徐雷涛
徐州地铁运营有限公司 221000
摘要：本文介绍了信号系统内部各子系统之间及与外部时钟源的同步，指出时间同步在信号系统中作用，是实现列车自动驾驶、自动调整、自动开关门基础，是保证信号系统中各子系统协同联动的基础。详细阐述了信号系统中时间同步方案，通过信号系统内部与外部采用不同同步方式，避免外部时钟跳变导致内部信号系统跳变。对信号系统内部提供双套时间服务源进行分别处理，避免由于精度不准、某层设备故障影响下一层设备时间。
关键词：信号系统；城市轨道交通；时间同步
Abstract: This paper introduces the synchronization between the internal subsystems of the signal system and the external clock source, and points out that the function of time synchronization in the signal system is the basis of realizing the automatic train driving, automatic adjustment, automatic door opening and closing, and the basis of ensuring the coordinated linkage of all subsystems in the signal system. The time synchronization scheme in the signal system is described in detail. Different synchronization methods are adopted inside and outside the signal system to avoid the internal signal system jumping caused by the external clock jumping. Two sets of time service sources are provided in the signal system for separate processing to avoid the influence on the next layer of equipment time due to inaccurate accuracy and equipment failure of one layer.
Key words: Signalling system；Urban Rail Transit；time synchronization
1概述
时间同步对提高城市轨道交通系统安全性、可靠性及提升运营效率有着重要意义，特别是全自动运行线路，不同步容易影响运营准点率、车门开关门时间过短等故障，影响乘客满意度。
信号系统时间同步，有ATC子系统内部轨旁设备与车载设备的同步，有采用LTE进行车地无线通信BBU之间的同步。本文将介绍全自动运行情况下，信号系统内部各子系统之间、及与外部时钟源的同步,时间同步保证信号系统中各子系统协同联动的基础。
2时间同步在信号系统中作用
情景一、在全自动运行信号系统线路中，轨旁ATS通过比较计划与实际列车到站或离站时间，针对早点、晚点情况，进行调整停站时间、区间运行时间，并将调整后时间发给ATC车载设备，ATC车载设备结合轨旁传递的设备状态及授权终点，计算ATO速度曲线；如轨旁ATS与ATC车载设备时间不同步，将影响 ATO运行速度，影响列车在区间运行时间和到站时间，从而影响准点率。
情景二、在全自动运行信号系统线路中，列车停靠在站台， ATC车载设备通过轨旁应答器、车载传感器获取的信息判断列车停准，向车辆请求切除牵引、制动施加，得到车辆成功反馈后， ATC车载设备将向车辆发送开车门命令、通过联锁发送开屏蔽门命令，轨旁ATS根据早晚点调整的停站时间通过车地无线通信传递到ATC车载设备， ATC车载设备根据停站时间关闭车门，如轨旁ATS与ATC车载设备时间不同步，很有可能导致开车门时间过短，影响乘客上下车。
对于信号系统，当外部时间出现异常跳变或提供时间源端的两台机器精度不够时，往往会影响下一层时间精度，影响车载设备与轨旁时间不同步，直接影响运营准点率、乘客上下车等。
3信号系统时间同步方案
信号系统时间同步采用NTP（network time protocol）协议，精度在毫秒级，通过信号系统通信前置机FEP从通信系统时钟接口获取时间源，FEP采用自开发软件获取外部时间源，自定义时间偏差范围并避免外部时钟源跳变影响信号系统内部；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；信号系统内部以FEP获取的时间进行同步，并确保FEP同一时刻单机提供时间服务端，避免两台FEP时间误差过大影响下层时间同步及精度。
