GPS 如何帮助保持时间和互联社会的心跳

探索 Netnod 核掩体内的计时实验室
从连接 IT 系统到确保金融交易的完整性、同步电信、广播电视和为城市供电，都依赖于准确且可追溯的时间的可用性。篡改关键时间系统可能会对社会造成毁灭性影响。

例如，覆盖重叠的电信塔以毫秒精度同步时间，以避免在同一频率上发送数据时产生干扰。如果塔之间的数据传输稍有不同步，用户就会遇到数据速率变慢、蜂窝可用性降低、甚至服务丢失的情况。这对于 5G 网络变得更加重要，因为电信天线放置得更近，数据速率飙升至 20 Gbps。为了提供优质服务，每个电信天线都需要能够以安全可靠的方式获取亚毫秒级精度的时间。但实现这一目标并非易事。[1,2]

电信塔使用高精度时间来同步数据传输，以避免服务质量下降
 

让我们以瑞典为例，RISE（瑞典研究院）接受了向关键服务和瑞典社会其他部门提供单一时间尺度 UTC(SP) 的挑战。为了开发免费、准确且可追踪的强大时间分配服务，RISE 与Netnod（一家位于瑞典的互联网核心服务提供商）合作。GNSS/GPS 在 Netnod 的时间服务器中发挥着重要作用，将计时精度提高到了极限。  

安全时间服务器
瑞典的时间服务基于网络时间协议 (NTP)，这是计算机系统上同步时间的标准。Netnod 的 NTP 服务在整个瑞典的自治节点上使用分布式时间刻度，提供可追溯到 UTC(SP) 250 纳秒以内的时间服务。

为了开发这种高度准确的服务（考虑一纳秒是十亿分之一秒），Netnod 使用了高度稳健的设置。每个站点都有冗余服务器、2 个铯原子钟和 2 个现场可编程门阵列 (FPGA) 板，提供极快的 NTP 硬件实施。这意味着连接的设备可以直接通过 FPGA 芯片获取 NTP。由于不涉及任何软件，因此可以提供最准确、最安全的时间。

Netnod 最近在其时间服务器上实施了网络时间安全 (NTS) 协议，以确保时间数据不会被操纵或欺骗。Netnod 设计的 FPGA 是目前世界上最安全的时间服务器，包含超过 600,000 个逻辑资源和近 900,000 个寄存器。

Netnod的冗余时间和频率节点，带有铯原子钟
 

GNSS 提高时间精度
瑞典的每个Netnod时间节点都配备了铯原子钟，并使用全球导航卫星系统（GNSS）来同步这些时钟并实现更高的精度。GNSS 卫星就像飞行的时钟，因为每颗卫星都配备了自己的铯钟。每个 Netnod 时间节点内的 GNSS 接收器从一颗 GNSS 卫星获取相同的时间信号，并使用该信号来调整本地时间刻度，这一时间传递过程称为“共同视图”。要了解有关时间传输的信息，请参阅GPS 如何为世界带来时间。这导致比单个定时节点独立实现的精度更高。  

计时安全问题
为了在任何条件下进行弹性共同视图计算，Netnod 选择了高质量定时 GNSS 接收器：  PolaRx TR。AIM+等干扰缓解技术对于抵御恶意或意外射频干扰至关重要。干扰是一种压倒 GNSS 信号的白噪声，而欺骗是一种“智能”形式的恶意 RF 干扰，它将错误的定位或定时信息发送到接收器中（请参阅什么是欺骗以及如何确保 GPS 安全）。高端 GNSS 接收器不仅可以防止恶意干扰和欺骗，还可以防止附近设备（例如无线电天线或调制解调器）产生的无意干扰。

不仅要准确，还要完整
GNSS 接收器具有不同级别的完整性或真实性。例如，具有高完整性的接收器会在其输出的信息可能受到损害并且可能不再完全可靠时发出指示。除了准确性之外，GNSS 接收器的完整性也是 Netnod 的一个关键因素。

Netnod 技术总监兼安全主管 Patrik Fältström 表示：“对我们来说，更重要的是 GNSS 接收器根本不提供任何信息，而不是撒谎或猜测测量结果。” “当由于任何原因导致准确性丢失时，我们需要从接收器处获得有关该情况的指示。”

通过使用具有高安全性和完整性的授时设备，Netnod 可以在任何条件下提供纳秒级精度的瑞典时标。

位置安全，可提供最大程度的保护
为了确保其时间节点的安全并确保稳健运行，Netnod 已将其计时设备放置在从瑞典政府租用的核战争掩体中。五个这样的掩体节点位于瑞典各地的城市，它们充当彼此的故障安全备份。

Netnod 时间节点被固定在五个核掩体内，作为彼此的故障安全装置（图片仅供参考）。
 
对于许多应用来说时间至关重要
Netnod 提供的准确、安全的时间对于瑞典的电信等关键服务至关重要。此外，数百万连接到互联网的设备（从计算机和智能手机到监控摄像头等物联网设备）使用 Netnod 的 NTP 和精确时间协议 (PTP) 服务来同步其时间。GNSS 是该系统的重要组成部分，有助于提供准确而可靠的时间，这是现代社会的心跳。

参考

[1] https://www.viavisolutions.com/ja-jp/literature/satellite-synchronization-ritic-5g-mobile-cellular-network-operation-white-paper-en.pdf
[2] https://rntfnd .org/wp-content/uploads/2013/09/GPS-Timing-Criticality-Volpe-Paper-2008.pdf

 

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https://www.septentrio.com/en/learn-more/insights/how-gps-helps-keeping-time-heartbeat-connected-society