铁路时钟同步网的测试研究

２０１６年２月　铁道通　信信号　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ　＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１６　Ｖｏ１．５２　Ｎｏ．２　第５２卷第２期　铁路时钟同步网的测试研究　王摘序　秦威　要：时钟同步网是保障铁路通信网络正常运行的重要基础，定期的时钟同步性能检测能及时　发现时钟同步性能劣化，有效避免业务网运行故障的发生。结合铁路时钟同步网的结构及组成，　说明时钟同步网性能的主要评价指标，并通过实例介绍一级基准时钟的测试配置及评价标准，有　助于通信维护人员理解和维护。　关键词：同步基准时钟；测试；研究　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｌｏｃｋ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉ０ｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｓａｆｅｇｕａｒｄ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｉｌｒｏａｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｃｌｏｃｋ　ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｌｏｃｋ　ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｉｍｅｌｙ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｉｌｒｏａｄ　ｃｌｏｃｋ　ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｓ—　ｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｌｏｃｋ　ｓｖｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｏｆ　Ｌｅｖｅ１　１　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｌｏｃｋ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｖｉａ　ｉｎｓｔａｎｃｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｒ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｌｏｃｋ；Ｔｅｓｔ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＤＯＩ：１０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎｌ０００—７４５８．２０１６—０２．１５４９９　铁路时钟同步网为传输系统、调度通信、　ＧＳＭ－Ｒ移动通信、程控交换等业务提供时钟同步　即所有时钟跟踪某一基准时钟，将定时基准从一个　时钟传给下一个时钟，低等级的时钟将从高等级的　时钟获取定时基准，并按规定顺序传给更低等级的　时钟。网络结构分为３级：一级基准时钟（铁路总　信号源。时钟同步的含义是使通信网内运行的所有　数字设备的工作频率保持一致，其性能的恶化，会　导致无线话音业务接通率降低、通话质量下降、数　据业务丢包率升高、掉线率增加等。因此，铁路通　信维护部门必须定期进行时钟同步性能测试。