确切时间是几点？
在时间服务器可以执行的功能中，我们可以在控制系统中命名事件的时间顺序的正确形式，以维护适当的日志，日志，归档信息，构建趋势，图形等。
在视频监视系统中，时间服务器提供将捕获的视频链接到天文时间。此外，该设备还允许您准确比较企业中来自不同信息系统的信息。例如，它可以是视频监视系统和安全系统（例如ACS），继电保护系统和独立的远程机械系统等
。许多信息交换协议直接将时间戳用作传输数据包的一部分。这些协议包括在现代机电系统中使用的IEC-101 / 104。
对于许多工业应用而言，重要的要求之一是信息安全要求，该要求不包括Internet访问以执行时间同步功能。
由于其简单性以及解决时间同步问题的许多历史原因，NTP协议得到了最广泛的应用。除了服务器，控制系统的归档站和操作员站，控制器和HMI面板之外，通信系统的网络设备（受管交换机，路由器等）还可以充当企业中的NTP客户端。
NTP协议
网络时间协议（NTP）是一种网络协议，用于通过可变延迟（延迟）的分组交换数据网络同步计算机系统中的时钟。该协议的高度流行归因于基于以太网的系统的积极发展。该协议的主要优势之一是能够直接通过数据网络传输时间戳，从而消除了对单独的时间总线的需求，例如在1PPS或IRIG-B系统中。该协议于1985年开发，是当今使用的最古老的Internet协议之一。
NTP为大多数应用程序提供了可接受的定时精度。在理想条件下，该协议可以在Internet上支持数十毫秒的时间，而在本地网络上支持高达0.2 ms的时间。不对称的数据路径和网络拥塞可能导致100ms或更长时间的错误。
NTP将设备同步到协调世界时（UTC）。在这种情况下，该协议考虑到由于地球旋转不均匀而导致的leap秒的出现，但不会传输有关本地时区或夏时制的任何信息。
系统结构
NTP使用精确时间源的分层系统。层次结构的每个级别称为“层”（Stratum，layer），并为层次结构顶部的参考时钟分配了一个从0开始的数字。 N层上的时间服务器与N-1层上的服务器同步。数字N表示距参考时钟的距离，用于防止同步期间的循环。 Stratum并不总是衡量质量或可靠性的指标。例如，您可以在第3层上找到比第2
层上的时间源质量更高的时间源。Stratum 0
Stratum 0上的参考时钟是卫星导航系统（GLONASS，GPS等），原子钟或无线电发射机。它们每秒产生一次脉冲信号（1PPS），该信号触发中断并在连接的设备上产生时间戳。第0层设备也称为参考时钟。 NTP服务器无法将其自身定位为Stratum0。在数据包中，如果Stratum字段设置为0，则表示未定义的层。
基于NTP
Stratum 1的同步系统的逻辑结构
该层包含其系统时间与参考时钟相差几毫秒的设备。该层的时间服务器可以与其他Stratum 1服务器以点对点模式工作，以实现冗余和准确性验证。它们也称为主要时间服务器。
Stratum 2
这些设备是通过网络从第1层服务器进行同步的，通常第2层设备会轮询多个第1层服务器，Stratum 2计算机也可以与其他Stratum 2计算机进行对等，从而为同级组中的所有设备提供更稳定，更可靠的时间。节点。
理论最大层数为15；Stratum 16用于指示设备不同步。系统中每个设备上的NTP机制相互作用，为所有客户端创建通往Stratum 1服务器的最短路径。这使数据传输中的累积等待时间最小化，并提高了定时精度。构造具有最小路径长度的生成树的算法基于Bellman-Ford算法。
时标
NTP最初使用64位时间戳，其中包括32位部分（秒）和32位部分（秒），给出了一个每32秒（136年）滚动一次的时间轴，理论上的分辨率为2 -32秒（233皮秒）。倒计时从1900年1月1日开始，因此第一个纪元将在2036年2月7日结束。
