式實時仿真系統中，系統的各部分之間的遠程時間同步非常重要，例如圖形作業站、驅動控制系統、仿真機、主控機、轉臺控制計算機等設備之間的時間同步，以及如何確定仿真開始時間、如何確定圖形生成開始時間、如何確定資料傳輸時間、如何及時讀取資料等都是需要面臨的問題，
2、仿真時間同步
統一的時間周期起始點是保證仿真正常推進，資料真實可靠的基礎，仿真同步性要求仿真各個節點在統一的時間周期起始點，并且按照規定的仿真步長向前推進，統一的時間周期起始點是指系統運行仿真各個子節點需要采用統一的時刻作為仿真起始時間戳，之后各節點的仿真步長均在這個仿真起始時間戳的基礎上累加，
三、分布式實時仿真系統的解決方案
在現代測驗系統中，怎樣保證各個模塊之間的同步以及測量的實時性是一個非常重要的課題，光纖反射記憶體網路（RMN，Reflective Memory Network）因為內在的延遲確定、延遲時間短、支持跨平臺等特點在實時系統中得到了廣泛的應用，可采用光纖集線器（光纖HUB）進行實時光纖反射記憶體網路硬體平臺搭建，實作多試驗室協同試驗仿真，
光纖反射記憶體網是一種共享存盤器資料的高速實時計算機網路，光纖反射記憶體網實際上是在每臺被連接的計算機里都安裝一塊反射記憶體卡，各反射記憶體卡通過光纖進行連接，
基于光纖反射記憶體網進行遠程異地協同仿真，很好解決了試驗室設備互聯及高速實時資料共享的問題，大大地提高了半實物仿真試驗室光纖組網及布線的靈活性，可以實作20km級的跨區域的低延遲實時資料共享，使試驗室具備了多試驗室遠程協同并行開展多項試驗的能力，同時具備單一試驗室同時服務于多個試驗的能力，
1、光纖反射記憶體網的作業原理
基于記憶體共享技術的光纖反射記憶體網是由計算機節點互聯構成的實時網路，組成光纖反射記憶體網，需要在每臺計算機中插入反射記憶體卡，這樣計算機和反射記憶體卡就構成了光纖反射記憶體網的各個節點，各個節點之間通過光纖等傳輸介質連接而成，為了節省成本，距離較近的(300m以內)設備采用多模光纖連接到本地光纖HUB，相距較遠的(300m～20Km)設備采用單模光纖連接，
每個節點的反射記憶體卡的存盤器中都有其他節點的反射記憶體卡的共享資料的拷貝，每個節點包括一個反射記憶體板，每個反射記憶體板配備一個大容量的雙口存盤器，雙口存盤器的一端連接到計算機的本地總線，另一端經過FIFO、編碼/解碼、并/串變換等處理后，連接到光纖，網路上每個反射記憶體板都占有一段記憶體地址，任何時刻網上任何計算機向本地反射記憶體板寫資料時，該資料和相應的記憶體地址將在極短時間內被廣播到網上其他所有反射記憶體板并存盤在相同的位置，并且，所有節點的更新時間與網路上實際連接的節點數量無關，每個節點的光纖介面板的板載存盤器都可由其他節點共享，因此在邏輯上全網的所有節點共享同一塊存盤器，資料一點寫入，多點同時更新，通過這種廣播式方式實作了資料的高速傳輸與共享，反射記憶體網具有確定的非常小的資料延遲，兩個節點之間的資料傳輸延遲只有400ns，因此，在一個節點數目固定的環形網路上，任意兩個節點之間的資料傳輸延遲都是確定的，并且是可以計算的，
光纖反射記憶體網的核心器件是光纖反射記憶體網路介面板，可采用VME、PCI、CPCI、PMC等總線構架，負責連接計算機與光纖網路，整個光纖網路通過光纖和光纖反射記憶體網路介面板連接在一起，計算機通過對介面板的操作來完成對共享存盤器的寫入和讀取，以GE公司PCI5565型介面板為例，最大可支持共享記憶體256MB，網路可容納256個節點，理論最大傳輸速率可達到170MB／s，實際的點對點測驗結果高達80MB／s，