目　前，铁路骨干时钟同步网更新改造已经完成，了解　公司、路局）、二级时钟节点（局内枢纽）和三级　时钟节点（站段），如图ｌ所示。　铁路总公司、路局　时钟同步网测试项目及方法，建立系统的性能评价　体系，有助于维护人员发现和解决问题。　１　网络结构　铁路时钟同步网按照主从同步方式进行建设，　图１铁路时钟同步网的网络结构图　王秦序：通号工程局集团北京研究设计实验中心有限公司　工程　师１０００７０北京　骨干同步网由一级基准时钟（ＰＲＣ／ＬＰＲ）提　局内同步网由二级时钟节点和三级时钟节点提　全路是混合同步，每个同步区仍为主从同步。　时钟同步网由基准时钟、各级大楼综合时钟供　威：通号工程局集团北京研究设计实验中心有限公司　助理　工程师１０００７０北京　基金项目：高精度时钟检测系统研究ＫＹ－２０１５—０５　收稿日期：２０１５一１０—１０　７Ｏ一　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．５２　Ｎｏ．２　２０１６　给设备（ＢＩＴＳ）、传输链路及网管监控系统４部分　构成，如图２所示。　ＭＴＩＥ的数值定义如下：　ＭＴＩＥ（ｓ）一ｍａｘ［ｍａｘｔＪ；ｉ）一ｍｉ　ｅｘｉ）］　一—＂＋１　”　ｉ－－１　＂－－ｉ－１　１　ｉ＝ｊ　ｉ＝ｊ　其中：Ｘ　为时延的抽样数据，Ｎ为抽样数据的　总数，Ｓ为观察时间，　为观察时间内的抽样数。　ＴＩＥ和ＭＴＩＥ的定义可参考图３进行理解。　下级ＢＩＴＳ　图２时钟同步网的构成　基准时钟是全国或同步区提供的最高精度等级　时钟，一般由铯原子钟、卫星定位系统接收机、比　对系统、定时基准分配单元、本地维护终端等组　成。基准时钟是全网同步的根本保障。　铁路骨干同步网采用ＢＩＴＳ，为一种独立的时　钟源，可为通信网提供同步信号，主要完成跟踪输　入信号，过滤输入抖动漂移，　为通信楼内设备提供定时信　号，以及向下级同步设备传　ＴＤＥ　（ｒ）一　图３　ＴＩＥ／ＭＴＩＥ示意图　图３中，横轴代表时间，纵轴ｘ（ｔ）代表实　际信号相对参考信号的时延变化。　４．ＴＤＥＶ（时间偏差）。ＴＤＥＶ定义如下：　［∑（　ｋ＝０一２　＊　）］。　递定时信号等功能。定时信　号的传输链路也是时钟同步网的　重要组成部分，它包括基准时钟与ＢＩＴＳ之间、同　其中，ｘｊ为时延的抽样数据，Ｎ为抽样数据　的总数，ｒ为积分时间，　为积分时间内的抽样数。　ＴＩＥ是计算ＭＴＩＥ和ＴＤＥＶ的基础，ＭＴＩＥ　（ｒ）可看作是在任何长度ｒ的观察时间内的最大峰　一级ＢＩＴＳ设备之间、上级与下级ＢＩＴＳ之间的定时　信号传输。　２评价体系　时钟同步网的性能指标包括频率准确度、漂移　产生、相位瞬变、相位不连续性、保持特性等。铁　路时钟同步接口主要为２　ＭＨｚ和Ｅ１接口，在这　２类接口上进行性能指标测试时，可用以下测试参　数中的一个或者多个进行衡量。　２．１测试参数　峰ＴＩＥ，而ＴＤＥＶ可看作是经滤波后的ＴＩＥ的均　的量度，ＴＤＥＶ是表征漂移的频谱内容的量度。　方根值。ＭＴＩＥ是表征漂移的频率偏移和相位变化　２．２性能指标　１．频率准确度。描述实际时钟频率偏离标称　时钟频率的程度，用频率偏差来进行度量，它是时　钟ＢＩＴＳ设备最重要的性能评价指标。对于同一台　ＢＩＴＳ设备，其频率准确度与其同步输入源有关。　以一级基准时钟（ＰＲＣ）为例，ＰＲＣ的同步输入　源可以是铯原子钟、ＧＰＳ、北斗等。同步输入源的　１．频率偏差：实际信号频率和标称信号频率　的差值。　２．ＴＩＥ（时间间隔误差）：在特定的时间周期　等级越高，ＢＩＴＳ设备输出的频率准确度越高。目　前，铁路骨干同步网的ＢＩＴＳ设备在锁定卫星信号　的情况下，频率准确度优于±３×ｌＯ　。　内，一个给定信号相对理想信号的时延变化。ＴＩＥ　值较小，通常用ａｓ、　ｓ或单位时间间隔ＵＩ表示。　３．ＭＴＩＥ（最大时间间隔误差）：是指在一个　２．漂移产生。