NTP時間同步服務器應用醫院資訊系統的必要性

NTP時間同步服務器應用醫院資訊系統的必要性

NTP時間同步服務器應用醫院資訊系統的必要性

京準電子科技官微——ahjzsz

1.1.1.系統概述

用于醫院、校園、交通等工程的時鐘系統產品必須準確、安全、可靠，在總結公司及國內外同行多年來生產時鐘系統經驗的基礎上，我們采用系統論和程序論的設計思想，應用當今世界上先進的通信及計算機技術，采用分布式結構，設計出具有集散控制、雙機熱備份、自動切換保護、具有高精確性和高可靠性，技術先進、質量優良的大區域子母時鐘系統，在本技術方案書中提供設備均為公司自行研制開發產品，系統設備所采用元器件和零部件（除CUP芯片個別器件之外），絕大部分的設備和元器件均選用國產知名品牌，在軟、硬體的設計上遵循了先進性與可靠性并重的原則，考慮各現場的復雜環境條件，在產品設計上充分考慮南北方的環境差異和建筑風格不同，對產品從外觀設計以及產品內外防護上作了充分準備和考慮，尤其子鐘的外觀設計上與現場裝修設計風格相互協調，達到功能與觀感的完美結合，

時鐘系統對于工程系統可以說是一個不可缺少的重要組成部份，其主要作用是為系統作業人員和廣大人們提供一個標準統一的時間資訊，同時為各科室其它各相關營運系統設備提供統一的標準時間信號與本系統同步，從而實作科室及其全網的時間標準統一，對系統的服務質量起到了重要的作用，

時鐘系統作業原理是由母鐘接收GPS/北斗衛星的時間資訊，母鐘通過串口和NTP以太網介面為其他各系統提供統一的標準時間信號，使網路其他通信系統設備和局域網服務器、計算機作業站與時鐘系統時間同步，從而實作全網統一的時間標準，

1.1.2.系統設計要點

① 本系統所有設備均能滿足每天24小時不間斷連續運行，

② 本系統具備可監控性，通過設定在校園控制中心監控計算機能夠實時監測時鐘系統主要設備的運行狀態及校園時鐘同步情況，

③ 系統設計采用分布式結構，系統由母鐘（Zigbee無線介面、多路串口輸出介面設備、NTP網路授時介面）子鐘及傳輸通道等組成，校園母鐘獨立于上層網，可單獨控制子鐘時間，同樣NTP服務器也可獨立于上層網可對網路提供標準時間信號，

④ 網路母鐘通過接收上層網標準時間或本站GPS/北斗衛星標準時間信號，產生精確時間碼，采用Zigbee無線通訊介面與本站子鐘及其它各系統進行通訊，從而保證整個網路系統時間與上層網或衛星標準時間嚴格同步，

⑤ 綠色環保的設計理念的推廣和全程序控制、低能耗元器件的選擇和使用、低能長壽命發光材料的應用、新型耐用材料的使用、先進的超大規模集成電路技術的引進與應用，使得時鐘系統的總體能耗大幅度降低，提高了時鐘系統的使用壽命，并降低了使用成本，

⑥ 為提高系統的可靠性，系統采用倍訓控制，實施隔離技術、掉電保護、軟體自診斷措施等，軟硬體設計采用較大冗余度，

⑦ 本系統的設計遵循了成熟、精確、簡單、可靠、易擴容、易管理的原則，以確保長期運行的安全、可靠及低成本，同時易于管理和擴展，并保持了一定時期內的先進性，

⑧ 本系統的設計充分考慮了高鐵交通的特性，特別注意了電磁電機所產生的電磁波對時鐘系統的干擾，采用了抗電磁、抗電氣干擾的設備和電纜，并采取了必要的防護措施，

⑨ 本系統可以很方便地進行擴展和升級，對每個節點的校園母鐘系統的改動都不會影響整個系統，

1.1.3.系統構成

1.1.3.1.系統結構圖

 1.1.3.2.系統功能

同步校對功能:

網路母鐘接收來自上層網（母鐘）時鐘源標準時間（主用外時鐘源）或本站設定的GPS/北斗時間碼信號（備用外時鐘源），用以校準自身的內部時鐘精度，與上層網標準時間和本站GPS/北斗標準時間保持同步， 網路母鐘在上層網和GPS/北斗信號同時失效后，母鐘自動切換到母鐘自身高穩定作業母鐘上，

