CN109367586B - 一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统及方法，包括外部时钟源、通信前置机FEP和信号系统，信号系统包括应用服务器、网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站、ATC设备和DCS设备；所述的应用服务器通过通信前置机FEP从外部时钟源获取时钟源，所述的应用服务器以FEP获取的时钟源对网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站进行同步，所述的网关服务器以应用服务器获取的时钟源对ATC设备和DCS设备进行同步。与现有技术相比，本发明具有以下优点：避免外部时钟跳变导致内部信号系统跳变，避免由于精度不准影响下一层时钟等。

Description

一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统及方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通领域，尤其是涉及一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统及方法。

背景技术

我国城市轨道交通运营里程将达到6000公里。城市轨道交通在人民日常生活中的重要作用不言而喻，其中信号系统是城市轨道交通中非常重要的一个系统，信号系统是指挥列车运行控制设备，确保列车实现安全防护、自动驾驶、自动跟踪、自动调度、对于保障行驶安全和提高轨道交通系统运营效率起着关键性作用；一般而言、信号系统由自动列车控制(ATC)、计算机联锁(CI)、网络通信(DCS)、维护支持(MSS)几大子系统组成，其中ATC系统包括：ATP、ATS、ATO三个子系统；信号系统是轨道交通运行的重要组成部分，能确保列车安全运营；时钟同步为工作人员和广大乘客提供了统一的标准时间，并为信号系统各设备提供统一的标准时间信号，保证城市轨道交通安全、稳定正常运营起到了重要作用。时钟同步对各自子系统协同正常运行，提高城市轨道交通系统安全性、可靠性及提升其运营效率有着重要的意义；时钟不同步会引起运营准点率、车门开关门时间过短等故障，影响乘客满意度。

目前，信号系统时钟同步主要采用NTP(network time protocol)、SNTP(simplenetwork time protocol)，通过信号系统FEP(通信前置机)进行同步外部统一的时钟源；信号系统内部以FEP获取的时钟源进行同步，外部时钟系统通常使用GPS技术进行同步时间校准，避免产生累计误差；当外部时钟出现异常跳变或提供时钟服务源端的2台机器精度不够时，往往会影响下一层时钟精度，从而影响信号系统正常工作；这样的设计存在不科学性、无法适应信号系统作为地铁运营关键系统的需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，包括外部时钟源、通信前置机FEP和信号系统，所述的信号系统包括应用服务器、网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站、ATC设备和DCS设备，所述的外部时钟源通过通信前置机FEP与应用服务器连接，所述的应用服务器分别与网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站连接，所述的网关服务器分别与ATC设备和DCS设备连接；

所述的应用服务器通过通信前置机FEP从外部时钟源获取时钟源，所述的应用服务器以FEP获取的时钟源对网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站进行同步，所述的网关服务器以应用服务器获取的时钟源对ATC设备和DCS设备进行同步。

优选地，所述的通信前置机FEP采用自开发软件接口协议与外部时钟源同步。

优选地，所述的通信前置机FEP包括通信前置机A和通信前置机B，所述的通信前置机A和通信前置机B一主一备，热备随时切换，所述的主机提供NTP服务，所述的备机软件自动停止NTP服务。

优选地，所述的应用服务器包括应用服务器A和应用服务器B，所述的应用服务器A和应用服务器B一主一备，热备随时切换。

优选地，所述的网关服务器包括网关服务器A和网关服务器B，所述的网关服务器A和网关服务器B一主一备，热备随时切换。

优选地，所述的ATC设备包括分别与网关服务器连接的ATC轨旁设备和ATC车载设备。

优选地，所述的信号系统内部采用NTP协议Meinberg工具进行同步。

一种采用所述的城市轨道交通信号系统时钟同步系统的方法，该方法包括若干层时间服务，所述的每一层的NTP客户端作为下一层的NTP服务器。

优选地，所述的方法包括四层时间服务：

第一层时间服务：所述的外部时钟源通过串口或网络将标准时间发给信号系统的通信前置机；

第二层时间服务：所述的通信前置机作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，应用服务器作为NTP服务客户端来同步通信前置机的时间；

