网络时钟同步及时钟服务器稳定性研究

论文摘要

时钟同步问题来源于计算机科学与工程领域,主要是用来解决多个计算机时钟不一致的问题。即使在初始状态时把每个时钟调到非常精确的一致，在一段时间的运行之后时钟也会不同步，这是由于时钟以不同的频率运行，所产生的时钟漂移不断地积累所导致的。目前，在分布式系统中的应用越来越复杂，对系统当中每一个节点的时钟精准度标准也日益增高。本课题主要研究目的就是实现在网络环境中的时钟同步，使用的方法是对时钟漂移率建立有效的数学模型,对时钟漂移率进行评估补偿，使用基于连续时间戳的模型进行实验，最终实现主节点和从节点之间的时钟同步。本课题首次将熵优化算法引入时钟同步领域，并由此提出了完整的网络时钟调整策略，通过实验证明该方案适应复杂的网络环境，可以很好地避免复杂的网络环境和机器本身的运行状态对时钟同步过程的影响，而且具有很强的鲁棒性和稳定性。为了便于实验研究，本课题自行开发了NTP客户端软件，该软件可以根据实验要求调快或调慢本地时钟，而且可以选择使用即时偏差调整或者熵优化算法调整，并且可以实时显示往返延迟曲线和时钟偏差曲线。使用该客户端可以很方便地对时钟同步过程进行实验研究，通过大量数据的采集和分析，可以证明基于熵优化的时钟调整算法明显优于基于即时偏差的时钟调整算法。除此之外，本课题还对NTP服务器端进行了研究,首先，利用GPS外部时钟源在WINDOWS环境下搭建了NTP服务器，使用的协议是目前最新的NTP协议第四版，通过NTP服务器的搭建，对NTP协议的工作原理有了进一步深入的认识,也为后来的实验研究奠定了基础。由于NTP服务器的稳定性直接关系到分布式系统各个节点的时间精准度，因此本课题自行开发了NTP服务器监控软件，可以同时扫描多个NTP服务器的运行状态，采集NTP协议的四种时间戳信息，并在采集的同时将这些数据信息存入ORACLE数据库中。为了更加清晰地展现NTP服务器的运行状态，本课题又接着开发了NTP服务器监控网站，该网站的数据源是NTP服务器监控软件所采集的数据信息。该网站可以为NTP服务器管理员或者需要使用NTP服务器的用户提供多个NTP服务器的信息，通过浏览该网站可以很直观地监控各个NTP服务器的运行状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.1.1 时钟同步理论研究背景
• 1.1.2 时钟同步研究的意义
• 1.2 时钟同步国内外研究现状
• 1.3 论文研究的内容
• 1.4 论文研究的意义
• 1.5 论文的结构
• 第二章 时钟同步系统工作原理
• 2.1 时钟的授时方法
• 2.2 时钟同步的定义
• 2.2.1 时钟模型
• 2.2.2 时钟同步的原理及过程
• 2.3 时钟同步的基本模型
• 2.3.1 内部时钟同步模型
• 2.3.2 外部时钟同步模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于熵优化算法的网络时钟同步策略
• 3.1 时钟漂移率的定义
• 3.2 连续的时间戳通信模型
• 3.3 基于熵优化的时钟漂移率模型
• 3.3.1 熵优化算法
• 3.3.2 基于熵优化算法的时钟漂移率模型在时钟同步的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 网络时钟同步算法的实现
• 4.1 NTP网络时间协议
• 4.1.1 NTP协议的概念及发展
• 4.1.2 NTP协议的工作原理
• 4.2 基于WINDOWS SERVER环境的 NTP时钟服务器端搭建
• 4.2.1 GPS时钟源的配置
• 4.2.2 NTP服务器的搭建
• 4.3 基于NTP协议的时钟同步客户端
• 4.3.1 NTP客户端的软件开发环境及通讯原理
• 4.3.2 客户端界面及其功能展示
• 4.3.3 NTP客户端的核心算法
• 4.4 基于熵优化算法的时钟调整策略实验分析
• 4.4.1 搭建实验环境及实验介绍
• 4.4.2 模拟仿真实验一
• 4.4.3 模拟仿真实验二
• 4.5 本章小结
• 第五章 NTP时钟服务器的稳定性分析
• 5.1 NTP服务器监控网站的设计开发
• 5.2 网站开发环境的搭建
• 5.3 NTP服务器监控网站的技术重点分析
• 5.3.1 扫描软件的设计与开发
• 5.3.2 NTP相关信息数据库表的建立
• 5.3.3 Google Map API编程
• 5.3.4 WebChart控件的开发
• 5.4 NTP SERVER的稳定性分析
• 5.4.1 服务器监控网站
• 5.4.2 模拟实验三
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本课题的研究重点与完成工作
• 6.2 本课题未来的发展
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书