計(jì)算機(jī)時(shí)鐘偏差分析

通用PC機(jī)自帶兩類時(shí)鐘源：硬件時(shí)鐘和軟件時(shí)鐘(或稱為系統(tǒng)時(shí)鐘)。不論是硬件時(shí)鐘還是軟件時(shí)鐘，都是由石英晶體振蕩器驅(qū)動的，通過累計(jì)石英晶體振蕩器輸出脈沖數(shù)，換算出時(shí)間。所以計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的準(zhǔn)確度取決于晶振頻率準(zhǔn)確度。受溫度變化、電壓、芯片老化等因素影響，晶振頻率會發(fā)生小幅度波動，其中溫度對晶振頻影響。

由于工藝和材料的原因，同一生產(chǎn)線上標(biāo)稱頻率相同的石英晶體，其實(shí)際頻率是不同的，實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率偏差率從10-4量級到10-9量級不等。以10-4量級為例，時(shí)鐘每天至少誤差8.64 s。

NTP授時(shí)精度與NTP服務(wù)器與用戶間的網(wǎng)絡(luò)狀況有關(guān)，主要取決于NTP包往返路由的延時(shí)對稱程度，往返路由的延時(shí)不對稱值不超過網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。式(2)是在假設(shè)NTP請求和回復(fù)包在網(wǎng)上傳送延時(shí)相等，即d1=d2=d/2的情況下得出的，而d1、d2的取值范圍在(0...d)間，由式(3)可以得出授時(shí)誤差是±d/2。一般廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在10 ms～500ms之間;局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在計(jì)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核處理延遲的情況下通常小于1ms。

一般的計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備在時(shí)鐘度方面沒有明確的指標(biāo)要求, 時(shí)鐘精度只有10-4～10-5，每天可能誤差達(dá)十幾秒或更多，如果不及時(shí)校正，其累積時(shí)間誤差不可忽視。許多工業(yè)控制過程需要高準(zhǔn)確度時(shí)間，如：電力系統(tǒng)內(nèi)眾多的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置、故障錄波器等時(shí)間同步要在ms級以內(nèi)。

實(shí)際應(yīng)用中，還有確保秒級精度的簡單的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議SNTP(Simple Network Time Protocol)。SNTP是NTP的一個(gè)子集,主要用于那些不需要NTP的精度以較高實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步客戶機(jī)。SNTP協(xié)議已減少了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)對校對準(zhǔn)確的影響，但沒有冗余服務(wù)器和校正時(shí)鐘頻率誤差功能。