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(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目建成后，前兆臺網(wǎng)大部分前兆觀測儀器實現(xiàn)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。根據(jù)“十五”地震前兆觀測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)程（中國地震局，2005）要求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的前兆觀測儀器需支持網(wǎng)絡(luò)自動校時服務(wù)，即采用SNTP標準網(wǎng)絡(luò)授時協(xié)議，對網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器進行校時。

網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器、數(shù)據(jù)處理計算機和前兆服務(wù)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(shù)據(jù)的對比分析；數(shù)據(jù)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(wù)器時鐘誤差超過中國地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)規(guī)定的范圍時，通過管理系統(tǒng)自動或者手動采集網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器時會出現(xiàn)元數(shù)據(jù)錯誤現(xiàn)象。

Network Time Protocol（NTP）可以提供高精準度的時間校正（局域網(wǎng)與標準時間差小于1 ms，廣域網(wǎng)小于幾十毫秒），該文基于NTP時間同步技術(shù)，在山西前兆臺網(wǎng)利用現(xiàn)有前兆服務(wù)器搭建兩級NTP時間同步網(wǎng)，保障網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器、數(shù)據(jù)處理計算機和前兆服務(wù)器時鐘準確同步，從而確保山西地震前兆臺網(wǎng)日常業(yè)務(wù)的正常運行。

1 山西前兆臺網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中國前兆臺網(wǎng)是一個臺站—區(qū)域中心—國家前兆臺網(wǎng)中心—學(xué)科中心的互聯(lián)互通分布式系統(tǒng)。由地震前兆觀測設(shè)備通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)連接到節(jié)點臺站，也可以通過網(wǎng)絡(luò)直接連接到區(qū)域中心節(jié)點。允許節(jié)點臺站擁有子臺（直屬臺），利用網(wǎng)絡(luò)可直接管理直屬臺站的觀測設(shè)備和數(shù)據(jù)。區(qū)域中心部署數(shù)據(jù)庫和備份數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于存儲本區(qū)域臺網(wǎng)數(shù)據(jù)。山西地震前兆臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲分為臺站和區(qū)域中心兩級，連接方式見圖1。

圖1 山西前兆臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)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(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊采用兩種方式：①SDH光纖連接，2M帶寬，網(wǎng)絡(luò)運行較為穩(wěn)定；②CDMA/VPDN無線接入，基于CDMA 1X信道，在省地震局地震臺網(wǎng)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(wù)即地址綁定技術(shù)，將臺站網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器接入地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)連通受到基站影響，偶爾出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接失敗現(xiàn)象。

1.2 校時問題

山西地震前兆臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)延時和人為操作影響，且由于網(wǎng)絡(luò)化儀器數(shù)量較多，采用人工校時效率較低；②各前兆儀器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀差異大，采用儀器廠家默認的SNTP服務(wù)器，可能導(dǎo)致校時失敗。

數(shù)據(jù)處理計算機校時存在的主要問題是：①采用系統(tǒng)默認的校時服務(wù)器進行校時，容易出現(xiàn)校時失敗現(xiàn)象；②系統(tǒng)默認時間同步間隔是7天，校時間隔無法調(diào)整。

山西前兆臺網(wǎng)中心及前兆臺站前兆服務(wù)器采用人工方式進行校時，影響準確性。

2 方案設(shè)計及實現(xiàn)

為解決山西地震前兆臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器、數(shù)據(jù)處理計算機和前兆服務(wù)器校時存在的問題，設(shè)計以下方案。

2.1 方案設(shè)計

采用客戶端/服務(wù)器模式，在山西省地震局前兆臺網(wǎng)中心主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上搭建NTP時間服務(wù)器，和更高級別的NTP服務(wù)器進行時間同步，省地震局前兆應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理計算機、前兆備份服務(wù)器均與該時間服務(wù)器進行同步。各地震臺利用現(xiàn)有前兆數(shù)據(jù)庫服務(wù)器搭建NTP時間服務(wù)器，與省地震局配置的時間服務(wù)器進行時間同步，數(shù)據(jù)處理計算機及前兆儀器與時間服務(wù)器進行時間同步。時間同步網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(wǎng)時鐘同步網(wǎng)絡(luò)Fig.2 The clock synchronization network of precursory observation network of Shanxi Province

此方案的優(yōu)點在于，各臺站網(wǎng)絡(luò)前兆儀器和處理計算機均與本臺時間服務(wù)器進行校時，處于同一局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好，網(wǎng)絡(luò)延時小，校時不容易失敗。

2.2 時間服務(wù)器架設(shè)

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

（1） 時區(qū)設(shè)置。代碼如下

（2） 使用tzselect命令設(shè)置時區(qū)。代碼如下

（3） 復(fù)制相應(yīng)時區(qū)文件，替換系統(tǒng)默認時區(qū)。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(wù)。代碼如下

（6） 添加到自啟動。代碼如下

（7） 檢查時間同步狀態(tài)，出現(xiàn)以下提示，NTP時間服務(wù)器配置完成。代碼如下

2.2.2 臺站時間服務(wù)器架設(shè)。配置方法相同，需注意，配置/etc/ntp.conf文件時，上級時間服務(wù)器地址是省地震局配置的時間服務(wù)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(wǎng)數(shù)字化前兆儀器網(wǎng)絡(luò)通訊單元多采用Win98系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)上安裝NTP 客戶端軟件（如Automachron軟件），與上級NTP時間服務(wù)器進行自動定時校時，從而實現(xiàn)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(wù)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(wù)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(guān)閉窗體；④設(shè)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(shè)定為 3 600 s，每小時同步一次；⑤設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：在Options選項中，勾選Run at startup按鈕，設(shè)置程序在系統(tǒng)啟動時自動運行；勾選Sync at startup按鈕，設(shè)置程序在系統(tǒng)啟動時自動同步；勾選Systray icon按鈕，設(shè)置程序作為后臺托盤程序運行。

對于未采用Win98系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化前兆觀測儀器，在儀器主頁，把為本臺搭建的時間服務(wù)器IP地址設(shè)置為時間服務(wù)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(shù)據(jù)處理計算機校時。數(shù)據(jù)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(tǒng)提供的校時服務(wù)（Windows XP適用）：打開“時間和日期屬性”設(shè)置對話框；選擇“Internet時間”標簽；選中“自動與Internet時間服務(wù)器同步”選項，在“服務(wù)器”中填入搭建的時間服務(wù)器IP地址“10.14.X.X”，點擊“應(yīng)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(shè)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(wù)器校時?？蛻舳藶镾use Linux操作系統(tǒng)，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(wù)：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(jié)束語

山西前兆臺網(wǎng)時鐘同步網(wǎng)的建成，實現(xiàn)了山西前兆臺站與山西前兆臺網(wǎng)中心時間同步服務(wù)器的級聯(lián)，徹底解決了山西前兆臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化前兆儀器、數(shù)據(jù)處理計算機和前兆服務(wù)器時間不同步問題，確保山西前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換及相關(guān)日志時間記錄的準確性。通過實際運行表明，設(shè)計方案達到了預(yù)期效果。

王秀英，劉愛春，周振安.地震前兆設(shè)備觀測網(wǎng)絡(luò)校時服務(wù)器部署方案設(shè)計[J].地震學(xué)報，2009，31（6）：691-698.

詹利群，黃志，沈曉軍.基于NTP時間同步技術(shù)在廣西氣象業(yè)務(wù)中的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2010，19（8）：187-190.

中國地震局.中國地震前兆臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程[M].北京：地震出版社，2005.