CN112583508A - 用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法，应用于轨道列车调度领域，用于提高时钟同步的精度，且降低了故障维护的难度。本申请提供的用于轨道列车的时钟同步通信系统，包括信号接收单元、控制中心和信号分发器，该控制中心分别连接该信号接收单元和该信号分发器，该信号分发器连接至少一个外部基站；该信号接收单元用于接收时钟时间同步源，并将该时钟时间同步源发送至该控制中心；该控制中心用于从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将该时钟同步信号发送至该信号分发器；该信号分发器用于将该时钟同步信号同时发送给至少一个外部基站，使得每个该基站均通过该时钟同步信号进行时钟同步。

Description

用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法
技术领域
本申请涉及轨道列车调度技术领域，尤其涉及用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法。
背景技术
传统的地面时间同步链路是采用NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)传送方式实现，目前已发展到第四版本，该协议最大的缺点只能满足毫秒级别的时间传递精度，这对于高精度时间同步所需微秒甚至纳秒级时间精度是远远不够的。
由于基站需要进行时钟同步，且基站需要保持高精度时钟同步，否则会造成小区切换时出现丢包、延时的情况，影响列车正常运行。
为了达到时钟同步的高精度要求，现有的基站系统在每个基站处安装一个GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接受器，各个基站通过其各自获取的时钟信号实现时钟同步，时钟同步精度不够，且点位比较分散，故障点较多，不便于维护。
发明内容
本申请实施例提供一种用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法，以解决现有技术的问题之一，使得基站调度轨道列车的时钟既能够达到高精度，又便于维护。
根据本发明的一个方面提供的一种用于轨道列车的时钟同步通信系统，包括信号接收单元、控制中心和信号分发器，该控制中心分别连接该信号接收单元和该信号分发器，该信号分发器连接至少一个外部基站；
该信号接收单元用于接收时钟时间同步源，并将该时钟时间同步源发送至该控制中心；
该控制中心用于从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将该时钟同步信号发送至该信号分发器；
该信号分发器用于将该时钟同步信号同时发送给至少一个外部基站，使得每个该基站均通过该时钟同步信号进行时钟同步。
根据本发明的一个方面提供的一种用于轨道列车的时钟同步通信方法，该方法包括：
通过信号接收单元接收GPS或北斗卫星发布的时钟时间同步源，并将该时钟时间同步源发送至控制中心；
通过控制中心从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将该时钟同步信号发送至信号分发器；
通过该信号分发器将该时钟同步信号发送给至少一个外部基站，使得每个该外部基站均通过该时钟同步信号进行时钟同步。
本申请提供的用于轨道列车的时钟同步通信系统及方法通过接收时钟时间同步源，再由控制中心从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并由控制中心向各个基站发布相同的时钟同步信号，使得经过各个车站的轨道列车通过基站下发的相同时钟同步信号进行控制和调度，进一步提高时钟同步的精度，且向基站发布时钟同步信号的点位比较集中，即控制中心，当时钟信号故障时，只需要维护控制中心即可，降低了故障维护的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中在每个基站处安装的用于接收时钟同步信号的GPS接收器的结构框图；
图2是本申请一实施例用于轨道列车的时钟同步通信系统的结构框图；
图3是本申请另一实施例用于轨道列车的时钟同步通信系统的结构框图；
图4是本申请一实施例中用于轨道列车的时钟同步通信方法的流程图；
图5是本申请另一实施例中用于轨道列车的时钟同步通信方法的流程图；
图6是本申请又一实施例中用于轨道列车的时钟同步通信方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：
图2是本申请一实施例用于轨道列车的时钟同步通信系统的结构框图，下面结合图2来详细描述根据本申请一实施例提供的用于轨道列车的时钟同步通信系统，如图2所示，该用于轨道列车的时钟同步通信系统100包括信号接收单元01、控制中心02和信号分发器04，该控制中心02分别连接该信号接收单元01和该信号分发器04，该信号分发器04连接至少一个外部基站06；
该信号接收单元01用于接收时钟时间同步源，并将该时钟时间同步源发送至该控制中心02；
该控制中心02用于从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将该时钟同步信号发送至该信号分发器04；
该信号分发器04用于将该时钟同步信号同时发送给至少一个外部基站06，使得每个该基站06均通过该时钟同步信号进行时钟同步。
