基于NTP时间同步技术的山西地震前兆台网设计

程冬焱 胡玉良

（中国太原 030021 山西省地震局）

0 引言

山西“十五”数字地震观测网络项目建成后，前兆台网大部分前兆观测仪器实现数字化和网络化。根据“十五”地震前兆观测设备网络通讯规程（中国地震局，2005）要求，实现网络化的前兆观测仪器需支持网络自动校时服务，即采用SNTP标准网络授时协议，对网络化前兆观测仪器进行校时。

网络化前兆观测仪器、数据处理计算机和前兆服务器由于硬件或软件原因，如外接晶振频率的精确度、时钟芯片的精确度和仪器软件操作所带来的时钟误差等，长时间运行后，时钟误差会增大，当超过仪器采样率后，将严重影响多台同类型仪器数据的对比分析；数据处理计算机时钟误差较大，在填写各种日志时，其记录时间会不准确；当前兆服务器时钟误差超过中国地震前兆台网数据管理系统规定的范围时，通过管理系统自动或者手动采集网络化前兆观测仪器时会出现元数据错误现象。

Network Time Protocol（NTP）可以提供高精准度的时间校正（局域网与标准时间差小于1 ms，广域网小于几十毫秒），该文基于NTP时间同步技术，在山西前兆台网利用现有前兆服务器搭建两级NTP时间同步网，保障网络化前兆观测仪器、数据处理计算机和前兆服务器时钟准确同步，从而确保山西地震前兆台网日常业务的正常运行。

1 山西前兆台网现状

1.1 网络结构

中国前兆台网是一个台站—区域中心—国家前兆台网中心—学科中心的互联互通分布式系统。由地震前兆观测设备通过无线或有线网络连接到节点台站，也可以通过网络直接连接到区域中心节点。允许节点台站拥有子台（直属台），利用网络可直接管理直属台站的观测设备和数据。区域中心部署数据库和备份数据库服务器，用于存储本区域台网数据。山西地震前兆台网网络拓扑分为台站和区域中心两级，连接方式见图1。

图1 山西前兆台网网络拓扑结构Fig.1 Network topology structure of precursory observation network of Shanxi Province

从图1可见，山西地震前兆台网网络通讯采用两种方式：①SDH光纤连接，2M带宽，网络运行较为稳定；②CDMA/VPDN无线接入，基于CDMA 1X信道，在省地震局地震台网中心建立与山西电信SDH2M专线隧道，选用VPDN固定地址接入模式，采用认证服务即地址绑定技术，将台站网络化前兆观测仪器接入地震行业内网，网络连通受到基站影响，偶尔出现网络连接失败现象。

1.2 校时问题

山西地震前兆台网网络化前兆观测仪器校时方式主要采用手动校时、SNTP校时和命令校时，存在以下问题：①手动校时和命令校时受网络延时和人为操作影响，且由于网络化仪器数量较多，采用人工校时效率较低；②各前兆仪器网络现状差异大，采用仪器厂家默认的SNTP服务器，可能导致校时失败。

数据处理计算机校时存在的主要问题是：①采用系统默认的校时服务器进行校时，容易出现校时失败现象；②系统默认时间同步间隔是7天，校时间隔无法调整。

山西前兆台网中心及前兆台站前兆服务器采用人工方式进行校时，影响准确性。

2 方案设计及实现

为解决山西地震前兆台网网络化前兆观测仪器、数据处理计算机和前兆服务器校时存在的问题，设计以下方案。

2.1 方案设计

采用客户端/服务器模式，在山西省地震局前兆台网中心主数据库服务器上搭建NTP时间服务器，和更高级别的NTP服务器进行时间同步，省地震局前兆应用服务器、数据处理计算机、前兆备份服务器均与该时间服务器进行同步。各地震台利用现有前兆数据库服务器搭建NTP时间服务器，与省地震局配置的时间服务器进行时间同步，数据处理计算机及前兆仪器与时间服务器进行时间同步。时间同步网络结构示意见图 2（王秀英等，2009；詹利群等，2010）。

图 2 山西地震前兆台网时钟同步网络Fig.2 The clock synchronization network of precursory observation network of Shanxi Province

