GPS北斗卫星时钟同步系统提升电信支撑网性能

GPS北斗卫星时钟同步系统提升电信支撑网性能

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各项新的数据业务，如电子商务、多媒体通信、IP电话等都是电信业务发展的新增长点，而传统业务也存在多家企业互连互通和网间结算问题，并且通信业务所涉及的安全、认证及计费等，都与一个共同的标志“时间”有着密切联系。精确的“时间”标志对于现代通信网显得越来越重要，因此，在通信网中引入新的支撑网—时间同步网是完全必要的。

电信网络中有各种功能的子网，如程控电话网、IN智能网，PHS无线市话网、数据通信网、160/168声讯系统、多媒体通信网、软交换、NGN网络以及其他支撑网络和管理网络，这些网络中的绝大部分设备使用的时间都是由设备内部时钟来提供的。这些网络中承载的计费、维护、管理等功能对时间设备的需求精确高，所以系统要求在网络之间传递的信息能够在时间上保持高度一致，精确地跟踪北京标准时间。而通过人工定期或不定期地对设备内部时钟进行校准时，引入的人为误差和时间延迟以及设备内部时间源的质量差异所造成的时间偏差，会导致网络中各设备的时间不一致。

基于以上考虑，某电信公司从2004到2007年进行了两期时间同步系统建设，构造了基于各本地网BITS一级时间服务的时间同步系统，该系统建设了21个本地网同步子系统和省统一网管。目前该系统实现了对交换网元和数据网元的时间同步，接入了包括各本地网程控交换机PSTN、智能网、软交换、NGN、BIMS、PHS、声讯系统等在内的业务设备。

    时间同步系统的改善

对电信网的各子网上各种时间设备进行UTC（绝对时间）时间同步，必须解决三个方面的问题：选取高精度的时间源；确定合理的同步方案；必要的偏差补偿措施。

1.交换网元时间同步实现

某电信公司网络对交换设备（交换网元）时间同步的实现：系统通过网管或其它设备接口获取被同步对象时间值，与绝对时间源比对，根据预置的误差阀值自动校准被同步对象时间，或启动告警，由操作人员确认是否要校正，操作人员确认后系统自动完成调整操作。时间校准流程图见图1。

图1 时间校准主要流程

交换机时间的校准需考虑三个问题：交换机时间是否需要校准；校准交换机时间的时机；交换机时间应怎样进行校准。

根据实际生产情况和系统的安全性、集中管理性要求，时间同步系统可通过本地网网管监控系统采用端口复用方式进行时间校准命令的传送，此种方式主要解决了交换机端口不足的情况。时间同步系统前置机可待端口空闲时通过本地网管采集机向交换机发出时间校准命令，这样既节约交换机端口资源又不需改变原有网管监控系统与交换机的组网方式。

2.数据网元时间同步实现

数据网元一般采用NTP和SNTP方式同步。SNTP与NTP相同，只是客户端软件做的处理较少。NTP是基于TCP/IP的一种时间传递协议。系统通过以太网络，利用NTP同步数据网元，或者为数据网元提供标准时间输出，由业务系统同步标准时间。某电信公司时间同步网共接入了十多套数据网元，其中包括BIMS系统、UTipas系统、声讯系统、智能网系统、软交换平台等。不同的数据网元基于的不同操作系统平台，其中包括HP_ux、IBM-UNIX、SUNsolaris和windows2000/xp/2003。

某电信公司时间同步网对数据网元的授时，统一采用设置三级时间服务器方式。该方式须在数据网元内部选定一台或两台机器作为三级TS，三级TS同步到时间同步网的时间服务器，系统内的其他主机与三级TS保持同步，如图2所示。

图2 时间同步网对数据网元的授时

3．时间同步系统的具体应用

(1)在计费方面的应用

目前业务网络中对时间同步明确的需求，主要来自于通话计费的需要，包括电话计费、宽/窄带上网计费、智能网业务计费等。因此PSTN交换机、PHS交换机、IP网络RADIUS、智能网业务平台等应该接入时间同步网络。随着软交换乃至今后3G业务发展，可能有更多的增值业务逐步实现，这些业务平台的计费也将需要时间同步。

对于固定电话网，每个通话的计费信息，包括该呼叫的主被叫号码和起止时刻由主叫局给出。呼叫起止时刻的时间标签是主叫局交换机本身时钟的时间。当该呼叫是本地网呼叫时，计费的主叫局是主叫市话端局；当该呼叫是长途呼叫时，计费的主叫局是主叫长话局。如果市话局交换机时钟的时刻与长话局交换机时钟的时刻存在较大差异，则计费话单上就有可能出现一部话机“同时间内打两个电话”（同时打市话和长话）的矛盾记录。

(2)在网间结算方面的应用

多家运营商共同经营通信市场，必然存在互联互通、网间结算的问题。而且，用户要求提高服务质量明明白白打电话，电话费要有计费详细清单。计费单位变小也是一种趋势。这些都要求计费准确性高，尤其是在不同运营商网间结算中准确性要求更高。

(3)软交换网络的应用

软交换网络中，计费信息主要产生在软交换设备上。目前软交换设备产生的计费时间单位达0.1s位，因此为软交换计费提供时间标准的时间源精度应该达到50ms以下级别。其计费、管理将需要时间同步，因此软交换核心网平台需要进行时间同步。

(4)PHS网络的应用

PHS网络同步实际状况一般是选定PHS网络中的某一台网管服务器来作为时间源，在PHS内部实现了时间上的同步，与标准时间以及外部网络可能存在偏差，过一段时间必须人工调整，存在偏差大、人工维护等方面问题。