在该实施例中，每个基站均通过同一时钟同步信号向轨道列车发送调度控制指令，该调度控制指令包括但不限于开车、加速、减速或停车等等。该调度控制指令一般由车站中心发出，并通过不同的基站将该调度控制指令发送至各个有轨列车，使得相同或不同的轨道列车运行在各个基站所管控的区域时，接收到调度控制指令的时刻没有误差，从而达到提高时钟同步精度的效果，可以避免行驶于不同基站管控区域内的轨道列车，在不同的时刻收到调度控制指令导致轨道列车频繁的紧急停车甚至撞车的严重后果。
其中，该信号接收单元01通过卫星天线05接收该时钟时间同步源，上述控制中心可以是服务器，信号分发器04包括轨道列车的时钟同步通信系统的交换机和路由,各基站设有信号接收器07，该信号接收器07包括基站的交换机和路由。进一步地，时钟同步通信系统的信号分发器04用于向信号接收器07的交换机和路由发送时钟同步信号，该信号接收器07的交换机和路由一方面用于接收该时钟同步信号，另一方面同时用于接收车站中心发送的调度控制指令，该信号接收器07的交换机和路由将时钟同步信号及调度控制指令均发送给基站，供所述基站根据所述时钟同步信号同步的时钟向该轨道列车发送调度控制指令。
进一步地，该信号分发器04为核心信号分发器，该核心信号分发器用于将相同的时钟同步信号同时发送给至少一个车站接入的信号接收器07，该信号接收器07用于将该时钟同步信号发送给对应区域的基站06，由该基站06向进入对应区域的轨道列车发送时钟同步信号。
在其中一个实施例中，该信号接收单元01设有卫星天线05，该信号接收单元01通过该卫星天线05接收该时钟时间同步源。
其中，该卫星天线05可以接收GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号或北斗卫星的信号，而不局限于此。
图1是现有技术中在每个基站处独立安装的用于接收时钟同步信号的GPS接收器的结构框图，传统的安装在每个基站的用于接收时钟同步信号的GPS接收器如图1所示，图1中的POE(Power over Ethernet)表示在现有的以太网布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。各基站通过独立安装的GPS接收器接收时钟时间同步源中的时钟信号，由于接收时钟时间同步源的设备比较分散，各个基站受网络信号延迟等因素的影响，其时钟同步的精度不高不能匹配信号系统的无线传输高安全性要求，且容易出现较多的故障点，不利于维修处理。
本申请通过接收同一时钟时间同步源，再由控制中心02从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并由控制中心02向各个基站发布相同的时钟同步信号，使得经过各个车站的轨道列车通过基站下发的相同时钟同步信号进行控制和调度，进一步提高时钟同步的精度，且向基站发布时钟同步信号的点位比较集中，即控制中心02，当时钟信号故障时，需要维修的故障点少，一般只需要维护控制中心02即可，降低了故障维护的难度。
图3是本申请另一实施例用于轨道列车的时钟同步通信系统的结构框图，作为可选地如图3所示，该用于轨道列车的时钟同步通信系统100还包括网络接口箱03，该网络接口箱03与该控制中心02连接；
该控制中心02还用于从该时钟时间同步源中提取时间同步信号，并通过该网络接口箱03将该时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
其中，该轨道列车的时钟同步通信系统能够实现的时钟同步功能与时间同步功能是两个相互独立的功能，时钟同步用于各个基站在相同的时刻向轨道列车发送调度控制指令，时间同步用于需要显示时间的不同电子设备显示同一时间，时钟同步的精度要求高于时间同步的精度要求。
在其中一个实施例中，该网络接口箱03连接外部的网管工作站08；
该网络接口箱03用于接收外部的网管工作站08的管理控制指令，并将该管理控制指令发送至该时间接收单元。
作为可选地，该网管工作站08可以是个人计算机，也可以是服务器，还可以是服务器组或服务器群。该管理控制指令例如对时间接收单元显示的时间进行校准，或对时间接收单元显示的时间按照预先设定的规则调整后显示，例如可以将时间同步信号中的时间增加五分钟后显示。
根据本实施例的一个使用场景例如接收的时间同步信号中的时间为10:05，可以将时间同步信号中的时间增加五分钟，调整为10:10后显示。
该实施例通过将网络接口箱03连接外部的网管工作站08，使得该时钟同步具备网管能力，因此在由于时间同步不良而可能导致的各种问题时，可以预防，也可以通过该网管工作站08对同步的时间进行管理。
在其中一个实施例中，该控制中心02通过该网络接口箱03，并基于NTP网络时间协议将该时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
如图3所示，该外部的时间接收单元可以是子钟09，也可以是通信各子系统10。在其中一个实施例中，该通信各子系统10包括但不限于乘客信息子系统、广播子系统、闭路电视子系统、客户端、PC机、网络直播、服务器等需要显示时间的通信各子系统10。
其中，该子钟09可以通过配置在该子钟上的RS422(平衡电压数字接口电路的电气特性)接口箱接收时间同步信号。
其中，NTP网络时间协议是用来同步网络中各个计算机的时间的协议，它的用途是把计算机的时钟同步到世界协调时UTC(Coordinated UniversalTime)，其精度在局域网内可达0.1ms，在互联网上绝大多数的地方其精度可以达到1-50ms，可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟，GPS等等，而不局限于此)进行时间同步，可以提供高精准度的时间校正，而且可以使用加密确认的方式来防止病毒的协议攻击。