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第一层时间服务：
信号系统的通信前置机通过网络从时钟系统获取统一时间源，通信前置机获取时间源信息后，进行同步本机操作系统时间。
外部时钟源作为NTP服务端为下一层设备提供时间服务。
第二层时间服务：
两台通信前置机作为信号系统内部提供时间服务端，两台应用服务器作为客户端进行同步通信前置机时间。
通信前置机为双重角色，一方面作为NTP客户端同步上一层设备时间，一方面作为NTP服务端为下一层设备提供时间服务。
第三层时间服务：
两台应用服务器作为服务端提供时间服务，ATS工作站、维护台、车站服务器，联锁SDM工作站，以及连接信号网的两台网关作为客户端进行同步两台应用服务器时间。
应用服务器为双重角色，一方面作为NTP客户端同步上一层设备时间，一方面作为NTP服务端为下一层设备提供时间服务。
第四层时间服务：
两台网关作为服务端提供时间服务，信号网内ATC设备、DCS设备作为客户端进行同步两台网关时间。
ATS维护台作为服务端提供时间服务，MSS设备作为客户端同步ATS维护台时间。
网关服务器和ATS维护台均为双重角色，一方面作为NTP客户端同步上一层设备时间，一方面作为NTP服务端为下一层设备提供时间服务。
44 信号系统时间同步说明
１）信号系统为确保轨旁设备与车载设备保持时间同步，对于提供时间服务端的关键设备，进行冗余配置，并与下一层设备进行交叉连接，提高时间同步可靠性，如图１所示、FEP、CATS、网关为冗余时间服务端。对于通信前置机FEP、应用服务器、网关、ATS维护台，作为时间客户端同步上一层时钟信息，同时作为时间服务端为下一层设备提供时间基准。
２）信号系统对于轨旁设备与车载设备同步要求较高，外部时间跳变在一定范围内，通信前置机将外部时间同步到信号系统内部；为满足相关要求，信号系统与外部时钟系统采用自开发软件；两台通信前置机时间可能会偏差较大，如同时为下一层设备提供时间服务端，将影响下一层设备的时间准确性及精度，因此两台通信前置机仅主机为下一层设备提供时间服务端，通过通信前置机应用程序控制NTP时间服务端，通信前置机主机进行启动NTP服务，通信前置机备机停止NTP服务。
３）为保证时间精度，信号系统内部采用NTP协议进行同步，两台应用服务器同步通信前置机主机时间，可确保两台应用服务器时间精度和准确性（如50ms）；两台应用服务器满足精度要求，可同时作为时间服务端为下一层设备提供时间服务，两台网关同步两台应用服务器时间，可确保两台网关时间精度和准确性。
４）信号系统内提供时间服务端设备时间跳变量超过一定数值如1000s，下层设备时间同步服务会立即停止，避免其它设备同步跳变；小于该数值，时间同步客户端将在一定时间内完成平滑调整，并与时间服务端一致，避免跳变。如时间服务端设备采用SNTP协议（simple network time protocol），下层客户端采用NTP协议，将影响下层设备时间精度和准确性，因SNTP协议精度只能保持在秒级。
图2是某项目ATC设备与ATS网关时间同步抓包解析情况，当时中间层时间同步采用SNTP协议；图3是全自动运行无人驾驶某线路ATC设备与ATS网关时间同步抓包解析情况，采用本文所述方案。从两图中可看出采用所述方案精度要远高于中间层时间服务端采用SNTP协议。
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5结论与展望
信号系统是轨道交通运行重要组成部分，确保列车安全运营，特别是全自动运行线路，列车要实现自动驾驶、自动调整、自动开关门等，需要确保车载信号设备与轨旁设备时间保持同步；通过信号系统内部与外部采用不同同步方式，避免外部时钟跳变导致内部信号系统跳变；对信号系统内部提供双套时间服务源进行分别处理，避免由于精度不准、某层设备故障影响下一层设备时间。
参考文献：
[1] RFC1305, Network Time Protocol (Version 3) Specification, Implementation and Analysis
[2] 《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范-需求规范》2013
[3] RFC1769, Simple Network Time Protocol (SNTP)
[4] 黄柒光，梁宇. 城市轨道交通信号系统时钟不同步故障分析及优化[J].城市轨道交通, 2018,21（12）(149-152)
[5] 景顺利.城市轨道交通信号系统时钟同步研究[J].城市轨道交通研究, 2017,43(4)(37-40)
[6] 赵晓辉.无线CBTC信号系统时间同步机制分析[J]. 铁路通信信号工程技术, 2012,(2)：36-39
[7] 李芳，杨德化，罗存. 时钟同步技术及其在地铁综控系统中的应用[J]. 交通科技与经济, 2013,15(6): 6
[8] 李春宇.基于GPS信号和NTP协议的本地时间同步网络[J].工业控制计算机，2010（6)：75-76