(5)信令监测的应用

为避免因信令先后顺序的错误而产生虚假信息，必须要求所有信令流的时间信息是准确无误的。由于信令流的时间标签是由各信令采集点分别产生的，因此各个信令采集点必须保持时间同步。

(6)智能网业务平台的应用

目前，成都电信智能网主要包括3个厂家的设备，各业务子网相对独立，时间标签没有统一，给计费核算、定位故障、日常维护造成了不便。

    时间同步系统的后期建设应用

1.IDC网络的应用

电信互联网数据中心IDC除了能提供Internet接入服务之外，还能向用户提供电信级丰富的网络资源以及全面的网络管理和应用服务，是电信数据业务的新热点和增长点。IDC托管主机、租用主机、虚拟主机等业务应用和设备维护都存在时间同步需求。

2.传输网络的应用

目前，传输网络现有时间同步需求不是非常迫切，主要属于网管维护类的需求。在大客户服务中，网管时间不同步会造成重要客户出租电路无法准确计时或超时的现象，影响了企业的业务收入和信誉度，不利于运营商维护工作开展。同时，时间记录不准，也影响故障判断、事后分析，造成统计数据不准确，影响对网络的质量分析。

3.3G应用

3G新型业务对同步的需求日渐迫切。随着电信重组的不断推进，各运营商将成为全业务运营商，移动通信业务作为当今发展最快的通信业务，是各通信运营商的用户市场核心，也是建设投入的重点。

在采用cdma2000和TD-SCDMA两种标准的3G网络中，基站系统之间需要高精度的时间同步（优于10μs）。因为在软切换中，如果RNC（无线网络控制器）和NodeB之间没有时间同步，可能导致在选择器中发生邮件指令不匹配，从而使通话连接不能建立起来。

WCDMA系统自身在正常工作时不需要时间同步，但当提供某些增值业务，例如基于基站的高精度位置定位服务时，则需要各基站设备间的时间同步，而且是高精度（μs量级）的时间同步。WCDMA之所以不需要GPS，是因为在WCDMA协议中，设置了主同步信道和辅助同步信道（SCH），系统通过对SCH的解码获取系统的同步，所以WCDMA基站间不需要一个公共的同步源。而cdma2000没有设置类似于WCDMA的同步信道，所以必须使所有的基站实现同步。

在3G网络中，将会出现其它一些新的移动业务，例如基于位置定位的服务等。在移动通信网中实现基于位置定位的服务有几种技术选择，其中的一种实现手段是利用手机接收附近多个基站发送的无线信号进行定位。这要求基站的精确位置是预知的，并且都是时间同步的。根据定位精度要求的不同，基站时间同步的精度要求也是不同的。cdma2000是与世界时间同步的，其在世界范围内所有基站的前向链路传送时钟均精确同步于微秒。精准时间源的介入使得“精确定位”技术成为可能。一般来说，若各基站之间时间同步的误差在1μs，则位置定位的精度大约在300m左右（电波的传播速度等于光速为3×108m/s，假设基站间的时钟同步误差在1μs，若不对这1μs误差进行校正，则折算到距离为1000ns×3×108m/s＝300m）。

随着计算机网络技术及其应用的深入发展,人们越来越多在计算机网络构成的虚拟空间展开活动。很多领域的网络系统如金融业、广电业、交通业、电子商务、定位、导航、大型分布式商业数据库等需要在大范围保持计算机间的时间同步和时间准确，因此电信企业也可以利用已经建设的时间同步网发展增值业务，向社会需求单位提供精确的时间资源，扩大服务范围，这也符合中国电信向现代综合信息服务提供商转型的思路。

    系统改善后的成效及关键问题

某电信公司时间同步系统投入运行前，各本地网交换机时钟校准多采用人工方式，人力投入大，没有统一的校准制度，无统一的基准时间，效果比较差。系统投入运行后，全省长途交换局、网关接口局、独立汇接局以及本地网的重要端局点都已通过时间服务器接入时间同步网络。自2004年时间同步系统投入运行以来，各本地网PSTN交换机已全部接入时间同步系统，实现自动比对和自动调整，交换机计费时间得到统一，维护效益明显提高，得到各本地网交换专业维护人员的一致肯定。

时间同步网是一个全新的支撑网络，在网络的规划、建设、实施中不可避免碰到一些问题。目前，集团内部关于时间同步网络中时间传递的精度要求、各种业务应用需要的精度等并没有统一的企业标准，需要进一步研究，制定相应规范。

时间同步融合汇聚了电信网内部的诸多支撑网、网管网络、DCN网络以及不同的业务子网，涉及到诸多业务部门和业务子网，并且和第三方系统有相关的接口，这都要在系统维护界面明确。另外，某些业务网络对安全有特殊要求，在保证网络安全方面，需要进一步研究考虑。

某电信公司企业内部支撑网上，总共有包括已建成与正在建设的计算机应用系统有几十个。虽然，在某一个应用系统内部，客户端与服务器可能采用了相同的时间参照体系，但是在众多的应用系统之间，并没有一个共同遵守的标准时间。另处，各应用系统服务器内部时间晶振精度不一，也会产生时间误差。

随着电信新业务发展，计算机应用系统之间的交互越来越频繁，而时间是数据交互的绝对必要项。不同的时间标准造成的时间偏差，不仅可能使数据延迟，严重时甚至将导致数据反转。因此，必须将各计算机用系统服务器接入时间同步系统，同时这也符合全省计算机系统优化整合的大趋势。

时间同步网是重要的电信支撑网，为整个电信网服务，它和一般的电信业务网不一样，它不直接面对客户。目前它的业务应用还没有统一的标准，在实际应用中，运营商需要站在全网的角度做进一步的研究和探索，多方面验证、测试，确保安全稳定、循序渐进地稳步实施。