時間顯示：

母鐘按時：分：秒格式顯示時間；數字式子鐘為時：分：秒顯示（或可選用帶日期顯示），日期顯示：

母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒等全時標時間資訊，可以顯示所負載的子鐘的運行資訊，

為其它系統提供標準時間信號：

母鐘設備設有NTP以太網介面輸出介面，以太網(NTP協議)介面信號給其它系統設備，

系統熱備份功能：

母鐘均由主、備母鐘組成，具有熱備份功能，當主母鐘出現故障時，系統立刻能檢測到并自動切換到備母鐘，備母鐘全面代替主母鐘作業，主母鐘恢復正常后，備母鐘立即切換回主母鐘，

網路母鐘功能：

網路母鐘的主備信號處理單元是整個校園時鐘系統的中樞部分，其作業的穩定性很大程度上決定了整個系統的可靠性，因此將其設計為主、備機配置的雙機系統模式，主、備機具有自檢和互檢功能，并且主、備機之間可實作自動或手動切換，網路母鐘的輸出為數字信號，符合行業標準及國際電信聯盟（ITU）相關規范，

⑴ 網路母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒等全時標時間資訊，

網路母鐘面板指示器顯示以下資訊：

ⅰ.GPS/北斗資料有效數量

ⅱ.上層網資料有效指示

ⅲ.電源狀況

ⅳ.以YY-MM-DD（年-月-日）格式顯示時鐘設備輸出的日期

ⅴ. 以HH-MM-SS（時-分-秒）格式顯示時鐘設備輸出的時間，可在12小時和24小時兩種格式之間切換，

ⅵ 本地故障報警指示燈

網路母鐘有以下告警輸出，

ⅰ.GPS/北斗信號故障

ⅱ. BITS信號故障

ⅲ.輸出故障

ⅳ.電源故障

Ⅴ.附屬系統故障

⑵網路母鐘與GPS/北斗或上層網標準時間保持同步，

⑶ 網路母鐘可通過設定在帶鎖前面板上的鍵盤實作對時間的統一調整，

⑷ 網路母鐘能夠接收水產苗種和GPS/北斗時間信號，但當外部時鐘源發生故障或時間信號中斷時，傳真民主母鐘經判斷確認后立即進入“自由運行”模式，判斷外部時鐘源實效的程序不超過5秒鐘，處于自由運行模式時，網路母鐘根據最后收到的上層網或GPS/北斗信號來生成時間資訊為參照時間，在外部信號中斷期間，網路母鐘繼續獨立作業，采用自身的高穩定晶振產生的時間信號作為時間基準，以“獨立運行”模式運行，使其本身及附屬系統保持連續性，并同時向時鐘系統維護終端及武廣線調度中心集中告警發出告警，

⑸網路母鐘具有統一調整起始時間、變更時鐘快慢的功能，

⑹網路母鐘通過傳輸線纜提供的資料通道經由分路輸出介面箱接收校園母鐘回送的自身和校園母鐘所屬子鐘的運行狀態資訊，

⑺ 網路母鐘具有夏令時的設定和定時切換功能，該功能主要考慮了將來可以適應該地區統一實行夏時制的需要，平時為關閉狀態，需要時可以立即激活，以免人工干預，

⑻網路母鐘能夠實時檢測市電電網的頻率波動情況，當頻率波動過大時，可發出報警以提醒設備管理人員采取必要措施，

⑼網路母鐘通過標準的RS232/422介面與調度中心維護終端以或鐵道部監控中心的集中告警網管相連，以實作對時鐘系統主要設備和部件的監控，

⑽ 網路母鐘通過10路標準的RS422/485介面，向運營組織、客運管理部門、校園及信號、公務電話系統、專用電話系統、無線系統、廣播系統、AFC系統、錄音系統、PIS系統、信號系統、MCS系統和SCADA系統等及其他需要統一時間的子系統發送全時標時間信號，以實作各通信子系統時間的嚴格統一，

⑾ 網路母鐘通過對主、備母鐘作業狀態的回圈自檢和互檢，在發現故障時能夠立即實作母鐘主、備機的自動轉換，平常主、備母鐘也可以手動轉換，

⑿系統作業時間：25年×365天×24小時連續不間斷作業，不加接放大器和中繼設備采用普通五類UTP傳輸，校園母鐘驅動子鐘的極限線距為1500米（光纖傳輸不受距離限制），

子鐘功能

各網路的子鐘均通過NTP介面，采用直接電纜以點對多點的方式與校園母鐘相連，接收校園母鐘發送的同步時間信號，對自身的內部時鐘進行校準，向作業人員及乘客直接指示時間資訊，子鐘在接收到標準時間信號后，向所屬校園母鐘回送自身的作業狀態，

子鐘不直接接入校園電源系統均由校園母鐘采用點對點的方式提供220V交流電源，各子鐘通過點亮時鐘面板上的LED指示燈，表示接收到正確的控制資料，并已與校園母鐘同步，