第三层时间服务：所述的应用服务器作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站作为NTP服务的客户端来同步应用服务器的时间；

第四层时间服务：所述的网关服务器作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，所述的ATC设备和DCS设备作为NTP服务的客户端来同步网关服务器的时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明设计了采用信号系统内容与外部采用不同同步方式，克服了现有技术方案的不足，避免外部时钟跳变导致内部信号系统跳变。

2、本发明针对信号系统内部提供双套时钟服务源精度进行分别处理，避免由于精度不准影响下一层时钟。

3、本发明能有效避免因某层设备故障影响下一层时钟。

附图说明

图1为本发明的信号系统时钟同步系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明的同步策略需考虑到如下事项：

1、上层时钟源跳变量超过1000s，下层客户端时钟同步服务NTP会立即停止；

2、重启时钟同步服务NTP后，时钟客户端会立即向上层时钟同步；

3、NTP客户端层级stratum小于等于服务端，会导致同步失效；

4、多个时钟源，如相差50ms，下一层时钟客户端会停止向服务端同步；

5、上层时钟源为冗余设备，采用Windows自带SNTP协议，下层采用NTP协议Meinberg工具，会出现下层时钟不能同步上层时钟源的状况；因为上层冗余时钟源采用SNTP协议，精度只能保持在秒级，很容易相差50ms；当冗余时钟源相差50ms，下层时钟源采用NTP协议，将会停止向上层时钟源同步；

6、信号系统需要自定义时钟偏差范围并避免外部时钟源跳变，FEP采用自开发软件方式获取外部时钟源，须确保FEP同一时刻单机提供时钟服务。

一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，所述的信号系统通过通信前置机FEP从通信系统时钟接口获取时钟源，信号系统内部以FEP获取的时钟源进行同步，所述的通信前置机FEP采用自开发软件接口协议与外部时钟源CLOCK同步。

所述的信号系统内部采用NTP协议Meinberg工具进行同步。

所述的通信前置机FEP包括通信前置机A FEPA和通信前置机B FEPB，所述的通信前置机A FEPA和通信前置机B FEPB一主一备，热备随时切换，所述的主机提供NTP服务，所述的备机软件自动停止NTP服务。

一种采用所述的城市轨道交通信号系统时钟同步系统的方法，该方法包括若干层时间服务，所述的每一层的NTP客户端作为下一层的NTP服务器。

所述的方法包括四层时间服务：

第一层时间服务：所述的外部时钟源CLOCK通过串口或网络将标准时间发给信号系统的通信前置机A FEPA和通信前置机B FEPB；

第二层时间服务：所述的通信前置机A FEPA和通信前置机B FEPB作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，应用服务器A CATSA和应用服务器B CATSB作为NTP服务客户端来同步两台前置机的时间；

第三层时间服务：所述的应用服务器A CATSA和应用服务器B CATSB作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，所有工作站、所有的车站服务器LATS和连接信号子网的网关AGatewayA和网关B GatewayB作为NTP服务的客户端来同步两台应用服务器的时间。

第四层时间服务：所述的网关A GatewayA和网关B GatewayB作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，所述的信号子网内的所有主机(ATC车载设备、ATC其它轨旁设备，DCS设备)作为NTP服务的客户端来同步两个网关的时间。

所述的ATS终端和车站ATS服务器将应用服务器ACATSA和应用服务器B CATSB作为时钟源进行同步。

所述的车载CC设备将网关A GatewayA和网关B GatewayB作为时钟源同步。

本发明的原理：

关于通信前置机FEP，对于外部时钟服务器，是作为NTP客户端角色；但对于应用服务器，它又充当NTP服务器角色，所以属于双重角色。

关于应用服务器，对于通信前置机FEP而言，是作为NTP客户端角色；但对于网关服务器、车站服务器、ATS中心工作站，ATS车站工作站，它又充当NTP服务器角色，所以属于双重角色。

