基于NTP時間同步技術的山西地震前兆臺網設計

程冬焱 胡玉良

（中國太原 030021 山西省地震局）

0 引言

山西“十五”數字地震觀測網絡項目建成后，前兆臺網大部分前兆觀測儀器實現數字化和網絡化。根據“十五”地震前兆觀測設備網絡通訊規程（中國地震局，2005）要求，實現網絡化的前兆觀測儀器需支持網絡自動校時服務，即采用SNTP標準網絡授時協議，對網絡化前兆觀測儀器進行校時。

網絡化前兆觀測儀器、數據處理計算機和前兆服務器由于硬件或軟件原因，如外接晶振頻率的精確度、時鐘芯片的精確度和儀器軟件操作所帶來的時鐘誤差等，長時間運行后，時鐘誤差會增大，當超過儀器采樣率后，將嚴重影響多臺同類型儀器數據的對比分析；數據處理計算機時鐘誤差較大，在填寫各種日志時，其記錄時間會不準確；當前兆服務器時鐘誤差超過中國地震前兆臺網數據管理系統規定的范圍時，通過管理系統自動或者手動采集網絡化前兆觀測儀器時會出現元數據錯誤現象。

Network Time Protocol（NTP）可以提供高精準度的時間校正（局域網與標準時間差小于1 ms，廣域網小于幾十毫秒），該文基于NTP時間同步技術，在山西前兆臺網利用現有前兆服務器搭建兩級NTP時間同步網，保障網絡化前兆觀測儀器、數據處理計算機和前兆服務器時鐘準確同步，從而確保山西地震前兆臺網日常業務的正常運行。

1 山西前兆臺網現狀

1.1 網絡結構

中國前兆臺網是一個臺站—區域中心—國家前兆臺網中心—學科中心的互聯互通分布式系統。由地震前兆觀測設備通過無線或有線網絡連接到節點臺站，也可以通過網絡直接連接到區域中心節點。允許節點臺站擁有子臺（直屬臺），利用網絡可直接管理直屬臺站的觀測設備和數據。區域中心部署數據庫和備份數據庫服務器，用于存儲本區域臺網數據。山西地震前兆臺網網絡拓撲分為臺站和區域中心兩級，連接方式見圖1。

圖1 山西前兆臺網網絡拓撲結構Fig.1 Network topology structure of precursory observation network of Shanxi Province

從圖1可見，山西地震前兆臺網網絡通訊采用兩種方式：①SDH光纖連接，2M帶寬，網絡運行較為穩定；②CDMA/VPDN無線接入，基于CDMA 1X信道，在省地震局地震臺網中心建立與山西電信SDH2M專線隧道，選用VPDN固定地址接入模式，采用認證服務即地址綁定技術，將臺站網絡化前兆觀測儀器接入地震行業內網，網絡連通受到基站影響，偶爾出現網絡連接失敗現象。

1.2 校時問題

山西地震前兆臺網網絡化前兆觀測儀器校時方式主要采用手動校時、SNTP校時和命令校時，存在以下問題：①手動校時和命令校時受網絡延時和人為操作影響，且由于網絡化儀器數量較多，采用人工校時效率較低；②各前兆儀器網絡現狀差異大，采用儀器廠家默認的SNTP服務器，可能導致校時失敗。

數據處理計算機校時存在的主要問題是：①采用系統默認的校時服務器進行校時，容易出現校時失敗現象；②系統默認時間同步間隔是7天，校時間隔無法調整。

山西前兆臺網中心及前兆臺站前兆服務器采用人工方式進行校時，影響準確性。

2 方案設計及實現

為解決山西地震前兆臺網網絡化前兆觀測儀器、數據處理計算機和前兆服務器校時存在的問題，設計以下方案。

2.1 方案設計

采用客戶端/服務器模式，在山西省地震局前兆臺網中心主數據庫服務器上搭建NTP時間服務器，和更高級別的NTP服務器進行時間同步，省地震局前兆應用服務器、數據處理計算機、前兆備份服務器均與該時間服務器進行同步。各地震臺利用現有前兆數據庫服務器搭建NTP時間服務器，與省地震局配置的時間服務器進行時間同步，數據處理計算機及前兆儀器與時間服務器進行時間同步。時間同步網絡結構示意見圖 2（王秀英等，2009；詹利群等，2010）。

圖 2 山西地震前兆臺網時鐘同步網絡Fig.2 The clock synchronization network of precursory observation network of Shanxi Province