當子鐘從本地校園母鐘接收到有效控制信號時，其與校園母鐘的時間誤差不得超過10微妙，

所有子鐘均具有獨立的計時功能，平時跟蹤校園母鐘作業，當校園母鐘出現故障或因其它原因，接收不到同步時間信號時，子鐘仍能依靠自身晶振作業，并通過RS422介面向上層網或校園母鐘發送告警資訊，

信號中斷時，子鐘將進入“自由運行”模式，LED指示燈熄滅，在重新接收到有效的控制資料之后，子鐘將自動校準，數字式子鐘校準在1秒內完成，模擬式子鐘最長追時距離為6小時（可正轉和反轉追時），按60倍速需6分鐘完成追時，除非子鐘發生故障，無需對顯示時間進行人工調整均，

本工程采用的子鐘為數字式子鐘和模擬式子鐘兩種型別嵌入式子鐘全部嵌入到校園站臺和站廳的引導屏上，在其上按照時鐘系統給定的尺寸開視窗，子鐘以封閉獨立模塊嵌入到該視窗內，電源線和信號線單獨引入，

所有子鐘均具有記憶功能，內置實時時鐘集成電路和可充電電池，停電后可繼續保持實時時間資料十年，來電后數字式子鐘立即自動重繪和顯示正確時間，模擬式子鐘自動進入追時程式，自動計算選擇最短路徑正撥或倒撥，以60倍速快速追到正確時間后正常運行，

在各種光照條件下（例如較強的直射陽光），所有子鐘都清晰可見，

子鐘外殼采用不銹鋼或鋁等金屬材料，子鐘護罩的設計效果圖見外觀圖，該外觀設計符合規范規定的各項要求，充分考慮到子鐘和子鐘箱在校園內的視覺影響，機箱設計也考慮了人體工程學因素及與校園設計的總體協調性，

子鐘護罩選色范圍不限，可以按照業主要求的顏色的色標制作，選色將由業主在設計聯絡程序中決定，

所有子鐘護罩均配備防破碎、防反射玻璃或麻面板，

維護終端功能

各校園設定時鐘系統監測管理PC機即維護終端，可進行系統性能管理、配置管理、故障管理、安全管理，監控軟體用VisualBasic6.0編制而成，運行于WINDOWS XP HOME 作業系統，監控界面采用全中文顯示、下拉選單模式，具有友好的人機界面、良好的開放性和可擴充性，可以很方便地進行需要監控的校園母鐘和子鐘數量的增刪和更改，它通過標準的RS232/422介面與上層網相連，具有集中維護和自診斷功能，

維護終端能夠實時檢測鐵路校園級時鐘系統主要設備的運行狀態，對系統的作業狀態、故障狀態進行顯示、列印、存檔，并能夠對全線時鐘進行點對點的控制，其主要監控及顯示的內容包括：

⑴ 上層網和GPS/北斗信號的接收狀態

⑵ 信號處理單元的作業狀態

⑶ 校園母鐘、每個子鐘的作業狀態

⑷ 輸出介面的作業狀態

⑸ 傳輸通道的作業狀態

⑹ 對全線時鐘系統的控制

⑺ 電源的作業狀態

⑻ 基本故障排除原則等幫助資訊

監控終端還能對故障狀態及時間進行列印和存盤記錄，系統出現故障時能夠發出聲光報警，指示故障部位，同時，故障資訊能夠傳輸到客服資訊平臺的集中告警終端，以便與客服資訊系統集中管理（通過網卡實作），另外，還可實作遠程聯網報警，及時將相關資訊傳送到不在故障現場的設備管理人員的通訊工具上，

NTP服務器功能

網路時間協議（Network Time Protocol）是一種通過因特網服務于計算機時鐘的同步時間協議，它提供了一種同步時間機制，能在龐大而復雜多樣因特網中用光速調整時間分配，它使用的是可回傳時間設計方案，其特點是：時間服務器是一種分布式子網，能自我組織操作、分層管理配置，經過有線或無線方式同步邏輯時鐘達到國家標準時間，此外，通過本地路由選擇運演算法則及時間后臺程式，服務器可以重新分配標準時間，

NTP 的設計帶來了三種產品 — 時鐘偏移、時間延遲及差量，所有這三種與指定參考時鐘都是相關聯的，時鐘偏移表示調整本地時鐘與參考時鐘相一致而產生的偏引數；時間延遲表示在指定時間內發送訊息與參考時鐘間的延時時間；差量表示了相對于參考時鐘本地時鐘的最大偏差錯誤，因為大多數主機時間服務器通過其它對等時間服務器達到同步，所以這三種產品中的每一種都有兩個組成部分：其一是由對等決定的部分，這部分是相對于原始標準時間的參考來源而言；其二是由主機衡量的部分，這部分是相對于對等而言，每一部分在協議中都是獨立維持的，從而可以使錯誤控制和子網本身的管理操作變得容易，它們不僅提供了偏移和延遲的精密測量，而且提供了明確的最大錯誤范圍，這樣用戶介面不但可以決定時間，而且可以決定時間的準確度，

