Унифицированное решение по времени и частоте для интеллектуальной транспортной индустрии

Унифицированные решения по времени и частоте для интеллектуальной транспортной отрасли

Интеллектуальное транспортное решение для унификации времени и частоты

Система точного времени в масштабах всей территории, охватывающая управление городским движением, интеллектуальные высокоскоростные системы, железнодорожный транспорт и взаимодействие транспортных средств с дорогами.

В рамках ИТС существует четкая иерархическая потребность в точности синхронизации времени, которую можно классифицировать по характеристикам бизнеса:

Субмикросекундные и наносекундные:Он подходит для взаимодействия между транспортными средствами и дорогами (V2X), систем сигнализации на частичных путях, точной корреляции событий и высокоточного слияния позиционирования.
Субмиллисекунды и микросекунды:Подходит для управления городскими сигналами (координация зеленой волны, приоритет автобусов), электронной полиции/кардинальной экспертизы нескольких устройств, тарификации порталов, обнаружения событий на уровне дорожного полотна и т.д.
Миллисекунды:Подходит для видеонаблюдения, распространения информации, платформ управления, офисных систем и т.д.

Три вышеперечисленных типа требований сосуществуют в одном городе и в одной дорожной сети, и невозможно охватить все сценарии с помощью одной точности и одного протокола, поэтому необходимо согласовать их с помощью единой временной базы и иерархической стратегии доступа.

Типичные проблемы существующей сети

Следующие проблемы преобладают в текущей сети управления городским движением, в проектах "умных" автомагистралей и железных дорог по всей стране:

Большой интервал между поколениями

Маршрутизаторы ядра и некоторые коммутаторы агрегации уже поддерживают PTP;
Коммутаторы массового доступа поддерживают только базовую пересылку на уровне 3 и не поддерживают аппаратную временную привязку PTP или функциональность BC/TC;
Протоколы, поддерживаемые внешними устройствами, не одинаковы: некоторые поддерживают PTP, другие - только NTP или синхронизацию по последовательному порту.

Смешанное использование устройств синхронизации, неоднородные стеки протоколов

Сосуществование нескольких схем синхронизации в одной сети
Управление источниками времени не было единообразным, и между системами существовали отклонения в несколько секунд или даже минут.

Отсутствие единых инструментов мониторинга, эксплуатации и технического обслуживания

Отсутствие визуального контроля качества верхних источников времени (BeiDou, GPS, PTP более высокого уровня);
Отсутствие централизованного мониторинга отклонения и джиттера нижестоящих клиентов PTP/NTP;
В случае сбоя "зеленой волны", судебного спора или жалобы на выставление счетов трудно быстро определить, является ли синхронизация времени первопричиной.

Сегментация домена безопасности и фрагментация временной базы

Физическая или логическая изоляция существует для сетей общественной безопасности, специализированных видеосетей, правительственных сетей и специализированных сетей для взаимодействия транспортных средств и дорог;
Устройства синхронизации часто развертываются независимо друг от друга в каждом домене безопасности, что приводит к несогласованным временным базам;
Отсутствие технических средств для достижения единой временной привязки в контексте "отключенного сетевого трафика".

Принципы проектирования

Общий дизайн программы основан на следующих трех принципах:Гармонизация контрольных показателей,Многоуровневый доступ,плавный прогресс

общая структура

основной слой

Состоящий из часового сервера T830, он обеспечивает интеллектуальный выбор нескольких источников опорных сигналов, два механизма PTP/NTP и несколько интерфейсных выходов (PTP, NTP, 1PPS, 10 МГц, IRIG-B и т.д.);
Обеспечивает несколько портов Ethernet, все порты имеют одну операционную систему и одну границу безопасности, могут быть логически разделены на сегменты сети обслуживания в пределах одного домена безопасности и обеспечивают единую временную базу для различных служебных VLANs/подсетей.

транспортный уровень

Передача трафика авторизации PTP/NTP. может быть использован:
Магистраль PTP с поддержкой BC/TC;
Одноадресный PTP на базе 8275.2;
NTP в существующих сетях третьего уровня.