在其中一个实施例中，该控制中心02用于从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并通过IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1588V2协议将该时钟同步信号发送至该信号分发器04。
该1588V2精确定时协议既使用软件，亦同时使用硬件和软件配合，获得更精确的定时同步。IEEE 1588v2作为一种主从同步系统，在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PTP(Precision Time Protocol，高精度时间同步协议)协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，该协议的目的还在于据此时间信息及时间戳信息计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。
本实施例采用基于1588V2协议的高精度时钟，IEEE1588协议的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，是通用的提升网络系统定时同步能力的规范，使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应用于工业自动化系统。基本构思是通过硬件和软件将网络设备(客户机)的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10μs的运用，与未执行IEEE1588协议的以太网延迟时间1000μs相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善。
本实施例控制中心02设置一套同时为通信系统及基站提供时间及时钟同步服务，集卫星接收、锁相、频率合成为一体，提供NTP、1588V2两种同步协议。内置铷原子钟或高稳晶体钟、GPS/北斗双模信号接收单元，保障时钟同步的正常运行。
根据本申请的另一实施例提供了一种用于轨道列车的时钟同步通信方法，该方法可以用于如图2或图3所示的用于轨道列车的时钟同步通信系统100中，该用于轨道列车的时钟同步通信方法包括以下步骤S101至S103。
S101、通过信号接收单元接收GPS或北斗卫星发布的时钟时间同步源，并将该时钟时间同步源发送至控制中心。
S102、通过控制中心从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将该时钟同步信号发送至信号分发器。
S103、通过该信号分发器将该时钟同步信号发送给至少一个外部基站，使得每个该外部基站均通过该时钟同步信号进行时钟同步。
其中，该信号接收单元01通过卫星天线05接收该时钟时间同步源。
进一步地，该信号分发器为核心信号分发器，该核心信号分发器用于将相同的时钟同步信号同时发送给至少一个接入车站的信号接收器07，该信号接收器07用于将该时钟同步信号发送给对应区域的基站，由该基站向进入对应区域的轨道列车发送时钟同步信号。
在其中一个实施例中，该信号接收单元01设有卫星天线05，该信号接收单元01通过该卫星天线05接收该时钟时间同步源。
其中，该卫星天线05可以接收GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号及北斗卫星的信号。
本实施例在通过在控制中心设置一套基于1588V2协议的高精度BITS(BackgroundIntelligent Transfer Service，通信建筑综合定时供给系统)时钟，通过该高精度BITS时钟通过1588V2端口连接至信号分发器04，通过接入车站并连接至胶轮轨道列车沿线各基站的信号接收器07将该时钟同步信号发送至对应的基站，为基站统一提供授时服务。
为了保证系统的安全性，作为可选地，还可以在控制中心设置冗余的一套同步设备。
在其中一个实施例中，如图5所述，该方法在包括上述步骤S101至S103的基础上，还包括以下步骤S104及S105：
S104、通过控制中心从该时钟时间同步源中提取时间同步信号；
S105、通过该网络接口箱将该时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
在其中一个实施例中，该时间接收单元包括但不限于电子时钟09、客户端、PC机、网络直播、电视台、服务器等需要显示时间的通信各子系统10。
本实施例通过对各个基站发送时钟同步信号时，通过该基于1588V2协议的高精度BITS时钟，接收GPS及北斗卫星的双模信号，内置NTP服务协议，通过网络接口箱的以太网端口为通信各子系统提供授时同步，接口设置各系统对应同网段IP(Internet Protocol，网络之间互连的协议)，各子系统主设备接收时钟后，利用主从同步给本系统内其他设备提供授时。
在其中一个实施例中，如图6所述，该方法在包括上述步骤S101至S105的基础上，还包括以下步骤S106：
S106、通过网络接口箱接收外部的网管工作站08的管理控制指令，并将该管理控制指令发送至该时间接收单元。
作为可选地，该网管工作站可以是个人计算机，也可以是服务器，还可以是服务器组或服务器群。
该实施例通过将网络接口箱连接外部的网管工作站，使得该时钟同步具备网管能力，因此在由于时间同步不良而可能导致的各种问题时，可以预防，也可以通过该网管工作站对同步的时间进行管理。