采用工業級標準，19英寸標準機架式，通過接收衛星的標準時間信號，先同步自身內部時鐘，然后再通過10M/100M以太網卡同步局域網內的計算機設備，具體硬體配置如下：

1、輸入信號：時間碼Time code：BNC或DB9

2、輸出信號：10BaseT/100BaseT以太網介面/RJ45用于NTP  

時間碼Time code：BNC或DB9

3、管理埠：10BaseT/100BaseT以太網介面/RJ45用于管理

RS-232：終端介面用于配置  

4、網路時間同步精度：TCP/IP網路上的NTP-1-10ms

5、環境要求：作業溫度：0～＋50℃；

6、供電電源：交流電220V±25%，50Hz±5%；

7、電源頻率：50Hz±5%，

8、功率：≤15W

9、平均無故障時間（MFBF）：≥7萬小時

1.1.3.3.設備配置及性能指標

設備性能指標：

網路母鐘

☉供電電源：交流電220V±15%，50Hz±5%

☉同步精度：正常接收GPS/北斗/上層網信號時，與上層網/GPS/北斗信號的時間誤差不超過≤±1微秒

☉可帶≤120臺二級母鐘，可帶指標式和數字式子鐘4200面

☉跟子鐘同步精誤差≤10ms

☉NTP服務器≤2ms，BITS服務器≤2ns

☉可擴展NTP服務器功能

☉自由運行精度優于：

ⅰ.經一小時運行后，精度達到99.998%

ⅱ.經一周運行后，精度達到99.9997%

☉GPS/北斗信號恢復時自動校準完成時長：5秒

☉自身晶振精度：1×10^－8秒/天

☉輸出介面：標準RS422介面/NTP介面

☉子鐘負載方式：點對多點

☉傳輸距離： 網線的標準通訊距離

☉功耗：小于10W

☉環境溫度: -10℃～+65℃

☉相對濕度: 5％～95％

GPS/北斗接收裝置

☉跟蹤衛星數：≥6顆衛星同時跟蹤

☉計時精度：0.1秒/年

☉介面方式：標準RS-422介面

☉天線饋線長度：30米

☉天線：具備避雷裝置，防水、防腐，防護等級不低于IP65

☉信號傳輸距離：100米

☉供電電源：AC220V±20%，50Hz±5%

單面數字子鐘

☉顯示時分秒、年月日、星期可選，

☉支持同步公、私網NTP時間服務器，

☉支持倒計時顯示時間，

☉可遠程軟體關閉時鐘顯示，減少能耗，

☉版面各顯示模塊亮度軟體可調，確保顯示版面LED亮度勻稱，

☉時鐘自動切換主、備NTP時間服務器地址，

☉時鐘軟體可在線升級，

☉數碼管筆端故障自動掃描報警，

☉支持網路化批量化管理

☉計時精度：0.5秒/天

☉作業電源：AC 220V  50Hz

☉作業溫度：-20~70℃

☉外形尺寸：70*30*5cm；70*19*5cm；

☉LED顯示單元發光強度：≥200cd/㎡

☉對比度：≥10：1

☉LED顯示屏可視視角：≥±65o

☉LED顯示屏MTBF：≥50000小時

☉獨立計時精度：≤±0.5秒/天

☉環境要求：作業溫度-40～＋50℃

NTP網路時間服務器

☉輸入信號：時間碼Time code：BNC或DB9

☉輸出信號：10BaseT/100BaseT以太網介面/RJ45用于NTP  

時間碼Time code：BNC或DB9

☉管理埠：10BaseT/100BaseT以太網介面/RJ45用于管理

RS-232：終端介面用于配置  

☉網路時間同步精度：TCP/IP網路上的NTP：1-10ms

☉環境要求：作業溫度：0～＋50℃；

☉供電電源：交流電220V±25%，50Hz±5%；

☉電源頻率：50Hz±5%，

☉功率：≤15W

☉平均無故障時間（MFBF）：≥7萬小時

設備配置詳細描述

在每個網路通信控制室（機房）設定一臺NTP時鐘服務器于機柜，在其他的各個科室大廳、走廊、通道等醒目處及住院房屋內設子鐘顯示屏；NTP時鐘服務器設備包括NTP以太網輸出介面、GPS/北斗信號接收處理器以及供子鐘顯示屏同步的網路介面信號， 

詳細描述如下表：

標籤：訊息安全

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