NTPv4协议的最新版本引入了128位时间格式：64位为秒，64位为几分之一秒，这提供了超过5840亿年的时间轴，分辨率为0.05秒。此外，引入了一个32位的时代数字段，甚至消除了每个时代结束的理论问题。
时钟同步算法
NTP客户端定期轮询一台或多台服务器。这样，它可以计算时间偏移和往返延迟。时间偏移θ是服务器时钟和客户端时钟之间的绝对时间差，并由以下公式确定：
往返延迟δ定义为信号通过通信线路从客户端传输到服务器再返回的时间。这是发送信号所花费的时间，再加上通过以下方法确认已获得信号所需的时间：
其中t 0-标记用于发送请求包的时间客户端，
t 1-时间戳接收服务器请求包，
t 2-标签服务器时间发送响应数据包，
t 3-接收响应数据包的客户端的时间戳。
计算时间偏移和往返延迟
的算法将计算出的θ和δ值通过滤波器并进行统计分析。丢弃总样本中的异常值，并根据剩余值估算时序偏差。客户知道时间偏移和往返延迟，便调整自己的时间以使θ等于零。
当客户端和服务器之间的入站和出站路由是对称的，即具有相同的延迟时，可以实现准确的同步。如果路由是不对称的，则系统会将数据包从客户端发送到服务器的时间与返回时间之间的差值减半。
传播机制
在大多数情况下，NTP协议使用经典的客户端-服务器操作模型，在该模型中，客户端发送请求，过一会儿从服务器接收响应。但是，该协议允许对等操作，其中两个对等方将彼此视为潜在的时间源。这种操作模式也称为对称。对于网络通信，NTP默认情况下在端口123上使用UDP协议。对于数据传输，可以使用各种机制-单播，广播，多播和多播。
单播模式
NTP最常使用单播模式进行数据传输。在这种模式下，数据分别从一个网络设备传输到另一个网络设备。单播数据包使用该数据包打算用于的设备的特定地址作为目标IP地址。
广播
模式在少量NTP服务器为大量客户端提供服务的情况下，此模式非常方便。在这种模式下，服务器使用广播子网地址定期发送数据包。配置为以这种方式进行同步的客户端接收服务器的广播数据包并与其进行同步。
此模式具有许多功能。首先，广播模式提供的计时精度低于单播。其次，广播数据包只能在同一子网内传输。另外，建议使用身份验证方法来防御入侵者。
组播模式组播
模式的工作方式与广播相同。区别在于，多播组地址用于数据包传递，而不是广播子网地址。为客户端和服务器分配了用于时间同步的多播IP地址。只要连接它们的路由器支持IGMP并配置为传输多播流量，就可以同步位于不同子网中的计算机组。
多播模式
此模式是NTP协议的最新版本（v4）的新增功能。仅当NTP服务器的IP地址未知时，“多播”模式才能用作“多播”模式。通过发送多播消息，客户端搜索多播服务器网络，从每个网络中接收时间样本，然后选择与其进行同步的三个“最佳”服务器。如果其中一台服务器发生故障，客户端将自动更新其列表。
在“多播”模式下运行的客户端和服务器还使用“多播组”地址来传输时间样本。使用相同地址的客户端和服务器形成一个关联。关联数由使用的多播地址数确定。
协议版本
自1985年出现以来，该协议开始积极发展，到1992年已更改了四个版本（从NTPv0到NTPv3）。每个新版本都添加了功能并优化了其工作，但是保留了数据格式不变，并使不同版本彼此兼容。该协议的最后第四版日期为2010年。NTP在今天继续发展，正在开发一种在技术上类似于更精确的PTP（精确时间协议）的解决方案。
SNTP
与1992年的NTPv3同时，引入了该协议的一个简单版本-SNTP（简单NTP）。 SNTP使用与NTP相同的传输和表示格式。同时，SNTP与服务器的算法无关，但是简化了客户端的算法。这就是为什么该协议最常用于不需要高精度的嵌入式系统和设备中的原因。