уровень доступа

Для конкретных конечных точек бизнеса, включая:
Городские сигналы, радары, РСУ, портальные контроллеры, оборудование путевой сигнализации;
Электронная полиция, штык, фронт-енд видео, PIS, AFC, платформа управления и др;
Выберите метод доступа PTP или NTP по уровню обслуживания.

Отраслевые подсистемы

Управление городским движением, интеллектуальные высокоскоростные системы, железнодорожный транспорт, сотрудничество между транспортными средствами и дорогами и т. д. подключаются к базовому уровню через соответствующие специализированные или выделенные сети для совместного использования единой временной привязки.

архитектура системы

Основной уровень сосредоточен на высокопроизводительном сервере часов T830, который обеспечивает унифицированный эталон времени и возможность вывода данных по нескольким протоколам, включая такие ключевые функции, как:

1、Многочисленные ссылки на источники и интеллектуальный выбор источников

Поддерживаются различные источники опорных сигналов: сигналы синхронизации BeiDou; другие ГНСС, такие как GPS; PTP верхнего уровня (данные PTP, предоставленные Группой или другими организациями); и проводные источники опорных сигналов, такие как наземные 1PPS/10 МГц.

2、PTP/NTP двухмоторная архитектура

PTP Engine
- Реализация функции IEEE 1588v2 PTP Grandmaster/BC на основе аппаратных временных меток;
- Поддерживает многодоменность, многопрофильность (например, G.8275.1, G.8275.2) и может обеспечивать независимые временные домены PTP для различных бизнес-доменов;
- Поддерживает настраиваемые параметры скорости передачи сообщений, механизма задержки и приоритета.
NTP Engine
- Встроенный NTP-сервер с высокой параллельностью, поддерживающий одновременную синхронизацию крупномасштабных терминалов;
- Поддержка управления источниками доступа (ACL) в сочетании с политиками безопасности на стороне сети.

Оба механизма используют одни и те же атомные часы в качестве источника локальных часов и используют один и тот же набор интеллектуальных алгоритмов выбора источника с несколькими ссылками для обеспечения того, чтобы выходы PTP и NTP находились в одной временной базе.

3、Многосетевой выход порта

T830 предоставляет несколько портов Ethernet для логического разделения сегментов бизнес-сети на одном устройстве:

Независимая конфигурация порта
- Каждый физический сетевой порт может быть настроен независимо: IP-адрес и подсеть, политика контроля доступа; переключатель функций PTP, тип профиля, скорость передачи сообщений;
- Параметры сети для разных портов не зависят друг от друга.
изоляция сетевого уровня
- Все физические сетевые порты используют одну и ту же операционную систему и один и тот же периметр безопасности;
- Каждый сетевой порт используется на сетевом уровне только как выход для услуг синхронизации;

Согласование временных рамок
- Стек PTP/NTP для всех портов использует один и тот же атомный генератор и алгоритм множественных опорных источников;
- Обеспечение единой временной базы для нескольких сегментов бизнес-сети с учетом логического разделения.
Заявление о границах использования домена безопасности
- Многопортовая конструкция - это не то же самое, что физическая изоляция устройства в разных доменах безопасности;

Для различных доменов безопасности, требующих физической изоляции в спецификации безопасности (например, частная сеть общественной безопасности и внешняя сеть), T830 должен быть развернут или другие средства изоляции должны использоваться в каждом домене безопасности отдельно, и синхронизация не должна обеспечиваться одним T830 во всех доменах одновременно.

4. Возможность хронометража и выходной интерфейс

Пунктуальность:

Дополнительные термостатические кристаллы или рубидиевые часы обеспечивают точность хронометража от часовой до суточной в случае отказа источника эталонного сигнала;
На стороне вывода используются стратегии ограничения шага и постепенной конвергенции, чтобы избежать влияния скачков времени на бизнес-систему.

