面向智能交通行业的的统一时频解决方案

智能交通统一时频解决方案

覆盖城市交管、智慧高速、轨道交通、车路协同的全域精准时间体系。

智能交通系统内部存在明确的时间同步精度分级需求，可按业务特性划分为：

  • 亚微秒级和纳秒级：适用于车路协同（V2X）、部分轨道信号系统、精确事件关联与高精度定位融合。
  • 亚毫秒级和微秒级：适用于城市信号控制（绿波协调、公交优先）、电子警察/卡口多设备取证、门架计费、路段级事件检测等。
  • 毫秒级：适用于视频监控、信息发布、管理平台、办公系统等。

上述三类需求在同一城市、同一路网内并存，无法用单一精度、单一协议覆盖全部场景，需要通过统一时间基准与分级接入策略进行匹配。

现网典型问题

在全国范围内的城市交管、智慧高速及轨道交通项目中，现网普遍存在以下问题：

设备代际跨度大

  • 核心路由器、部分汇聚交换机已支持 PTP；
  • 大量存量接入交换机仅支持基本三层转发，不支持 PTP 硬件时间戳或 BC/TC 功能；
  • 前端设备支持协议不统一，有的支持 PTP，有的只支持 NTP 或串口对时。

授时设备混用、协议栈不统一

  • 同一网络内并存多种授时方案
  • 时间源未统一管理，各系统间存在秒级乃至分钟级偏差。

缺乏统一监控与运维手段

  • 对上层时间源（北斗、GPS、上级 PTP）的质量缺少可视化监测；
  • 对下游 PTP/NTP 客户端的偏差、抖动缺乏集中监控；
  • 发生绿波失效、取证争议、计费投诉时，难以快速定位时间同步是否为根因。

安全域划分与时间基准割裂

  • 公安网、视频专网、政务网、车路协同专网等存在物理或逻辑隔离；
  • 各安全域内往往独立部署授时设备，导致时间基准不一致；
  • 缺少在“网络流量互不连通”的前提下实现统一时间基准的工程手段。

设计原则

本方案的总体设计遵循以下三项原则：统一基准、分级接入、平滑演进

总体架构

核心层

  • 由 T830 时钟服务器构成，提供多参考源智能选取、PTP/NTP 双引擎以及多种接口输出（PTP、NTP、1PPS、10 MHz、IRIG-B 等）；
  • 提供多个以太网网口，所有网口共享同一操作系统和同一安全边界，可在同一安全域内进行业务网段的逻辑划分，为不同业务 VLAN/子网提供统一时间基准。

传输层

  • 承载 PTP/NTP 授时流量，可采用：
  • 支持 BC/TC 的 PTP 主干；
  • 基于8275.2 的 Unicast PTP；
  • 现有三层网络上的 NTP。

接入层

  • 面向具体业务终端，包括：
  • 城市信号机、雷达、RSU、门架控制器、轨道信号设备；
  • 电子警察、卡口、视频前端、PIS、AFC、管理平台等；
  • 按业务等级选择 PTP 或 NTP 接入方式。

行业子系统

  • 城市交管、智慧高速、轨道交通、车路协同等，通过各自的专业网络或专网与核心层连接，共享统一时间基准。

系统架构

核心层以 T830 高性能时钟服务器为中心，提供统一时间基准和多协议输出能力，主要功能包括：

1、多参考源与智能选源

支持多种上游参考源：北斗授时信号；GPS 等其他 GNSS；上级 PTP（集团或其他地方提供的 PTP 基准）；地面 1PPS/10 MHz 等有线参考源。

2、PTP/NTP 双引擎架构
  • PTP 引擎
    • 基于硬件时间戳实现 IEEE 1588v2 PTP Grandmaster/BC 功能；
    • 支持多 Domain、多 Profile（如 G.8275.1、G.8275.2），可为不同业务域提供独立 PTP 时间域；
    • 支持报文速率、延迟机制、优先级参数可配置。
  • NTP 引擎
    • 内置高并发 NTP 服务器，支持大规模终端并发对时；
    • 支持对访问源进行控制（ACL），配合网络侧安全策略。

