NTP时间同步服务器是如何保持时间精确度的?

NTP时间同步服务器是如何保持时间精确度的?

京准电子科技官微——ahjzsz

地铁线路卫星时钟服务器技术方案

广州地铁14号线背景介绍：

广州地铁14号线是广州建成运营的线路之一，于2017年12月28日开通运营知识城支线（新和站至镇龙站），预计将于2018年底开通运营一期工程（嘉禾望岗站至街口站），标志色为棕色。

广州地铁14号线，主线起于嘉禾望岗站，途径白云区和从化区，止于街口站，支线起于新和站，途径白云区和黄埔区，大致呈“倒y字”走向。

预计2019年初，广州地铁14号线全长76.3千米，其中地下线44.3千米、高架线32千米；共设置22座车站，其中地下站13座、高架站9座；采用6节编组B型列车。其中广州地铁14号线主线将采用快慢车结合运营模式。

地铁信号系统：

    地铁信号系统DCS子系统(Data communication system,数据通信系统)是一个宽带通信系统，为地铁CBTC系统（CommunicationBased Train Control System，基于通信的列车自动控制系统）内各子系统的数据通信提供快速、可靠、安全的数据交换通道，DCS子系统划分为有线网络+车地无线网络两个部分，当前LTE-M已经成为地铁CBTC信号系统车地通信的标准。LTE-M对于时钟频率精度要求非常之高，精度必须达到0.05ppm，时钟相位偏差不能超过+/-1.5µs，因此，时钟的设计及实现在城轨信号DCS系统中尤其关键，要求全网实现高精度时间同步。

    地铁信号系统通常由列车运行运行自动控制系统（ATC）和车辆段信号控制系统两大部分组成，用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理，由此构成一个高效综合自动化系统。城轨信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。

安徽京准1588解决方案：

    一般情况下，通信设备之间的时钟要求频率或者相位差异保持在合理的误差水平内，即实现网络同步，以保证业务的正常运行。同步有两种：

频率同步：信号之间保持恒定的相位差

相位同步：信号之间的相位差恒定为零

时钟同步是时间同步的基础，如果需要时间同步，必须先实现时钟同步。

IEEE 1588v2是通信网络最常用一种时间同步技术，该协议定义了三种基本的时钟网络模型：

OC：Ordinary Clock，普通时钟，对应网络的纯粹时钟源和时钟宿；

BC：Boundary Clock，边界时钟，对应处于中间位置的网络节点；

TC：Transparent Clock，透明时钟，对应网络中仅需配合处理1588 v2报文，自身不需恢复时钟的设备。

    通过GPS+BD授时来达到时间同步是当前信号系统DCS子系统常见的时间同步方案。然而，该方案要求在每个LTE-M基站安装GPS接收天线，通过射缆电缆连接楼顶的GPS+BD天线，从楼顶将GPS+BD信号引入到LTE-M基站，射频电缆工程施工难度极高，并且对距离有严格要求，由于每个基站都要配套部署GPS+BD天线，成本也非常高。

    安徽京准1588v2 时间服务器同时支持OC/TC/BC三种模式，可灵活选择。安徽京准1588v2时间同步方案很好的解决传统GPS+BD时间同步方案的弊端，打破了GPS系统与基站1：1的高成本配比，实现了1：N配比，使得GPS系统数量降幅高达80%，仅为传统GPS方案的20%。

    广州地铁14号线、21号线采用了我司提供的IEEE1588解决方案，通过IEEE1588建立高精度的地面时间链路，大大减少了基站对于卫星系统的依赖性，降低了系统建设成本，减少了故障点，为基站的运行提供了统一的高精度时间和频率信号。时钟系统的安全可靠、有效精准对保证地铁运行的安全、准点、提高运营服务质量是至关重要的，也是实现LTE承载CBTC系统的基础。

     时钟服务器放置在镇龙车辆段（镇龙车辆段是广州地铁21号线和广州地铁14号线的未来车辆段。车辆段位于萝岗区（现黄埔区）镇龙镇和增城中新镇交界处，于2017年启用。），每条线均采用一主一备双机运行的模式。

时钟服务器与中兴公司的PTN网络相连，华为公司的主BBU、备BBU也连接到中兴的PTN网络系统。

LTE系统说明：RRU(轨旁)----------BBU 车站对时---------------EPC 中心

分布式基站由两种基本功能模块组成：基带控制单元BBU和射频拉远单元RRU

BBU通过车站的交换机接口与核心网通信，负责数据传输和基带处理，可安装在室内墙壁或标准机柜中（占用19英寸宽、2U高空间）

RRU满足IP65防护等级，负责无线射频处理，将无线信号发送到漏缆，可安装在抱杆、或建筑物墙上，减少馈线成本和功耗。

安徽京准：

安徽京准有限公司具有15年以上时钟技术的积累，产品成熟、稳定完全能够满足地铁时钟对时的需要，再加上云正快速的技术支持响应，配合项目、支持调试、联合测试、运营分析等方面满足了客户对时钟服务器的要求。

安徽京准具有完整是时钟服务器精确对时解决方案，可以根据客户进行定制开发，修改硬件模块和软件程序满足项目需要，同时云正还可以提供完整的时钟以太网系统和时钟终端，产品线齐全，工业级标准，在地铁、煤炭、矿山、运营商、水利、电力等行业具有广泛的应用。

