NTP時間同步服務器是如何保持時間精確度的?
NTP時間同步服務器是如何保持時間精確度的?
京准電子科技官微——ahjzsz
地鐵線路衛星時鍾服務器技術方案
廣州地鐵14號線背景介紹：
廣州地鐵14號線是廣州建成運營的線路之一，於2017年12月28日開通運營知識城支線（新和站至鎮龍站），預計將於2018年底開通運營一期工程（嘉禾望崗站至街口站），標志色為棕色。
廣州地鐵14號線，主線起於嘉禾望崗站，途徑白雲區和從化區，止於街口站，支線起於新和站，途徑白雲區和黃埔區，大致呈“倒y字”走向。
預計2019年初，廣州地鐵14號線全長76.3千米，其中地下線44.3千米、高架線32千米；共設置22座車站，其中地下站13座、高架站9座；采用6節編組B型列車。其中廣州地鐵14號線主線將采用快慢車結合運營模式。
地鐵信號系統：
地鐵信號系統DCS子系統(Data communication system,數據通信系統)是一個寬帶通信系統，為地鐵CBTC系統（CommunicationBased Train Control System，基於通信的列車自動控制系統）內各子系統的數據通信提供快速、可靠、安全的數據交換通道，DCS子系統划分為有線網絡+車地無線網絡兩個部分，當前LTE-M已經成為地鐵CBTC信號系統車地通信的標准。LTE-M對於時鍾頻率精度要求非常之高，精度必須達到0.05ppm，時鍾相位偏差不能超過+/-1.5µs，因此，時鍾的設計及實現在城軌信號DCS系統中尤其關鍵，要求全網實現高精度時間同步。
地鐵信號系統通常由列車運行運行自動控制系統（ATC）和車輛段信號控制系統兩大部分組成，用於列車進路控制、列車間隔控制、調度指揮、信息管理、設備工況監測及維護管理，由此構成一個高效綜合自動化系統。城軌信號系統是保證列車運行安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運輸效率的關鍵系統設備。
安徽京准1588解決方案：
一般情況下，通信設備之間的時鍾要求頻率或者相位差異保持在合理的誤差水平內，即實現網絡同步，以保證業務的正常運行。同步有兩種：
頻率同步：信號之間保持恆定的相位差
相位同步：信號之間的相位差恆定為零
時鍾同步是時間同步的基礎，如果需要時間同步，必須先實現時鍾同步。
IEEE 1588v2是通信網絡最常用一種時間同步技術，該協議定義了三種基本的時鍾網絡模型：
OC：Ordinary Clock，普通時鍾，對應網絡的純粹時鍾源和時鍾宿；
BC：Boundary Clock，邊界時鍾，對應處於中間位置的網絡節點；
TC：Transparent Clock，透明時鍾，對應網絡中僅需配合處理1588 v2報文，自身不需恢復時鍾的設備。
通過GPS+BD授時來達到時間同步是當前信號系統DCS子系統常見的時間同步方案。然而，該方案要求在每個LTE-M基站安裝GPS接收天線，通過射纜電纜連接樓頂的GPS+BD天線，從樓頂將GPS+BD信號引入到LTE-M基站，射頻電纜工程施工難度極高，並且對距離有嚴格要求，由於每個基站都要配套部署GPS+BD天線，成本也非常高。
安徽京准1588v2 時間服務器同時支持OC/TC/BC三種模式，可靈活選擇。安徽京准1588v2時間同步方案很好的解決傳統GPS+BD時間同步方案的弊端，打破了GPS系統與基站1：1的高成本配比，實現了1：N配比，使得GPS系統數量降幅高達80%，僅為傳統GPS方案的20%。
廣州地鐵14號線、21號線采用了我司提供的IEEE1588解決方案，通過IEEE1588建立高精度的地面時間鏈路，大大減少了基站對於衛星系統的依賴性，降低了系統建設成本，減少了故障點，為基站的運行提供了統一的高精度時間和頻率信號。時鍾系統的安全可靠、有效精准對保證地鐵運行的安全、准點、提高運營服務質量是至關重要的，也是實現LTE承載CBTC系統的基礎。
時鍾服務器放置在鎮龍車輛段（鎮龍車輛段是廣州地鐵21號線和廣州地鐵14號線的未來車輛段。車輛段位於蘿崗區（現黃埔區）鎮龍鎮和增城中新鎮交界處，於2017年啟用。），每條線均采用一主一備雙機運行的模式。
時鍾服務器與中興公司的PTN網絡相連，華為公司的主BBU、備BBU也連接到中興的PTN網絡系統。
LTE系統說明：RRU(軌旁)----------BBU 車站對時---------------EPC 中心
分布式基站由兩種基本功能模塊組成：基帶控制單元BBU和射頻拉遠單元RRU
BBU通過車站的交換機接口與核心網通信，負責數據傳輸和基帶處理，可安裝在室內牆壁或標准機櫃中（占用19英寸寬、2U高空間）
RRU滿足IP65防護等級，負責無線射頻處理，將無線信號發送到漏纜，可安裝在抱桿、或建築物牆上，減少饋線成本和功耗。
安徽京准：