两个引擎共用同一原子钟作为本地时钟源，共用同一套多参考源智能选源算法，保证 PTP 与 NTP 输出在同一时间基准上。

3、多网口输出

T830 提供多个以太网端口，用于在同一设备上实现业务网段的逻辑分区：

  • 端口独立配置
    • 每个物理网口可独立配置：IP 地址及子网、访问控制策略；PTP 功能开关、Profile 类型、报文速率；
    • 不同端口的网络参数互相独立。
  • 网络层隔离
    • 所有物理网口共享同一操作系统和同一安全边界；
    • 各网口在网络层面仅作为授时服务出口使用；
  • 时间基准统一
    • 所有网口的 PTP/NTP 协议栈在内部共用同一原子钟与多参考源算法；
    • 在逻辑分区前提下，为多个业务网段提供统一时间基准。
  • 安全域使用边界说明
    • 多网口设计不等同于跨安全域物理隔离设备；

对于安全规范中要求物理隔离的不同安全域（例如公安专网与外部网络），应在各安全域内分别部署 T830 或采用其他隔离手段，不通过单台 T830 同时跨域提供授时。

4、守时能力与输出接口

守时能力：

  • 选配恒温晶振或铷钟，在上游参考源失效时提供小时级至天级的守时精度；
  • 输出侧采用限步进和渐进收敛策略，避免时间跳变对业务系统造成冲击。

输出接口：

  • IP 协议输出：PTP、NTP；
  • 物理信号输出：1PPS、10 MHz、IRIG-B（码型可选）；

满足信号、电力、弱电等多专业系统接入需求。

 

传输层负责在同一安全域或路由可达网络内承载授时协议流量，采用模式化设计：

 

1、模式 A：PTP BC/TC 主干（Multicast）
    • 条件：核心、汇聚、接入交换机普遍支持 PTP BC/TC 与 SyncE；
    • 网络拓扑：以核心 T830 为 GM，经由多级 BC/TC 向下游扩展 PTP 域；
    • Applicable Scenarios:
      • 新建示范区；
      • 轨道信号网；
      • 车路协同专网等对亚微秒级到纳秒级精度有要求的专用网络。
2、模式 B：Unicast PTP（G.8275.2）
        • 条件：中间传输网络仅支持普通三层转发，不具备 PTP BC/TC 功能；
        • 网络拓扑：T830 或 PTP 边界时钟通过 G.8275.2 与终端或边缘小型时钟建立一对一 PTP 会话，中间设备只做 IP 转发；
        • Applicable Scenarios:
          • 城市交管存量网络，汇聚/接入不统一支持 PTP；
          • 高速路段跨运营商专线或多级三层网络的关键链路；
          • 目标精度为微秒级到亚微秒级的场景。
3、模式 C：纯 NTP 模式
            • 条件：网络仅能提供基本 IP 联通，不适宜引入 PTP；
            • 网络拓扑：T830 作为上游 NTP 服务器，直接为终端或下级 NTP 服务器授时；
            • Applicable Scenarios:
              • 视频监控、管理平台、办公系统；
              • 边缘站点、独立路口、小型收费站等网络条件受限区域；
              • 要求时间精度为毫秒级到亚毫秒级。

三种模式可在同一城市或同一路网内并行存在，按网络条件和业务等级选择组合。

接入层面向各类业务终端，按精度等级和协议能力进行接入方式设计：

1、PTP 接入终端

包括：信号机、RSU、轨道信号设备、部分门架控制器、高精度雷达等；

接入方式：模式 A 网络中，作为 PTP 客户端接入支持 PTP 的接入交换机；模式 B 网络中，通过 Unicast PTP 与 T830 或边界时钟直接建立会话。