此方案的优点在于，各台站网络前兆仪器和处理计算机均与本台时间服务器进行校时，处于同一局域网，网络稳定性好，网络延时小，校时不容易失败。

2.2 时间服务器架设

2.2.1 山西省地震局时间服务器架设。NTP服务占用系统资源不多，利用现有前兆服务器即可对客户端提供时间同步服务。操作步骤为

（1） 时区设置。代码如下

（2） 使用tzselect命令设置时区。代码如下

（3） 复制相应时区文件，替换系统默认时区。代码如下

（4） 配置/etc/ntp.conf文件。在配置文件最后添加。代码如下

（5）启动NTP服务。代码如下

（6） 添加到自启动。代码如下

（7） 检查时间同步状态，出现以下提示，NTP时间服务器配置完成。代码如下

2.2.2 台站时间服务器架设。配置方法相同，需注意，配置/etc/ntp.conf文件时，上级时间服务器地址是省地震局配置的时间服务器。

2.3 客户端配置

图3 静乐地震台NTP客户端软件界面Fig.3 The NTP client software interface of Jingle Seismic Station

2.3.1 前兆仪器校时。山西地震前兆台网数字化前兆仪器网络通讯单元多采用Win98系统，可以在系统上安装NTP 客户端软件（如Automachron软件），与上级NTP时间服务器进行自动定时校时，从而实现仪器时钟精确同步。以静乐地震台SZW-1A水温仪为例，介绍NTP客户端软件配置步骤：①在仪器根目录下新建NTP文件夹，通过水温仪FTP功能，上传Automachron软件至此文件夹；②使用VNC软件，远程连接静乐地震台SZW-1A水温仪，双击运行Automachron软件；③选择时间服务器：在主窗口点击“Host...”按钮，弹出“Add Host”窗口，在“Network host”编辑框中输入搭建的时间服务器IP 地址“10.14.X.X”。在 Protocol下拉列表中，选择默认项“SNTP V2”，点击“OK”按钮，关闭窗体；④设置同步周期：在“Sync every[ ] seconds”编辑框中，键入时间同步周期，单位s，设定为 3 600 s，每小时同步一次；⑤设置系统参数：在Options选项中，勾选Run at startup按钮，设置程序在系统启动时自动运行；勾选Sync at startup按钮，设置程序在系统启动时自动同步；勾选Systray icon按钮，设置程序作为后台托盘程序运行。

对于未采用Win98系统的网络化前兆观测仪器，在仪器主页，把为本台搭建的时间服务器IP地址设置为时间服务器地址即可。静乐地震台NTP客户端软件界面见图3。

2.3.2 数据处理计算机校时。数据处理计算机可以采用两种方式进行时间同步：①采用上述NTP 客户端软件进行时间同步；②利用操作系统提供的校时服务（Windows XP适用）：打开“时间和日期属性”设置对话框；选择“Internet时间”标签；选中“自动与Internet时间服务器同步”选项，在“服务器”中填入搭建的时间服务器IP地址“10.14.X.X”，点击“应用”，按“立即更新”可直接同步。

第2种校时方式同步周期只能通过注册表进行设置，对使用者来说较不方便，建议采用第1种方式进行时间同步。

2.3.3 前兆服务器校时。客户端为Suse Linux操作系统，可以直接采用ntpdate命令，代码为

若需每日定时同步时间，按以下步骤编辑crontab定时任务：①以root身份登录命令行；②输入crontab –e，回车；③按下a键进入编辑模式；④输入30 22 * * * root /usr/sbin/ntpdate 10.14.X.X; /sbin/hwclock –w；⑤按下ctrl+c；⑥输入：wq；⑦输入/sbin/service cron restart。

3 结束语

山西前兆台网时钟同步网的建成，实现了山西前兆台站与山西前兆台网中心时间同步服务器的级联，彻底解决了山西前兆台网网络化前兆仪器、数据处理计算机和前兆服务器时间不同步问题，确保山西前兆台网数据采集、数据汇聚、数据处理、数据交换及相关日志时间记录的准确性。通过实际运行表明，设计方案达到了预期效果。

王秀英，刘爱春，周振安.地震前兆设备观测网络校时服务器部署方案设计[J].地震学报，2009，31（6）：691-698.

詹利群，黄志，沈晓军.基于NTP时间同步技术在广西气象业务中的设计与实现[J].计算机系统应用，2010，19（8）：187-190.

中国地震局.中国地震前兆台网技术规程[M].北京：地震出版社，2005.