如何搭建铁路时钟系统

前言

铁路时间同步网由地面时间同步网和移动列车内时间同步网两部分组成。其中地面时间同步网按三级结构组成，一级时间同步节点设置在铁道部调度中心，二级时间同步节点设置在各铁路局调度所、客专调度所，三级时间同步节点设置在站、段、所。移动列车时间同步节点设置在列车内。

设备运行状况：

目前铁路运输系统之间设备均保持相互独立，彼此之间是不能进入的，这就给系统之间时钟的统一带来了困难。运输调度管理系统设备虽然都号称依靠GPS卫星授时，但彼此之间时间相差很大，还有一些监控装置的时钟，自身系统时钟的管理方式也不尽完善。

机车上列车运行监控记录装置的时间是通过母钟对其进行授时的，母钟通过GPS授时，再对机车监控装置进行授时，但每台机车监控装置时间相差很大，

各系统相互独立，授时设备的不稳定，接收系统安装的不可靠，时间管理制度的不完善是造成目前铁路运输系统时间混乱的主要因素。

　　时间铁路系统时间统一的方案

为了提高铁路运能，保证各运输系统设备、各监控装置、各调度站的时间统一性，必须实现铁路运输系统的时间统一。为此特制定出以下方案，仅供参考：

一级母钟：

输入信号  

GPS卫星+北斗卫星+GLONASS卫星+网口（NTP协议）+B码时间源

      天线标配30米，如果长度不够，请找厂家定制

             输出信号

PTP协议接口方式网络     路数     1路

      继电器报警    故障报警  绿色螺钉端子

             卫星报警  绿色螺钉端子

             IRIG-B(1)报警绿色螺钉端子

             IRIG-B(2)报警绿色螺钉端子

             失步报警  绿色螺钉端子

供电电源  交流 220V±10%（可做双电源）

机箱尺寸  4U，19″

二（三）级母钟：

接收一级母钟下发PTP时间信息为基准，通过NTP协议下发时间给铁路信息系统及局域网授时

NTP输出路数：1路（可扩展）

NTP协议支持：NTP/SNTP V10,V20,V30,V40,UDP,Telnet,IP,TCP，

吞吐量：2000次/秒

继电器报警    故障报警  绿色螺钉端子

             卫星报警  绿色螺钉端子

             IRIG-B(1)报警绿色螺钉端子

             IRIG-B(2)报警绿色螺钉端子

             失步报警  绿色螺钉端子

供电电源  交流 220V±10%， 50Hz±5%，功率小于30W（可做双电源）

机箱尺寸  4U，19″

NTP协议简介：

NTP服务器【Network Time Protocol（NTP）】是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。  NTP时间服务器是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品NTP时间服务器产品它从GPS卫星上获取标准的时间信号将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU这样就可以达到整个系统的时间同步。NTP时间服务器采用SMT表面贴装技术生产大规模集成电路设计以高速芯片进行控制具有精度高、稳定性好、功能强、无积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单等特点全自动智能化运行免操作维护适合无人值守且广泛应用于电力、金融、通信、交通、广电、石化、冶金、国防、教育、IT、公共服务设施等各个领域。

NTP协议全称网络时间协议（Network Time Protocol）。它的目的是在国际互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方案是在网络上指定若干时钟源网站，为用户提供授时服务，并且这些网站间应该能够相互比对，提高准确度。以通信道为媒介同步授时，如计算机网络、电话网络。这种授时方式需要占用信道时间，对信道的可靠性要求高，而且由于时间信号通过信道传送到不同终端的延时不同，只能满足中等精度时间用户的要求。

NTP同时同步指的是通过网络的NTP协议与时间源进行时间校准。前提条件，时间源输出必须通过网络接口，数据输出格式必须符合NTP协议。

局域网内所有的PC、服务器和其他设备通过网络与时间服务器保持同步，NTP协议自动判断网络延时，并给得到的数据进行时间补偿。从而使局域网设备时间保持统一精准。

PTP协议简介：

　　伴随着网络技术的不断增加和发展，尤其是以太网在测量和控制系统中应用越来越广泛，计算机和网络业界也在致力于解决以太网的定时同步能力不足的问题，以减少采用其它技术，例如IRIG-B等带来的额外布线开销。于是开发出一种软件方式的网络时间协议（NTP），来提高各网络设备之间的定时同步能力。

1992年NTP版本的同步准确度可以达到200μs，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了解决这个问题，同时还要满足其它方面需求。网络精密时钟同步委员会于2001年中获得IEEE仪器和测量委员会美国标准技术研究所（NIST）的支持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过，作为IEEE1588标准。该标准定义的就是PTP协议（Precision Time Protocol）。

PTP应用环境

   PTP适合用于支持多播消息的分布式网络通信系统，例如EtherNet。同时提供单播消息的支持。协议支持多种传输协议，例如UPD/IPv4，UDP/IPv6，Layer-2 EtherNet，DeviceNet。协议采用短帧传输，且数据帧少，算法简单，对网络资源使用少，对计算性能要求低，适合于在低端设备上应用。

母钟设备近照图：

典型应用

1) 计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统；

2) 电力厂（站）和电网中心调度的时间统一系统及各种时间显示屏；

3) 电子商务系统、B2B网上系统以及数据库的保存及维护等系统；

广电、金融、移动通信、石油、电力、交通、工业以及国防等领域。

友情提示：

1、 将天线蘑菇头安装在天线支架上并装固于房屋顶端或平台上，要保证天线蘑菇头有尽可能大的视场（360度天空），不得有障碍物遮挡， 如果配有避雷器，将避雷器连接在机器和天线中间。

2、 所有的天线都是标配，不得随意截断或随意叠加链接，否则无法保证收到星。

3、    所有的天线在收到货物后先测试下收星效果，这样比架设好线缆再测收星效果省去许多麻烦。

　　　当收不到星时将天线多换几个地方试试效果，以排除是天线的问题还是收星地域问题。

结束语

铁路通信网是铁路部门传递信息、指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的专用网。近年来，随着铁路运输部门对通信需求的增加，铁路通信为用户提供的服务类型及容量得到快速发展，已由为用户提供单一的语音业务向为用户提供多种数据通信、图像等多媒体综合业务的重大转变。