网络授时应用项目主要成果,北京市实验室研究成果
人类社会的一切活动与时间密不可分,无论是生产生活、金融贸易、科学研究,还是军事国防都需要准确可靠的授时。在信息化时代,计算机、手机等各种智能设备离不开授时服务;通信、电力、交通、金融等各行各业的运行效率和质量依赖于精确的时间保障;智慧城市的发展离不开物联网、云计算、大数据的融合应用,信息系统综合集成、数据共享和追溯分析、室内位置服务、下一代音视频服务等都需要精确时间。
我国电信网络基础设施的整体规模和网络质量已居于世界前列。随着我国的5G、物联网、工业互联网等网络的建设与发展,将进一步增强我国电信网络接入能力,扩展网络覆盖范围。
基于电信网络的精确授时是一种新颖的时间服务方式,具有无盲区、抗干扰、适应性强等特点,可广泛满足信息化、网络化时代的授时服务需求。网络授时是对北斗授时的最有效扩展,能有效工作于楼内、隧道、地下设施等环境中,抵御干扰或攻击,还能避免卫星授时系统存在覆盖盲区的局限性和“单点故障”风险。
面向上述社会化授时应用的需求,进行了电信网络授时示范项目的研究,包括电信网络授时服务平台、授时基站、用时模组与应用的研究与开发,以验证电信网络授时系统与授时服务架构方案的有效性与合理性。
为此,依托电信网络授时示范项目,开展了如下内容:
1)电信网络授时服务平台。主要研究电信网络授时服务架构与授时方法,构建电信网络授时服务平台以及进行电信网络授时服务平台性能验证
2)授时基站。研发网络授时基站和授时网关
3)授时应用。研发用时模组与用时终端
4)搭建电信网络授时演示环境。
项目主要成果如下:
1)提出了网络授时服务架构、软件定义的网络授时方法,构建完成了网络授时服务平台,并进行了网络授时系统的性能验证。通过中国信息通信研究院测试检验,网络授时服务平台时间偏差优于40ns(36小时连续测试,跟踪卫星授时)以及优于100ns(12小时连续测试,断开卫星授时)。
2)提出了无线空口授时网络架构和无线空口授时方法,用以实现可分离式、服务化、高精度无线空口授时,基于该方法设计开发了授时基站,授时基站除支持一般移动通信协议外,还支持提出的空口授时流程;搭建了基于SDR的实验授时基站;提出了一种基于机器学习支持向量机的提高授时系统授时精度和频率同步性能的方法,通过SVM方法预测往返的路径时延来提高授时精度。
3)设计与实现了授时网关,经由授时基站来获取授时服务平台的标准时间,并通过WiFi、蓝牙和ZigBee等无线接入方式,将标准时间发送给用时终端;开发了智能药盒、智能电饭煲、辉光钟等用时终端模组。
4)基于网络授时服务平台、授时基站和网关、用时终端模组的相关研发,搭建完成了一个网络授时系统演示环境。
申请国际发明专利1项,国内发明专利6项,发表学术论文1篇。
依托电信建设国家授时设施的优势,其覆盖范围与电信网相同,彻底解决北斗授时有盲区的缺陷;从技术指标上,授时准确度明显优于以长波(精度μs量级)、短波(精度ms量级)和低频时码(准确度 ms量级)为代表的地基无线电授时指标,满足99%用户的需求;从经济上将有效减少一次性设施投资,更重要的是大幅度降低建成后的运行维护成本;依托电信网授时是我国独立提出的创新技术方案,具有自主知识产权;依托电信授时建成后,将成为北斗授时的最佳补充和备份。通过建设电信网授时基础设施,开展普惠的授时公益服务,将产生良好的经济效益和社会效益。
北京邮电大学先进信息网络北京实验室未来将深入研究网络授时服务平台、授时基站以及用时终端的关键技术,并自主研发高精度网络授时组件。突破高精度网络授时的技术瓶颈,探索网络授时服务模式,推进网络授时应用。