NTP和SNTP之间的区别在于确定用于同步的最佳服务器的方法和时间校正的方法。因此NTP允许客户端使用数学交集算法（Marzullo算法的重新设计版本）来选择网络上几个最佳服务器，并平稳地调整它们的时间。SNTP使用一台预定义的NTP服务器进行同步，而其他仅在与主设备失去通信的情况下才可以作为备份。在这种情况下，使用SNTP的客户端只能在接收到服务器的响应后立即在跳转中调整时间。
同步系统的典型图及其缺点
传统上，工业设施中的精确时间系统基于NTP服务器，该NTP服务器由与网络设备安装在同一机柜中的主机和安装在室外并使用同轴电缆连接到服务器的远程天线组成。同时，主机具有多个网络接口（以太网或RS-232 / 485），用于连接一个或多个网络中的客户端。
典型的精密计时系统
如果您更仔细地研究此解决方案，您会发现一些缺点。首先，这样的系统缺乏完全的冗余。尽管主机具有多个网络接口并能够在多个网络中提供准确的时间，但它的失败或失败将导致整个站点失去准确时间的来源。在这种解决方案中，主机的完全冗余将使本已昂贵的同步系统更加昂贵。
第二个缺点是需要在机柜中安装时间服务器。对于大型项目而言，这并不是不利条件，但是对于小型本地控制系统而言，这可能是一个严重的问题。
而且，缺点包括需要使用远程天线和同轴电缆。为什么？首先，高质量的GPS / GLONASS天线，长电缆和防啮齿动物的成本很容易超过10,000卢布。2020年价格 在这种情况下，同轴电缆的长度有限，无法从卫星系统传输信号。在50 m以上，信号将显着衰减，这在大型建筑物中是一个严重的限制因素。
传统方法创建同步系统的主要缺点是成本高（通常超过150,000卢布），这不仅会影响小型项目的估算，还会影响大型项目的估算。
如何使系统更便宜，更可靠
现代技术的无条件趋势是创建更加紧凑和用户友好的电子设备。在这方面，时间服务器也不例外。
整个同步解决方案，包括GPS / GLONASS天线，都可以装在一个小盒子里，就像Phoenix Contact在
FL TIMESERVER中所做的那样。该设备基于智能天线原理制造，也就是说，它直接结合了时间服务器和GPS / GLONASS接收器天线的功能。它的设计是唯一使其与通常的解决方案不同的东西。
FL TIMESERVER NTP时间服务器
如实践所示，该设备即使在建筑物内部也能与卫星系统进行通信，但为了获得更可靠的信号，它可以在防尘和防潮等级为IP68的情况下制造，并且可以在-40至+70 C的宽温度范围内运行在这种情况下，时间服务器安装为传统天线，具有来自24 V DC电路和/或通过以太网电缆（PoE）的冗余电源，并使用SNMP诊断。对于室外安装，使用密封的电缆密封套来保持较高的防尘和防潮性能。
在功能方面，没有区别：该设备能够从卫星导航系统（GLONASS，GPS）接收时间戳和地理位置数据，并将此信息广播到以太网上的客户端。
基于Phoenix Contact解决方案的时间系统
使用此解决方案，可以大大简化同步系统，并消除了传统方法的缺点。FL时间服务器只有一个以太网端口，但是如果您需要使用多个接口，则只需将其连接到交换机或使用多个智能天线即可。在这种情况下，我们将获得时间服务器的完整备份，而不仅仅是其网络接口。在这种情况下，最终的解决方案仍将比许多现有的同类产品便宜。 FL TIMESERVER可以移动到网络或自动化机柜之外，从而节省内部空间。该解决方案不需要单独的天线，这里已经内置了天线，我们可以使用常规以太网电缆连接到企业网络。反过来，这使您可以将时间服务器移离主要设备最多100 m，而不必担心信号会消失。这种解决方案的最重要优点是完全不同的价格顺序。一次性服务器的成本不到300欧元，这使得它在小型和大型项目中均可方便使用。