施怿栋

（中国铁路通信信号上海电信测试中心，上海 200436）

随着科技的发展和技术的升级，铁路通信系统越来越多的采用TCP/IP方式进行组网，且功能也日趋多样化，除了内部通信外，系统间的联动业务越来越普遍。特别是当综合网管系统引入后，将所有的系统告警纳入其监控范围内，这样就对系统间的时间同步提出了非常高的要求。如果系统间时间不同步，可能会在故障发生时，无法准确定位到故障系统，因为从时间上来看，会存在告警上传时间与实际故障发生顺序正好相反的情况，从而影响综合网管系统对故障的判断。

针对上述情况，目前新建高速铁路均配备了时间同步设备用于向各通信系统授时，同步方法通常采用NTP协议并按照服务器客户端模式进行。采用NTP同步方式而非DCLS等其他同步方式主要基于以下几个优点。

首先铁路通信系统具有线路比较长，系统内部结构复杂的特点，而NTP协议基于以太网络传送数据信息，便于远距离校时。

其次，采用NTP方式进行同步只需增加一台时间服务器即可，同步信息可以利用铁路新建的数据网络传输，无需配置其他设备，节约了建设资金且维护较为方便。

最后，NTP方式进行同步的时间精度可以达到毫秒甚至微秒级，能满足铁路业务对时间精度的需求。

因而采用NTP时间同步协议的3层结构最符合当前高速铁路的时间同步精度要求高、实现方式简单、维护方便的需求。

1 铁路时间同步系统概述

高速铁路时间同步网络3层结构的第一层设置在铁道部调度中心，包括一级时间服务器、网管设备和卫星接收设备。一级时间服务器以卫星接收设备作为时间参考源向位于各路局调度所的二级时间服务器以及部里的通信系统授时，并用BIT同步信号保持自身的输出稳定度。

第二层包括设置在铁路局调度所的二级时间服务器、网管设备和GPS接收装置。为了保证时间同步网的可靠性，二级时间服务器以一级时间服务器作为主用时间源，GPS时间接收机作为备用时间参考源。二级时间服务器通常配置相互独立的授时端口作为上级时间源向通信系统授时，这样能有效防止系统间数据包的交互，避免病毒的相互传播，其他主要配件实现冗余配置。

第三层为各系统的同步主机，它们以二级时间服务器作为输入时间参考源，同时向本系统内其他设备授时。同步主机可以是系统网管，也可以是系统内部的服务器，这些网管或服务器配置独立的网卡向二级时间服务器申请校时，这样可以使时间同步服务与自身原本的业务分离。

2 铁路时间同步系统主要性能指标

铁路时间同步系统的性能主要由相对守时准确度、绝对守时准确度、同步周期、时间服务器处理能力这几个指标衡量。

相对守时准确度是指时间同步系统在没有时间同步信号输入时，时间同步设备输出接口的时间相对协调世界时（UTC）的偏差。该指标用于衡量时间同步设备晶振是否能满足同步性能要求，即时间同步设备不与上级时间源同步时，随着时间累积而逐渐积累的时间偏移量，考察时间同步设备在规定同步周期内的走时精度是否能满足设计要求。如果测试表明该设备相对守时准确度未达到设计规定，则需通过提升晶振等级来提高精度，并重新进行测试验证。

绝对守时准确度是指时间同步系统在有时间同步信号输入时，时间同步设备输出接口的时间相对UTC的偏差。该指标用于衡量被测时间同步设备与其时间源设备的相对时间偏差是否满足设计要求。如果测试表明该设备绝对守时准确度始终超过标准要求，则需通过缩短同步周期来提高精度，并重新进行测试验证。

同步周期是指时间同步设备向时间源设备申请校时的时间间隔。通过测试可以确定该指标是否与设计同步周期相符，从而确定时间同步设备的绝对守时准确度是否满足要求。如果测试同步设备的同步周期超过设计要求或根本没有同步，则证明该同步设备的同步服务设置不准确或同步网络有异常。