在其中一个实施例中，该方法包括：
该控制中心基于IEEE 1588V2协议将该时钟同步信号发送至该信号分发器；
该控制中心基于NTP网络时间协议将该时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
在上述实施例中，各步骤标号的顺序并不用于限定各个步骤的执行顺序，各步骤的标号仅用于标识不同的步骤，例如上述步骤S104可以在上述步骤S103的步骤之后，也可以在步骤S102的步骤之前，只要不影响各步骤之间的逻辑关系均表示在本申请请求保护的范围之内。
本实施例同时为通信系统及基站提供时间及时钟同步服务，集卫星接收、锁相、频率合成为一体，提供NTP、1588V2两种同步协议。内置铷原子钟或高稳晶体钟、GPS/北斗双模信号接收单元，保障时钟同步的正常运行。
本实施例通过接收同一时钟时间同步源，再由控制中心从该时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并由控制中心向各个基站发布相同的时钟同步信号，使得经过各个车站的轨道列车通过基站下发的相同时钟同步信号进行控制和调度，进一步提高时钟同步的精度，且向基站发布时钟同步信号的点位比较集中，即控制中心，相比于现有技术，本实施例采用基于1588V2协议的高精度时钟代替了传统技术同在在基站各处单独设置的GPS接收器，授时精度更高；减少了安装工程和维护成本，原来出故障需要到每一处基站检查，而现在只需在控制中心排查，因此工程安装量也大幅度减少，故障率也更低；将通信时钟授时功能与基站同步功能融合，提供融合化一体式时钟同步服务，集成度更高，成本更低，也更方便统一管理。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，包括信号接收单元、控制中心和信号分发器，所述控制中心分别连接所述信号接收单元和所述信号分发器，所述信号分发器连接至少一个外部基站；
所述信号接收单元用于接收时钟时间同步源，并将所述时钟时间同步源发送至所述控制中心；
所述控制中心用于从所述时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将所述时钟同步信号发送至所述信号分发器；
所述信号分发器用于将所述时钟同步信号同时发送给至少一个外部基站，使得每个所述基站均通过所述时钟同步信号进行时钟同步。
2.根据权利要求1所述的用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，所述信号接收单元设有卫星天线，所述信号接收单元通过所述卫星天线接收所述时钟时间同步源。
3.根据权利要求1所述的用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，还包括网络接口箱，所述网络接口箱与所述控制中心连接；
所述控制中心还用于从所述时钟时间同步源中提取时间同步信号，并通过所述以网络接口箱将所述时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
4.根据权利要求3所述的用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，所述网络接口箱连接外部的网管工作站；
所述网络接口箱用于接收外部的网管工作站的管理控制指令，并将所述管理控制指令发送至所述时间接收单元。
5.根据权利要求3所述的用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，所述控制中心通过所述网络接口箱，并基于NTP网络时间协议将所述时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
6.根据权利要求1至5任一项所述的用于轨道列车的时钟同步通信系统，其特征在于，所述控制中心用于从所述时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并通过IEEE 1588V2协议将所述时钟同步信号发送至所述信号分发器。
7.一种用于轨道列车的时钟同步通信方法，其特征在于，所述方法包括：
通过信号接收单元接收GPS或北斗卫星发布的时钟时间同步源，并将所述时钟时间同步源发送至控制中心；
通过控制中心从所述时钟时间同步源中提取时钟同步信号，并将所述时钟同步信号发送至信号分发器；
通过所述信号分发器将所述时钟同步信号发送给至少一个外部基站，使得每个所述外部基站均通过所述时钟同步信号进行时钟同步。
8.根据权利要求7所述的用于轨道列车的时钟同步通信方法，其特征在于，所述方法包括：
通过控制中心从所述时钟时间同步源中提取时间同步信号；
通过所述网络接口箱将所述时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
9.根据权利要求8所述的用于轨道列车的时钟同步通信方法，其特征在于，所述方法包括：
通过网络接口箱接收外部的网管工作站的管理控制指令，并将所述管理控制指令发送至所述时间接收单元。
10.根据权利要求8所述的用于轨道列车的时钟同步通信方法，其特征在于，所述方法包括：
所述控制中心基于IEEE 1588V2协议将所述时钟同步信号发送至所述信号分发器；
所述控制中心基于NTP网络时间协议将所述时间同步信号发送至外部的时间接收单元。
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