时间同步技术

（一）时间同步技术概述

基于网络的时间同步技术是地铁综合监控系统的支撑技术之一。为确保综合监控系统（ISCS）的安全稳定运行，对时间同步精度提出了高要求。各类综合监控子系统的稳定工作和作用发挥更离不开统一精确的时间基准。目前，普遍采用全球定位系统（GPS）或者北斗卫星导航系统作为基准时间，地铁控制中心构建全站统一的通信时钟源装置，为地铁设备提供统一对时信号。ISCS通过和通信时钟源的串行接口获取标准的时钟信号，从而在 ISCS内部构建起统一的地铁综合监控时间同步系统。

为确保ISCS统一的对时精度，开展了时间同步监测技术的研究工作，实现了覆盖控制中心和各座车站的时间同步闭环管理，为综合监控设备时间同步精度提供了技术手段和工作平台。

在地铁ISCS的建设中一般不包含通信时钟源。该时钟源由通信专业提供，因此ISCS 的对时需要分为两个阶段：首先，ISCS利用通信接口从通信系统时钟源获取标准时间，然后ISCS内部利用NTP协议实现全系统时间同步。

（二）对时接口设计

清晰地划分ISCS和通信系统的职责分界面是对时方案顺利实施的保证。ISCS与时钟系统的接口位置在中央通信设备室时钟配线架外侧，ISCS控制中心通信前置机通过2路RS422串行接口电缆连接至控制中心通信时钟源。该钟源是由通信专业提供的一级母钟。ISCS和通信时钟源采用基于RS422的串行通信协议实现对时功能。当ISCS和通信时钟源建立链接后，时钟源每隔1 000 ms向ISCS发送一次对时报文。

（三）ISCS内部的NTP对时方法

ISCS中央级前置机从通信时钟源获取标准时间信号，该时间既成为ISCS内部时钟源，然后再利用NTP协议实现内部设备的时间同步。通过因特网调整时间分配，使用的是可返回时间设计方案，通过本地路由选择算法和时间后台程序，可以重新分配标准时间。其目的是以网络的方式传递统一、标准的时间。NTP协议是SIO（国际标准化组织）参考模型的高层协议，符合UDP（用户数据报协议）传输协议格式，拥有专用端口号123。

在NTP对时网络中，根据设备所在的层次结构，在理论上可以将对时网络划分为15个级别，按照时钟源的远近将所有服务器归入不同层（Stratum）中。Stratum-1在顶层，有外部时钟源接入；而Stratum-2则从Stratum-1获取时间，Stratum-3从Stratum-2获取时间，以此类推。但Stratum层的总数限制在15层以内。所有这些服务器在逻辑上形成阶梯式的架构相互连接，如图3-16所示。

图3-16　NTP对时网络层次结构图

内部时钟源和接收方的通信处理有一定的延迟，并且RS422串行口的传输时间也是不容忽略的，因此如何确定传输延时就显得非常重要。确定了合理的传输延时，接收方就知道了自己和时钟源的偏差，从而更新自身时钟，完成对时工作。

在ISCS内部利用NTP协议对时可采用C/S（客户端/服务端）模式，分别设计客户端对时软件和服务端对时软件。对客户方而言，产生NTP查询信息包发送给服务端，并能对服务端返回的时间信息包进行检查、分析，生成NTP时间与本地时间的差值，进而对本地时间进行调整实现同步；对服务端而言，接收NTP查询数据包，按NTP协议规范，从本地时间产生NTP信息数据包并发回给查询方。