安徽京准有限公司具有15年以上時鍾技術的積累，產品成熟、穩定完全能夠滿足地鐵時鍾對時的需要，再加上雲正快速的技術支持響應，配合項目、支持調試、聯合測試、運營分析等方面滿足了客戶對時鍾服務器的要求。
安徽京准具有完整是時鍾服務器精確對時解決方案，可以根據客戶進行定制開發，修改硬件模塊和軟件程序滿足項目需要，同時雲正還可以提供完整的時鍾以太網系統和時鍾終端，產品線齊全，工業級標准，在地鐵、煤炭、礦山、運營商、水利、電力等行業具有廣泛的應用。
HR-901GB產品參數：
HR-901GB是京准針對通信領域的高精度時間同步需求推出的一款支持IEEE-1588V2高精度時鍾協議的電信級時間服務器，支持接收GPS/北斗或擴展衛星時鍾源時間信息，並向其他設備提供時間服務，同時支持NTP主時鍾服務；支持多種時鍾輸出接口；可通過串口/網口實現網絡的主備保護；支持CLI、SSH、WEB和SNMP等豐富的用戶接口，適用於各種需要高精度時鍾同步的網絡應用；可應用於礦山行業（煤炭/非煤礦山）3G/4G通信系統、電力系統、數字化變電站、航天航空系統等需要精密時間服務的場所。
關鍵特性
Ø 工業級可靠性設計
Ø 時鍾協議：支持IEEE-1588V2協議，對時精度可達50ns
Ø 支持穿越非1588網絡，10級對時精度在200ns以內
Ø 支持單播授時和組播授時
Ø 同時支持1000路從鍾，能夠同時以64 條報文每秒的速率發送請求
Ø 高可靠性：隨着客戶端的增加，設備性能不會下降
Ø 基於ASIC的高速硬件數據轉發機制
軟件功能
時鍾功能
支持GPS和北斗雙模時鍾輸入
支持4路TOD輸入/輸出
支持2路可配置PPS/IRIG-B輸出
支持時鍾快速鎖定（30s鎖定）
支持PTPV2（IEEE1588-2008），對時精度可達50ns
支持NTP協議
支持單播和組播授時模式
支持普通時鍾，邊界時鍾，透明時鍾(E2E，P2P)等工作模式
支持透傳非1588網絡功能
客戶端能力：1000個客戶端64/條消息每秒；
時間戳精度：<=8ns
支持時鍾測量和監控功能
頻率准確度：跟蹤GPS為PRS/PRC水平，<=20ns，保持(常溫）為1×10-11
時間准確度：跟蹤GPS為<50ns
GPS 頻率：1575.42Mhz
安全技術
支持SSH
管理與維護
支持CLI,SSH,WEB等管理方式
支持LLDP自動拓撲
支持SNMPv1/v2/v3,ROMON，SNTP
支持TFTP/FTP升級, 支持日志記錄與上傳
設備維護：支持端口鏡像
告警輸出：電源, 端口和環告警
產品規格
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
天線端口口：2×GNSS端口，50Ω阻抗，SMA 接口
接地端口：1個
電源端口：雙電源端口
PPS/IRIG-B（SMA接口）：2個
IRIG-B接口（485總線）：8個
TOD輸入/輸出：4個
指示燈
運行指示燈為Run
告警指示燈:Alarm
電源指示燈:PWR1,PWR2
接口指示燈:Link/ACT,Speed
傳輸距離
雙絞線：100m(采用標准CAT5,CAT5e 網絡線纜)
電源
輸入電壓：24V/48V寬泛電源
接入端子：5芯5.08mm間距插入式端子
功率：<15W
過載保護：支持
反接保護：支持
冗余保護：雙電源冗余
機械結構
機箱：鋁合金機箱設計，表面做防鹽霧，防腐處理
防護等級：IP60
散熱：自然散熱，無風扇
安裝方式：機架式安裝
尺寸：44mm H×485mm W×302.5mm D19英寸標准1U 機箱
重量：2kg
環境
工作溫度:-40℃～+75℃
儲存溫度:-40℃～+85℃
相對濕度:5～95%無凝露
質保
MTBF:346889h
保修期:5年
認證
國網A類
執行標准
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(工頻磁場) 100A/m(cont.),1000A/m(1s～3s)
IEC61000-4-9(脈沖磁場) 1000A/m
IEC61000-4-10(阻尼振盪) 100A/m
IEC61000-4-12(振盪波) 2.5kV/CM,1kV/DM
IEC61000-4-16(共模傳導) 30V(cont.),300V(1s)
機械:IEC60068-2-6(振動)IEC60068-2-27(沖擊) IEC60068-2-32(自由跌落)
工業:IEC61000-6-2
電力:IEC61850-3,IEEE1613
鐵路:EN50155,EN50121-4
交通控制:NEMATS-2
結構尺寸（單位：mm)
結語
希望通過安徽京准的IEEE1588時間服務器為廣州地鐵14號線、21號線提供精准時間服務，為廣州地鐵安全保障和高效穩定運行提供自己的一份貢獻。