这是时钟ＢＩＴＳ设备长期同步　性能的评价指标，使用ＭＴＩＥ和ＴＤＥＶ度量，实　测量周期内，一个给定窗口内的最大相位变化。　７１—　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．５２　Ｎ０．２　２０１６　站、０１基站、０３基站和０５基站之间的切换关系和　高速铁路ＧＳＭ－Ｒ网络优化工作，需要结合现　场实际情况，对测试结果全面分析，不断进行动态　南宁枢纽区域内的ＧＳＭ－Ｒ信号覆盖，均满足技术　规范和使用的要求。　调整，并通过现场测试验证网络优化方案的可行　性，才能取得比较理想的效果。　参考文献　５　总结　经过优化后，南昆客运专线引入南宁枢纽地区　［１３　ＴＢ１０７６１～２０１３．高速铁路工程动态验收技术规范［ｓ－ｔ．　北京：中国铁道出版社，２０１３．２：２８—３１．　的ＢＴＳ设备组网变得更为简洁，新建南昆客运专　线与既有湘桂线并线区段共用ＧＳＭ－Ｒ网络信号覆　盖的ＢＴＳ设备数量，由３套减为１套，从而减少　新建南昆客运专线与既有湘桂线之间ＧＳＭ－Ｒ网络　信号的重叠，降低了二者之间的信号干扰，使得今　后南昆客运专线与既有湘桂线的ＧＳＭ－Ｒ网络优化　变得相对独立。减少２套ＢＴＳ设备及其配套设备　的投资，也减少了南昆客运专线开通运营后的设备　维护工作量。　Ｅ２３林思雨，钟章队，艾渤．铁路数字移动通信系统的传输　干扰性能分析与改善ＥＪ］．铁道学报，２Ｏｌｌ，３３（７）．　［３］吴昊，谷勇浩，钟章队．一种应用于高速铁路的ＧＳＭ－Ｒ　快速切换算法研究ＥＪ－１．铁道工程学报，２００９（１）．　［４］刘玺．客运专线ＧＳＭ－Ｒ覆盖规划的研究［Ｄ］．上海大学　工程硕士学位论文，２０１０．８．　［５］李继元，庞萌萌；石杰．ＧＳＭ－Ｒ网络越区切换掉话分析　及优化方案［Ｊ］．铁道通信信号，２０１１，（２）：６９—７１．　Ｉ－６－１许鹏．ＧＳＭ－Ｒ无线网络优化实施ｒＪ１．铁路技术创新，　２０１１（ｚ１）：９０—９２．　而且，网络通信质量也满足了技术规范和使用　［７］陈永，胡晓辉．基于ＧＳＭ－Ｒ铁路无线通信系统的越区　切换分析研究［Ｊ］．计算机工程与设计，２００９，３０（１８）：　４３４２—４３４５．　的要求。在列车运行里程不变的情况下，ＧＳＭ－Ｒ　小区切换的次数也相应减少，提高了ＧＳＭ—Ｒ网络　的安全性和可靠性。　（上接第７３页）　［８］郑建龙．浅谈ＧＳＭ－Ｒ系统越区切换技术［Ｊ］．科技风．　（责任编辑：诸红）　显示设备提供统一的、标准的同步信号源。作为支　可以看出，实测曲线数值明显低于标准允许的　撑铁路信息化发展的重要基础平台，其时钟同步性　能是各种业务网正常运行的重要保障。在铁路现网　中，由于时钟同步性能劣化导致通信故障的现象时　Ｃａｌｎｅｘ嘲∞。Ｉ上ｏｏｕｕ　—容限值，表明该时钟ＢＩＴＳ设备在同步源失锁情况　下，具有较好的保持性能。　Ｏｌ６　Ｏｌ４　。１２　。１一　……一…’　有发生，严重时甚至会导致　基站休眠，影响高铁列车行　车安全。同时由时钟同步引　起的故障一般难以判定故障　—　＾＝：　—　—　——　一……　Ｏｍｅ　。ｍ　０¨　Ｏ。２　ｍ０　｛　原因，因此在新建铁路线开　通及对既有铁路线的日常维　０４　图１０　５０００后保持特性曲线　护过程中，加强对时钟同步　网的测试及监视，能够有效　通过以上指标测试，如果各项指标均满足相应　标准的要求，则可以认为该时钟设备工作正常。一　参避免相应故障的发生。　考文献　旦上述指标超标，尤其是频率准确度和漂移产生超　过标准限值，则应主动查找原因，避免将性能劣化　的同步信号逐跳传递给下一级的时钟节点，导致整　个网络的同步性能劣化。　［１］屈辉立．数字同步网系统及其几种常用同步方式比较　［Ｊ］．企业技术开发，２００６．　［２］薛继娟．数字同步网的测试与优化［Ｄ］．西安电子科技　大学，２００７．　４总结　铁路时钟同步网为铁路运输各业务系统及时间　（责任编辑：诸红）　７７～