网络时间同步算法中时间延时优化方案

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1、网络时间同步算法中时间延时优化方案赵斌1,贺鹏1,2,易娜1(1.三峡大学电气信息学院，湖北宜昌443002；2.三峡大学信息技术中心，湖北宜昌443002)(jnzhaobin@ctgu.edu.cn)摘要：针对NTP技术中的对网络时间延时测量的不足，本文提出了在网络支持下的高精度时间同步方法。该方法是采用数据包丢失技术，通过比较传送的数据报文中的特殊队列值和所经过的路由器中数据包的排队队列长度值来决定是否对当前数据报文丢弃。仿真实验表明：这种技术具有很好的可行性。关键词：时间延时；自我丢包；时间同步；中图分类号：TP391文献标识码：AOptimizationofdelayi

2、nnetworktimesynchronizationalgorithmZHAOBin1,HEPeng1,2,YINa1(1.CollegeofElectricalEngineering&InformationScience,ChinaThreeGorgesUniv.,YichangHubei44300,China2.InformationTechnologyCenter,ChinaThreeGorgesUniv.,YichangHubei44300,China)Abstract:Inordertoimprovemeasuredprecisionoftimedelay,ahigh

3、lyprecisetimesynchronizationtechniqueswasproposed.Itistheself-discardingpackettechniquewhichisameansofdeterminingtransferbycomparingthequeuelengthofthetransitingrouterwithaspecifiedqueuevalueonthepacket.Simulationresultsshowithasaneffectivefeasibility.Keywords:timedelay;self-discardingpacket;

4、timesynchronization0引言随着计算机网络的高速发展，各种涉及时间戳相关的应用和服务，如：实时的网上交易、制造过程控制、网络安全性设计、分布式的网络计算和处理以及数据库文件管理等对时间精度提出了更高的要求。传统的基于NTP协议的时间同步算法，是建立在客户机和服务器进行通信中，请求数据包和应答数据包的往返延时相等的前提下，达到时间同步的目的[1][2]。往往由于网络阻塞的原因，单向传递延时和接收延时是不能视为相等。因此，由于单向延时的影响，导致NTP时间同步算法有数十毫秒的时延误差。而当前比较成熟的高精度GPS时间同步技术精确度在1毫秒之内，但是需要安装户外天线，被

5、限制了使用范围[3]。在网络仿真环境支持的前提下，本文提出了在时间同步算法中处理单向延时的方法，降低网络抖动，提高时间同步的精确度。1时间同步技术1.1NTP技术网络时间协议NTP（NetworkTimeProtocol）是用于互联网中时间同步的标准互联网协议。NTP协议利用层次式时间分布模型把计算机客户端的时间同步到某些外部时间源的时间标准。目前常采用的时间标准是来自一级时间服务器的世界协调时UTC（UniversalTimeCoordinated）。NTP时间戳以64bit无符号的定点数表示，整数部分以高32bit表示，相对于基准1990.01.0100:00:00记录当前的

6、秒累积数；小数部分以低32bit表示，其精确度可达200皮秒[4]。NTP时间同步算法根据服务器和客户端的往返报文来确定两地时钟的差值和报文在网络中传输的延迟，在往返延时假设相等的条件下，获得精确的时间同步。图1中，T1和T4是客户端时钟记录的发送NTP报文和接收NTP报文的时间，T2和T3是服务器端时钟记录的接收和发送NTP报文的时间。这里可以设定服务器的时钟是准确的，服务器和客户端时钟的时间偏差是∆，从客户端发送报文到服务器端的网络延时是d1，从服务器到客户端的网络延时是d2，可以列出三个方程式：服务器客户机t2t3t1t4图1网络延迟和时钟偏差测量图头T2-T1=∆+d1T

7、4-T3=d2-∆∆=((T1-T2)-(T4-T3)-(d1-d2))/2NTP算法是在网络延时d1和d2对称（d1-d2=0）的条件下，计算出时间偏差∆。但是在网络发生抖动时，这种测量方式就会产生大的误差，降低了同步效果。1.2NTP时间延时的精确测量NTP算法试图通过上述静态方法来提高时间同步的精确度，却不能消除报文单向延时的抖动造成的影响，而使NTP算法变得更加复杂[5]。报文在网络传输过程中，经过路由器的排队等待转发的时间延时是造成网络时延的主要方面，为了使网络的传输延