在光纖反射記憶體網路中,反射記憶體在物理上分布于各個計算機中(反射記憶體卡中)，邏輯上共享同一段記憶體地址，任何一臺計算機都可以像訪問普通記憶體一樣方便地訪問共享的反射記憶體，由于反射記憶體網路采用了簡化的網路協議，所以具有非常高的傳輸速度，完全滿足如紅外影像實時生成系統等對實時性要求很高的仿真系統的要求，
2、光纖反射記憶體網的拓撲結構
光纖反射記憶體網的物理拓撲結構主要有兩種：一種為環形拓撲；另一種為星型拓撲，如果選用環型拓撲連接，網上所有的反射記憶體板將通過光纖串聯起來，如果采用星型拓撲連接，網上所有的反射記憶體板將連接到光纖HUB上的自動光纖旁路板，這種星型連接只是物理上的星型連接，從邏輯上看還是環形連接，
圖1 環型光纖反射網示意圖
圖2 星型光纖反射網示意圖
環型反射記憶體網路的優點是整個網路不需要額外的集線器資源，并且光纖使用數量比星型少一半左右，成本很低，其缺點是當環型網路中的一個節點發生故障，則整個反射記憶體網路都會癱瘓，星型連接則采用光纖集線器（也稱為光纖交換機）作為資料中繼轉發設備，網路中每個節點先將資料傳輸到集線器，集線器將資料進行相應處理后，再同時轉發給其它節點，光纖集線器的使用，可以對資料流進行實時監視，旁路錯誤節點，并且資料更新時間大大縮短，總體來講，環形拓撲比星形拓撲更適合反射記憶體網，
四、遠程時間同步解決方案
為了解決分布式測控系統和實時仿真系統遠程時間同步的問題，公司提出在基于光纖反射記憶體網路的基礎上，采用TFT系列高精度光纖時間頻率傳遞設備和時統信號接收子板（PCI或PCIe）的方式，實作分布式測控系統和實時仿真系統的時間同步，
整個時統設備由主站時鐘、從站時鐘、光纖集線器、時統信號接收子板（PCI或PCIe）和配套連接光纜構成，如圖3所示，
時統設備通過高性能的原子鐘和光纖交換傳遞，給出精確的時間或確定的時間基準，滿足系統內部各用戶之間的高精度時間同步要求，另外通過北斗/GPS衛星授時手段實作可實作與系統其它部門、單元之間的遠距離時間同步和協同，
主站時鐘輸出高精度時頻信號的參考源，經過光纖傳輸給從站時鐘，再經光纖傳送到時統信號接收板卡，時統信號接收子板獲取、決議主站時鐘下發的時頻資訊，通過計算處理，為用戶提供標準的時間資訊和用戶設定的時鐘同步中斷信號，供用戶實時仿真系統資料同步使用，光纖集線器主要用于實時仿真系統中多塊光纖反射記憶體網路介面板進行組網，此外，公司還提供專用的便攜式檢測除錯設備，用于復現主時鐘信號，供給平時檢測、除錯使用，
圖3 時統設備組網示意圖
采用安徽京準電子科技公司的遠程時間信號同步解決方案，實作的測控系統和仿真系統在時統性能方面可以達到以下技術指標：
- 時鐘同步精度優于±10ns；
- 幀時鐘（0.2ms）傳輸延遲小于10μs；
- 授時設備主站時鐘源穩定性優于1×10-11/日（衛星信號鎖定）；
- 時標同步網路上，各個時統信號接收板卡生成的本地同步中斷或同步脈沖之間的誤差不超過40ns；
- 同步時鐘信號最小輸出間隔周期不大于10μs；
- 時統信號接收板卡支持的實時光纖網路通訊速率不小于2.125Gbps；
- 時鐘信號最大傳輸距離不小于5km（不考慮時鐘信號傳輸延時），
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