Выходной интерфейс:

Выход IP-протокола: PTP, NTP;
Физический выход сигнала: 1 PPS, 10 МГц, IRIG-B (тип кода опционально);

Удовлетворяет потребности многопрофильных систем доступа, таких как сигнализация, электричество и слабая мощность.

Транспортный уровень отвечает за передачу трафика протоколов синхронизации в пределах одного домена безопасности или сети с доступом к маршруту и является моделируемым:

1. Режим A: PTP BC/TC Trunk (Multicast)

- Условие: PTP BC/TC и SyncE повсеместно поддерживаются на коммутаторах ядра, агрегации и доступа;
- Топология сети: Core T830 в качестве GM, расширение доменов PTP вниз по течению через многоуровневые BC/TC;
- Применимые сценарии:
  - Новые демонстрационные зоны;
  - Орбитальная сеть сигнализации;
  - Специальные сети, требующие субмикросекундной или наносекундной точности, например, специальные сети для взаимодействия автомобилей и дорог.

2. Режим B: одноадресный PTP (G.8275.2)

Условие: Промежуточная транспортная сеть поддерживает только обычную пересылку на уровне 3 и не имеет функции PTP BC/TC;
Топология сети: T830 или пограничные часы PTP устанавливают сеанс PTP один на один с терминалом или пограничным мини-часами через G.8275.2. Устройство-посредник выполняет только IP-переадресацию;
Применимые сценарии: городская сеть инвентаризации управления движением, агрегация/доступ не поддерживают PTP единообразно; высокоскоростные участки дорог через частную линию оператора или многоуровневую трехуровневую сеть ключевых линий; целевая точность от микросекунд до субмикросекундных сценариев.

Режим C: режим только NTP

Условие: Сеть способна обеспечить только базовую IP-связь и не подходит для внедрения PTP;
Топология сети: T830 выступает в качестве восходящего NTP-сервера, напрямую определяя время конечных точек или подчиненных NTP-серверов;
Применимые сценарии: видеонаблюдение, платформа управления, офисная система; краевые объекты, независимые перекрестки, небольшие платные станции и другие области с ограниченными сетевыми условиями;
Требуется точность времени от миллисекунды до субмиллисекунды.

Три вида транспорта могут существовать параллельно в одном городе или в рамках одной дорожной сети, при этом их комбинации выбираются в зависимости от условий сети и уровня сервиса.

Уровень доступа ко всем типам бизнес-терминалов, в соответствии с уровнем точности и протокольными возможностями разработанного метода доступа:

1. Терминал доступа PTP

В том числе: сигнальная машина, РСУ, оборудование путевых сигналов, часть контроллера порталов, высокоточный радар и так далее;

Метод доступа: в сети режима A в качестве PTP-клиента для доступа к коммутатору доступа, поддерживающему PTP; в сети режима B для установления сеанса непосредственно с T830 или пограничными часами через Unicast PTP.

2. Гибридные терминалы PTP/NTP

В том числе: многофункциональный электронный полицейский компьютер, основное оборудование штыковой системы и так далее;

Метод доступа: PTP-доступ для основного оборудования; NTP-доступ для периферийного оборудования, единообразно указывающего на временную шкалу T830.

Терминал доступа NTP

В том числе: камеры, PIS, AFC, платформа управления, офисные терминалы и т.д;

Метод доступа: Доступ к локальному серверу T830 или подчиненному серверу NTP через клиента NTP.

Уровень доступа конфигурируется по принципу:Приоритет отдается PTP для критически важных устройств управления, NTP - для устройств записи и отображения, а все терминалы унифицированы для указания на несколько узлов T830 или их подчиненных серверов в качестве источника восходящих часов..

Топология городского дорожного движения

В этой топологии PTP Unicast используется для прямого фронтального доступа для служб управления сигналами (уровень 1) и конвергентного доступа NTP для служб электрополиции/видео (уровень 2/3).

