機房標準時間的實現

林 翔

福建省廣播影視集團 福建 福州 350000

時間在日常工作生活中與人們密切相關，它是一個基本的、重要的物理量。在絕大多數機房中，都要求有準確的時間系統。在廣播電視臺播出機房中，對時間有著更高的需求，它要求有一套精確性與一致性的標準時間系統。因為考慮到安全性，播出機房計算機網絡是不能接入互聯網的，所以不能使用互聯網的時鐘服務器，只能自建標準的時間系統。

一、模擬電視時代的標準時間系統

在模擬電視信號時代，各地方電視臺機房普遍使用中央電視臺一套或二套電視信號第16行中傳送的標準時間進行基準校對的時間系統，這個時間稱為電視逆程標準時間。中央電視臺從1984年開始在電視信號中開始傳輸標準時間，傳輸標準是GB7402-87。它的原理是：在傳輸發送端利用彩色副載波傳遞標準頻率，在場逆程16行插入時刻信號，秒脈沖以及1MHz的頻率信號，在機房接收端經過鎖相、解碼，就可以得到標準頻率、秒脈沖和時間信號，得到時間脈沖信號后再經過時間授時器、串口分配器，把時間信號分配給各臺計算機及其他設備，以此信號作為時間基準校對，重要計算機本身安裝有BB卡用于守時，確保時間系統的精確。各地方電視臺利用類似技術保持時間的一致性。

二、GPS標準時間系統

隨著模擬電視向數字電視的轉換，中央電視臺要停止傳送模擬方式的CCTV1信號，傳統的基于電視逆程的標準時間獲取方式將面臨著更新換代的問題，隨之機房采用了GPS標準時間系統。GPS的全稱為＂全球衛星定位系統＂(GlobalPositionSystem)，它向全球范圍內提供時間和定位的功能，它的原理說起來其實并不復雜，主要是利用了三角形定位的立體數學模型。地球上任何地點的GPS用戶通過GPS接收機接受衛星發出的信號，可以獲取準確的所在空間位置信息和標準時間。為了實現全球定位，GPS系統最少需要24顆衛星組成，24顆衛星等間隔分布在6個互成60°的軌道面上，這樣的衛星位置配置基本上保證了在地球上任何位置都能同時觀測到至少4顆GPS衛星。GPS除了常用來定位外，它還能提供標準的時間信息，因為要完成定位導航“時間”是一個必須的基本參數。GPS要實時完成定位和授時功能，需要4個參數：經度、緯度、高度和用戶時鐘與GPS主鐘標準時間的時刻偏差，理論上需要接收4顆衛星的信息(三顆衛星的定位沒有高度值)，但在實際衛星校時應用中如果我們知道自己的確切位置只要能接受1顆衛星的數據也可以得到時間信息即日常所說的GPS具有單衛星授時功能。GPS衛星校時鐘設備由接收模塊，單片機，時鐘芯片，顯示驅動，控制電路等組成。如果是對原有的電視逆程標準時間系統進行改造，只需要把原來模擬時間信號接收機更換成GPS天線和帶信號轉換的GPS時鐘接收機，就可以完成升級改造。

三、GPS時鐘和網絡時鐘服務器相結合的時間系統

隨著電視臺全臺網的建設，播出系統的更新換代，同一套GPS時鐘系統需要給一個機房多頻道甚至多機房提供標準時間。而機房對標準時間系統的精確度、安全性、冗余性要求更高了。原來的GPS時間系統存在串口分配器分配口不夠用、長距離串口信號不穩定、設備單一串口授時出現故障時修復時間較長等問題。網絡授時是一種目前普遍采用的計算機網絡時間校準技術，它使用網絡時間協議NTP來實現。網絡授時系統按照C/S模式設計，在網絡中，主備時鐘服務器(TimeServer)接入外部授時源(GPS)的信號，在全網實時發布標準時間信息，各服務器、工控機會根據設定的時間間隔接收的標準時間信號并進行校對，另外若接收標準時間信息失敗，客服端程序可以發出報警信號提醒工作人員處理故障。如下圖所示新的時間系統設計為主備雙路GPS衛星校時鐘，通過時碼倒換器和時碼分配器輸出多路標準時間信號，除了輸出給重要設備外，另有兩路信號輸出給兩臺計算機服務器，服務器中安裝有TimeServ6.1網絡時鐘程序并設置成服務端，它們作為網絡時鐘主備服務器。其他服務器、工控機安裝的TimeServ6.1程序設置成客戶端，通過網絡時鐘主備服務器來獲得正確的時間。因為GPS時鐘有主備兩套，如果主GPS設備出現問題，可以通過時碼倒換器一鍵切換到備路。時鐘服務器同樣也有兩臺，可在一臺時鐘出現故障時，通過更改域指向或更改ip設置的方式，從另外一臺時鐘服務繼續獲得標準時間。另外由于是網絡時鐘，只要接入網絡的設備都可以獲得標準時間，解決了原來串口授時存在的問題。

四、小結

時間系統在電視臺播出機房十分重要，它關系到電視節目播出的準點和節目長度的準確。目前采用GPS授時和網絡時鐘服務器相結合的時間系統在實際工作中很穩定可靠，出現故障時有備路可以快速切換。希望對其他對時間要求精準的機房建設工作有所參考。