关于网关服务器，对于应用服务器而言，是作为NTP客户端角色；但对于ATC和DCS设备，它又充当NTP服务器角色，所以属于双重角色。

关于车站ATS服务器，ATS中心工作站，ATS车站工作站，ATC相关设备，DCS相关设备等作为NTP客户端角色。

信号系统内部采用NTP协议Meinberg工具，该协议可确保时间精度在50ms之内；对于多个时钟源，不会影响下一层时钟同步。

Meinberg工具对于上层时钟源在1000s之内的偏差或跳变,下层时钟均可与上层同步，而实际信号系统规定外部时钟源存在几秒或十几秒偏差或跳变，停止信号系统通信前置机与外部时钟系统同步，为满足信号系统需要，通信前置机FEP与外部时钟系统不采用Meinberg工具，采用自开发软件。

两台通信前置机FEP采用自开发软件接口协议与外部时钟源同步，无法确保两台冗余FEP精度偏差在50ms(采用NTP或PTP协议才能确保在50ms精度内)，必须停止一台提供时钟源，以免影响下层设备时钟同步；两台FEP通信前置机一主一备，热备可随时切换，只保留主机提供NTP服务，备机软件自动停止NTP服务，这样可确保下一层设备(两台应用服务器)精度在50ms内。

两台应用服务器精度在50ms内，设置该两台应用服务器为时钟源，提高了冗余性。

两台网关服务器进行同步两台应用服务器；两台应用服务器精度在50ms内，可确保两台网关服务器精度在50ms以内。

提出的时钟同步方案目前成功运用在成都、苏州、深圳、广州、武汉等多个城市，运行良好，至今没有出现时钟不同步引起的相关故障。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，其特征在于，包括外部时钟源、通信前置机FEP和信号系统，所述的信号系统包括应用服务器、网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站、ATC设备和DCS设备，所述的外部时钟源通过通信前置机FEP与应用服务器连接，所述的应用服务器分别与网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站连接，所述的网关服务器分别与ATC设备和DCS设备连接；

所述的应用服务器通过通信前置机FEP从外部时钟源获取时钟源，所述的应用服务器以FEP获取的时钟源对网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站进行同步，所述的网关服务器以应用服务器获取的时钟源对ATC设备和DCS设备进行同步；

所述的通信前置机FEP采用自开发软件接口协议与外部时钟源同步；所述的通信前置机FEP包括通信前置机A和通信前置机B，所述的通信前置机A和通信前置机B一主一备，热备随时切换，所述的主机提供NTP服务，所述的备机软件自动停止NTP服务；所述的信号系统内部采用NTP协议Meinberg工具进行同步。

2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，其特征在于，所述的应用服务器包括应用服务器A和应用服务器B，所述的应用服务器A和应用服务器B一主一备，热备随时切换。

3.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，其特征在于，所述的网关服务器包括网关服务器A和网关服务器B，所述的网关服务器A和网关服务器B一主一备，热备随时切换。

4.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通信号系统时钟同步系统，其特征在于，所述的ATC设备包括分别与网关服务器连接的ATC轨旁设备和ATC车载设备。

5.一种采用权利要求1所述的城市轨道交通信号系统时钟同步系统的方法，其特征在于，该方法包括若干层时间服务，所述的每一层的NTP客户端作为下一层的NTP服务器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的方法包括四层时间服务：

第一层时间服务：所述的外部时钟源通过串口或网络将标准时间发给信号系统的通信前置机；

第二层时间服务：所述的通信前置机作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，应用服务器作为NTP服务客户端来同步通信前置机的时间；

第三层时间服务：所述的应用服务器作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，网关服务器、ATS车站服务器、ATS中心工作站、ATS车站工作站作为NTP服务的客户端来同步应用服务器的时间；

第四层时间服务：所述的网关服务器作为NTP服务的服务器端来提供时间服务，所述的ATC设备和DCS设备作为NTP服务的客户端来同步网关服务器的时间。