HR-901GB产品参数：

HR-901GB是京准针对通信领域的高精度时间同步需求推出的一款支持IEEE-1588V2高精度时钟协议的电信级时间服务器，支持接收GPS/北斗或扩展卫星时钟源时间信息，并向其他设备提供时间服务，同时支持NTP主时钟服务；支持多种时钟输出接口；可通过串口/网口实现网络的主备保护；支持CLI、SSH、WEB和SNMP等丰富的用户接口，适用于各种需要高精度时钟同步的网络应用；可应用于矿山行业（煤炭/非煤矿山）3G/4G通信系统、电力系统、数字化变电站、航天航空系统等需要精密时间服务的场所。

关键特性

Ø  工业级可靠性设计

Ø  时钟协议：支持IEEE-1588V2协议，对时精度可达50ns

Ø  支持穿越非1588网络，10级对时精度在200ns以内

Ø  支持单播授时和组播授时

Ø  同时支持1000路从钟，能够同时以64 条报文每秒的速率发送请求

Ø  高可靠性：随着客户端的增加，设备性能不会下降

Ø  基于ASIC的高速硬件数据转发机制

软件功能

时钟功能                                 

支持GPS和北斗双模时钟输入

支持4路TOD输入/输出

支持2路可配置PPS/IRIG-B输出

支持时钟快速锁定（30s锁定）

支持PTPV2（IEEE1588-2008），对时精度可达50ns

支持NTP协议

支持单播和组播授时模式

支持普通时钟，边界时钟，透明时钟(E2E，P2P)等工作模式

支持透传非1588网络功能

客户端能力：1000个客户端64/条消息每秒；

时间戳精度：<=8ns

支持时钟测量和监控功能

频率准确度：跟踪GPS为PRS/PRC水平，<=20ns，保持(常温）为1×10-11

时间准确度：跟踪GPS为<50ns

GPS 频率：1575.42Mhz

安全技术                              

支持SSH

管理与维护                             

支持CLI,SSH,WEB等管理方式

支持LLDP自动拓扑

支持SNMPv1/v2/v3,ROMON，SNTP

支持TFTP/FTP升级, 支持日志记录与上传

设备维护：支持端口镜像

告警输出：电源, 端口和环告警

产品规格

端口                                      

千兆接口：1GE(1000Base-T)

百兆接口：1FE(100Base-T)

CONSOLE口：1×RS232 通信串口，115200 波特率

天线端口口：2×GNSS端口，50Ω阻抗，SMA 接口

接地端口：1个

电源端口：双电源端口

PPS/IRIG-B（SMA接口）：2个

IRIG-B接口（485总线）：8个

TOD输入/输出：4个

指示灯                                          

运行指示灯为Run

告警指示灯:Alarm

电源指示灯:PWR1,PWR2

接口指示灯:Link/ACT,Speed

传输距离                                        

双绞线：100m(采用标准CAT5,CAT5e 网络线缆)

电源                                   

输入电压：24V/48V宽泛电源

接入端子：5芯5.08mm间距插入式端子

功率：<15W

过载保护：支持

反接保护：支持

冗余保护：双电源冗余

机械结构                              

机箱：铝合金机箱设计，表面做防盐雾，防腐处理

防护等级：IP60

散热：自然散热，无风扇

安装方式：机架式安装

尺寸：44mm H×485mm W×302.5mm D19英寸标准1U 机箱

重量：2kg

环境                                            

工作温度:-40℃～+75℃

储存温度:-40℃～+85℃

相对湿度:5～95%无凝露

质保                                        

MTBF:346889h

保修期:5年

认证                                        

国网A类

执行标准                              

IEEE 802.3i(10Base-T)

IEEE 802.3u(100Base-T)

IEEE 802.3ab(1000Base-T)

IEEE 802.3x(流控)

可靠性及安全性                            

EMI：FCC CFR47 Part 15,EN55022/CISPR22,Class A

EMC：IEC61000-4-2(ESD) ±8kV(contact),±15kV(air)

IEC61000-4-3(RS) 10V/m(80MHz～2GHz)

IEC61000-4-4(EFT) Power Port:±4kV;Data Port:±     2kV

IEC61000-4-5(Surge) Power Port:±2kV/DM,±4kV/CM;DataPort:±2kV

IEC61000-4-6(CS) 3V(10kHz～150kHz);10V(150kHz～80MHz)

IEC61000-4-8(工频磁场) 100A/m(cont.),1000A/m(1s～3s)

IEC61000-4-9(脉冲磁场) 1000A/m

IEC61000-4-10(阻尼振荡) 100A/m

IEC61000-4-12(振荡波) 2.5kV/CM,1kV/DM

IEC61000-4-16(共模传导) 30V(cont.),300V(1s)

机械:IEC60068-2-6(振动)IEC60068-2-27(冲击) IEC60068-2-32(*跌落)

工业:IEC61000-6-2

电力:IEC61850-3,IEEE1613

铁路:EN50155,EN50121-4

交通控制:NEMATS-2

结构尺寸（单位：mm)

结语

 希望通过安徽京准的IEEE1588时间服务器为广州地铁14号线、21号线提供精准时间服务，为广州地铁安全保障和高效稳定运行提供自己的一份贡献。