Сценарий управления городским трафиком можно разделить на четыре уровня по топологии сети:

Центральный этаж компьютерного зала: Помещение командного центра отряда дорожной полиции, развертывание T830, доступ к основному коммутатору.
Региональный слой конвергенции: Агрегационные коммутаторы для филиалов или региональных подцентров, большинство из которых являются устройствами пересылки только на уровне 3, а некоторые новые устройства поддерживают PTP.
уровень доступа: Большое количество коммутаторов доступа в шкафах на проезжей части/перекрестках - это складские устройства, которые не поддерживают PTP.
терминальный слой: Сигнальная машина, радар, электронная полицейская передняя часть, штыковая передняя часть, камера, разведывательная доска и т.д.

Интеллектуальная высокоскоростная трехуровневая каскадная архитектура

В соответствии с управлением эксплуатацией и обслуживанием, а также схемой сети, интеллектуальные высокоскоростные дороги в основном используют трехуровневую топологию "центр провинции - центр участка дороги - пункт взимания платы/шлюз". Система синхронизации следует этой топологии для каскадирования:

1. уровень провинциального центра

Разверните провинциальный центр T830 в центрах обработки данных провинциальных высокоскоростных групп:
Доступ к Beidou/GPS, превосходный PTP или 1PPS/10 МГц;
Ниже по потоку PTP/NTP передается в каждый сегментный центр через частную IP-сеть группы или транспортную сеть.

2. Уровень центрального участка дороги

Один T830 установлен в каждом центре управления дорожным движением:
Восходящий канал связи работает как PTP-клиент или NTP-клиент, синхронизированный с Provincial Centre T830;
Нисходящий канал служит в качестве главного генератора часов для этой секции и обеспечивает PTP/NTP для пунктов взимания платы и порталов.

3. Уровень объекта (платная площадь / порталы / зона обслуживания / машинное отделение для въезда в тоннель)

Компьютерные классы станций взимания платы за проезд соединены с сетью центра дорожного участка через выделенные линии или оптоволокно;
Контроллеры порталов, контроллеры полос движения и система видеонаблюдения/управления станцией подключены к компьютерному залу пункта взимания платы через локальный коммутатор;
Портальные шкафы тоннелей соединены оптоволоконной связью с ближайшим машинным отделением пункта взимания платы.

Интеллектуальная высокоскоростная трехуровневая каскадная архитектура

Архитектура системы железнодорожных часов

Традиционные автономные системы материнских часов устанавливаются на существующих линиях или в сценариях расширения и реконструкции:

Развитие T830 в качестве первоклассных мастер-часов, заменяющих обычные мастер-часы, может быть достигнуто следующим образом:
1. Начальный этап: сохраняйте исходные первичные материнские часы, T830 обеспечивает их восходящим потоком в виде IRIG-B или 1PPS, чтобы реализовать плавную замену "материнских часов на материнские часы";
2. Переходная фаза: новые станции или новые участки линий напрямую используют T830 в качестве первичных мастер-часов, старые линии сохраняют оригинальные вторичные мастер-часы, унифицированное время от T830;
3. Завершающий этап: полный переход на систему T830 и вывод из эксплуатации устаревшей системы мастер-часов.

Сохранять топологию "единые первичные материнские часы, распределение станционных вторичных материнских часов" на протяжении всего жизненного цикла, не изменяя первоначальную классификацию безопасности и режим взаимодействия железнодорожного транспорта.

Система синхронизации между транспортным средством и цепью

Система взаимодействия транспортного средства и дороги состоит из центра управления демонстрационной зоной, придорожного блока (RSU), MEC, датчиков и автомобильных терминалов со следующей топологией во временной области:

T830 установлен в помещении центра управления в качестве источника синхронизации для сети обслуживания VRS;
T830 подключен к выделенной сети для сотрудничества транспортного средства и дороги через независимый порт сервисной сети, который не осуществляет пересылку L2/L3 с другими портами сервисной сети в устройстве, образуя логическое разделение на сетевом уровне;
Коммутаторы центра управления, агрегационные коммутаторы и коммутаторы доступа на дорогах образуют сеть с возможностями PTP;
RSU, MEC и некоторые высокоточные датчики входят во временную область в качестве клиентов PTP.