此方案的優點在于，各臺站網絡前兆儀器和處理計算機均與本臺時間服務器進行校時，處于同一局域網，網絡穩定性好，網絡延時小，校時不容易失敗。

2.2 時間服務器架設

2.2.1 山西省地震局時間服務器架設。NTP服務占用系統資源不多，利用現有前兆服務器即可對客戶端提供時間同步服務。操作步驟為

（1） 時區設置。代碼如下

（2） 使用tzselect命令設置時區。代碼如下

（3） 復制相應時區文件，替換系統默認時區。代碼如下

（4） 配置/etc/ntp.conf文件。在配置文件最后添加。代碼如下

（5）啟動NTP服務。代碼如下

（6） 添加到自啟動。代碼如下

（7） 檢查時間同步狀態，出現以下提示，NTP時間服務器配置完成。代碼如下

2.2.2 臺站時間服務器架設。配置方法相同，需注意，配置/etc/ntp.conf文件時，上級時間服務器地址是省地震局配置的時間服務器。

2.3 客戶端配置

圖3 靜樂地震臺NTP客戶端軟件界面Fig.3 The NTP client software interface of Jingle Seismic Station

2.3.1 前兆儀器校時。山西地震前兆臺網數字化前兆儀器網絡通訊單元多采用Win98系統，可以在系統上安裝NTP 客戶端軟件（如Automachron軟件），與上級NTP時間服務器進行自動定時校時，從而實現儀器時鐘精確同步。以靜樂地震臺SZW-1A水溫儀為例，介紹NTP客戶端軟件配置步驟：①在儀器根目錄下新建NTP文件夾，通過水溫儀FTP功能，上傳Automachron軟件至此文件夾；②使用VNC軟件，遠程連接靜樂地震臺SZW-1A水溫儀，雙擊運行Automachron軟件；③選擇時間服務器：在主窗口點擊“Host...”按鈕，彈出“Add Host”窗口，在“Network host”編輯框中輸入搭建的時間服務器IP 地址“10.14.X.X”。在 Protocol下拉列表中，選擇默認項“SNTP V2”，點擊“OK”按鈕，關閉窗體；④設置同步周期：在“Sync every[ ] seconds”編輯框中，鍵入時間同步周期，單位s，設定為 3 600 s，每小時同步一次；⑤設置系統參數：在Options選項中，勾選Run at startup按鈕，設置程序在系統啟動時自動運行；勾選Sync at startup按鈕，設置程序在系統啟動時自動同步；勾選Systray icon按鈕，設置程序作為后臺托盤程序運行。

對于未采用Win98系統的網絡化前兆觀測儀器，在儀器主頁，把為本臺搭建的時間服務器IP地址設置為時間服務器地址即可。靜樂地震臺NTP客戶端軟件界面見圖3。

2.3.2 數據處理計算機校時。數據處理計算機可以采用兩種方式進行時間同步：①采用上述NTP 客戶端軟件進行時間同步；②利用操作系統提供的校時服務（Windows XP適用）：打開“時間和日期屬性”設置對話框；選擇“Internet時間”標簽；選中“自動與Internet時間服務器同步”選項，在“服務器”中填入搭建的時間服務器IP地址“10.14.X.X”，點擊“應用”，按“立即更新”可直接同步。

第2種校時方式同步周期只能通過注冊表進行設置，對使用者來說較不方便，建議采用第1種方式進行時間同步。

2.3.3 前兆服務器校時?？蛻舳藶镾use Linux操作系統，可以直接采用ntpdate命令，代碼為

若需每日定時同步時間，按以下步驟編輯crontab定時任務：①以root身份登錄命令行；②輸入crontab –e，回車；③按下a鍵進入編輯模式；④輸入30 22 * * * root /usr/sbin/ntpdate 10.14.X.X; /sbin/hwclock –w；⑤按下ctrl+c；⑥輸入：wq；⑦輸入/sbin/service cron restart。

3 結束語

山西前兆臺網時鐘同步網的建成，實現了山西前兆臺站與山西前兆臺網中心時間同步服務器的級聯，徹底解決了山西前兆臺網網絡化前兆儀器、數據處理計算機和前兆服務器時間不同步問題，確保山西前兆臺網數據采集、數據匯聚、數據處理、數據交換及相關日志時間記錄的準確性。通過實際運行表明，設計方案達到了預期效果。

王秀英，劉愛春，周振安.地震前兆設備觀測網絡校時服務器部署方案設計[J].地震學報，2009，31（6）：691-698.

詹利群，黃志，沈曉軍.基于NTP時間同步技術在廣西氣象業務中的設計與實現[J].計算機系統應用，2010，19（8）：187-190.

中國地震局.中國地震前兆臺網技術規程[M].北京：地震出版社，2005.