通过搭建模拟时间同步平台并进行测试研究，得出基于Windows系统的时间同步设备的同步周期与绝对守时准确度的关系如表1所示。

表1 同步周期与绝对守时准确度的关系表

时间服务器处理能力是指时间服务器同步端口每秒处理NTP请求的能力。该指标用于确定时间同步网络的最大服务能力，通过测试可以判断时间服务器是否能满足铁路通信系统的同步需求，作为网络扩容的一个判断依据。

3 铁路时间同步系统检测

铁路对于通信系统时间同步的要求主要参考《铁路时间同步网技术条件（V1.0）》（运基通信[2008] 599），通信系统的绝对守时准确度要求达到10 ms以内。但是NTP同步方式有一个特点，就是与标准时间的偏差是由NTP客户端用户计算的，时间服务器只是作为一个标准时间源向客户端用户提供其当前时间，如图1所示。即NTP客户端用户发送时间请求信息，并收到来自时间服务器的标准时间后，会按照NTP协议（RFC1305）计算自身时间的偏差并立即校准本机时间，与其他设备无关。

目前还没有一种第三方的软件可以测试NTP时间同步系统内的绝对守时准确度。但是时间同步系统的性能检测又是十分重要的，如果不检测无法保证通信系统已经同步于时间服务器，也无法保证通信系统在同步周期内其绝对守时准确度满足系统和标准的要求。

另外，根据以往检测经验，高速铁路对各个通信系统的可靠性要求是非常严格的，除了设备结构需进行冗余配置实现备份外，日常巡检和维护也是保证安全运营的重要措施之一。所以，也需要一种能用于维护的工具用于时间同步系统的检测。

根据这个需求，中国铁路通信信号上海电信测试中心开发一个TT2000时间同步测试平台（以下简称平台），用于NTP时间同步网络性能的检测。

平台通过同时向NTP时间服务器和NTP客户端用户并发时间请求信息，在获得NTP时间服务器和NTP客户端用户返回的时间信息后，通过计算确定NTP客户端用户当前同步状态和性能参数，从而解决了第三方无法获知NTP客户端用户究竟有没有同步这个问题。

平台硬件部分采用高性能计算机作为测试平台，配置高精度GPS接收机和高稳定度的恒温晶振，保证平台测试的准确性。平台检测精度最高可达到微秒级，时间稳定度不超过1 ms/天。为了达到测试的准确性，平台具备通用NTP客户端功能，以实现与标准时间源的实时校准。平台结构如图2所示。

平台软件部分采用图形界面，菜单式操作，简单和直观，平台各功能采用模块化工作方式，具备相对守时准确度、绝对守时准确度、同步周期、时间服务器处理能力功能和性能测试，如图3所示。

通过使用平台对模拟时间同步网络环境和铁路时间同步网络的检测，得到表2的性能参数指标，说明平台的测试能力已经满足铁路时间同步网络的检测和维护需求。

表2 平台测试准确度表

作为一个具有资质的检测单位，中国铁路通信信号上海电信测试中心已将该平台用于沪杭客运专线和上海轨道交通时间同步系统的检测工作，取得了良好的效果。首先通过平台检测到沪杭客运专线综合网管系统的绝对守时准确度超过了10 ms的标准要求，通过缩短同步周期，使其绝对守时准确度达到了6 ms，满足了指标要求。其次发现沪杭客运专线和上海轨道交通部分通信系统未按照设计与时间同步网同步，通过现场分析，有些系统因为时间同步软件设置不正确，未发起同步，而有些系统则是因为网络原因未实现同步。最后，在上海轨道交通某条地铁线子母钟系统厂验时，其母钟24 h相对守时准确度为1 s，严重超过指标要求，经检测是由于采用了普通晶振所致，后要求厂家配置恒温晶振予以解决。上述结果均证明时间检测平台能有效检测时间同步系统的性能和功能，具有非常高的实用性。

4 结束语

综上所述，铁路时间同步系统的检测是及其重要的，从目前的检测情况来看，已经在新建线路上发现和处理了许多时间未同步或不符合同步标准要求的情况，这些情况或会影响对设备或系统故障的判断和及时恢复，或会影响对重大事件的判断、处置和信息的准确发布。因此应当大力加强铁路时间同步系统的验收测试工作和维护检测工作，这对提高铁路通信系统的服务水平，保证铁路运营的安全和畅通有序具有非常重要的意义。