Многопортовые возможности T830 используются для разграничения различных сегментов сервисных сетей, при этом все сетевые порты используют одну и ту же операционную систему и границы безопасности. При использовании различных доменов безопасности (например, выделенной сети Vehicle-Road-Cooperation и других сервисных сетей) за изоляцию отвечает сетевое оборудование и оборудование безопасности верхнего уровня, а данное устройство не выполняет функции физической изоляции.

Контрольный список конфигурации

Уровень конфигурации	Типичные сценарии применения	Конфигурация T830 (двойной или нет, тип кристалла)	Требования к коммутатору/PTP	Типичные схемы синхронизации	Типовая точность синхронизации
Флагман	Провинциальные центры, центры высокоскоростных групп, муниципальные центры ГИБДД, железнодорожные ОКСы, центры управления демонстрационными зонами координации транспортных средств и дорог	Развертывание нескольких компьютеров (главный/резервный или двойной главный), атомная или рубидиевая синхронизация часов, логическое разделение мультисервисных портов (сегменты сигнализации/видео/управления в пределах одного периметра безопасности)	Коммутаторы ядра/агрегации/критического доступа поддерживают PTP BC/TC и SyncE; полная сеть PTP используется для совместной работы транспортных средств и систем сигнализации	PTP (Multicast/BC) основной, Unicast дополнительный, NTP и IRIG-B/1PPS параллельные выходы	Микросекунда: 1-5 мкс (взаимодействие транспортного средства с дорогой, путевая сигнализация); миллисекунда: 1-5 мс (управление сигналами, порталы); терминал NTP 10-50 мс
основное течение (реки)	Районные и окружные подцентры управления движением, центры управления дорожными участками, центры крупных пунктов взимания платы, общие городские типовые участки дорог	Одиночный T830, рубидиевые часы или высокостабильный кристаллический хронометраж, логическое разделение мультисервисных портов (сегменты front-end/platform и т.д. в пределах одного периметра безопасности)	Коммутаторы ядра/частичной агрегации поддерживают PTP BC/TC; уровень доступа может представлять собой обычные коммутаторы уровня 3; ключевые узлы могут быть напрямую подключены с помощью Unicast PTP	Основной уровень PTP (Multicast/BC) + уровень доступа Unicast PTP + NTP Hybrid	Ключевые терминалы PTP от 10 мкс до 1 мс; терминалы Unicast PTP 1-5 мс; терминалы NTP 10-50 мс
экономика	Пограничные пункты взимания платы, небольшие автономные шкафы, удаленные зоны обслуживания, локализованные старые зоны	Один T830, нормальная синхронизация кристаллов с температурной компенсацией, один сетевой порт или небольшое количество сетевых портов (разделение на сегменты не требуется)	Существующие коммутаторы должны поддерживать только базовую IP-пересылку, без требований к PTP	Чистая синхронизация по NTP (с небольшим количеством выходов 1PPS/IRIG-B)	Временные смещения терминалов сходятся к 10-100 мс для выравнивания журналов и базовой криминалистики

В соответствии с принципом унифицированного эталона часов, в данной программе используется T830 для построения архитектуры системы времени и частоты "унифицированная база, многорежимный интерфейс и оптимальный алгоритм": через иерархическую топологию материнских часов первого уровня/сегментного центра/регионального узла, PTP, NTP, IRIG-B и 1PPS могут быть доступны в соответствии с требованиями бизнеса в градации, так что точность синхронизации времени ключевых услуг может быть сведена к уровню от микросекунд до миллисекунд при условии отсутствия необходимости преобразования всей сети. При условии отсутствия необходимости преобразования всей сети точность синхронизации времени ключевых сервисов сходится к уровню от микросекунд до миллисекунд, обеспечивая инженерно достижимое решение по унификации времени для управления городским движением, интеллектуальных высокоскоростных систем, железнодорожного транзита и координации транспортных средств с дорогами.