2、混合 PTP/NTP 终端

包括：多功能电子警察主机、卡口系统核心设备等；

接入方式：核心设备采用 PTP 接入；周边设备采用 NTP 接入，统一指向 T830 时间轴。

NTP 接入终端

包括：摄像机、PIS、AFC、管理平台、办公终端等；

接入方式：通过 NTP 客户端接入本地域 T830 或下级 NTP 服务器。

接入层的配置原则为：关键控制类设备优先 PTP，记录与展示类设备优先 NTP，所有终端统一指向少数 T830 节点或其下级服务器作为上游时钟源The

城市道路交通拓扑结构

在该拓扑下，信控业务（Tier 1）采用 PTP Unicast 直达前端，电警/视频业务（Tier 2/3）采用 NTP 汇聚接入方式。

城市交管场景按网络拓扑可抽象为四层：

  1. 中心机房层：交警支队指挥中心机房，部署 T830，接入核心交换机。
  2. 区域汇聚层：分局或区域分中心汇聚交换机，多数仅为三层转发设备，部分新设备支持 PTP。
  3. 接入层：路段/路口机柜内的接入交换机，大量为不支持 PTP 的存量设备。
  4. 终端层：信号机、雷达、电子警察前端、卡口前端、摄像机、情报板等。

 

智慧高速三级级联架构

智慧高速按运维管理和网络布局，多采用“省中心—路段中心—收费站/门架”的三级拓扑。授时系统沿用该拓扑进行级联：

1、省中心层
  • 在省级高速集团数据中心部署省中心 T830：
  • 上游接入北斗/GPS、上级 PTP 或 1PPS/10 MHz；
  • 下游通过集团 IP 专网或传输网向各路段中心提供 PTP/NTP。
2、路段中心层
  • 每个路段管理中心部署 1 台 T830：
  • 上行作为 PTP 客户端或 NTP 客户端，对时于省中心 T830；
  • 下行作为本路段的主时钟，为各收费站和门架提供 PTP/NTP。
3、站点层（收费站 / 门架 / 服务区 / 隧道口机房）
  • 收费站机房通过专线或光纤与路段中心网络互联；
  • 门架控制器、车道控制器及站内视频/管理系统通过本地交换机与收费站机房连接；
  • 隧道口机柜通过光纤与就近收费站机房相连。

智慧高速三级级联架构

智慧高速按运维管理和网络布局，多采用“省中心—路段中心—收费站/门架”的三级拓扑。授时系统沿用该拓扑进行级联：

轨道交通时钟系统架构

在既有线路或扩能改造场景中，存在传统独立母钟系统：

  • T830 作为一级母钟替代传统母钟，可通过以下方式实现演进：
    1. 初始阶段：保持原一级母钟运行，T830 以 IRIG-B 或 1PPS 的形式为其提供上游时钟，实现“母钟对母钟”的平滑替换；
    2. 过渡阶段：新车站或新线段直接使用 T830 作为一级母钟，旧线保留原二级母钟，统一从 T830 对时；
    3. 完成阶段：全部切换为 T830 体系，传统母钟系统退役。

在全生命周期内保持“统一一级母钟、车站二级母钟分发”的拓扑，不改变轨道交通原有安全分级和接口模式。

车路协同时钟系统

车路协同系统由示范区控制中心、路侧单元（RSU）、MEC、传感器和车辆终端构成，时间域拓扑如下：

  • 控制中心机房部署 T830，作为车路协同业务网络的时钟源；
  • T830 通过独立业务网口接入车路协同专用网络，该网口在设备内不与其他业务网口做 L2/L3 转发，形成网络层逻辑分区；
  • 控制中心交换机、汇聚交换机、路侧接入交换机构建 PTP 能力网络；
  • RSU、MEC 和部分高精度传感器作为 PTP 客户端加入该时间域。

T830 多网口能力用于区分不同业务网段，所有网口共享同一操作系统和安全边界。涉及不同安全域（例如车路协同专网与其他业务网），隔离由上层网络和安全设备负责，本设备不承担物理隔离功能。

配置清单表

配置级别 Typical Application Scenarios T830配置 （是否双机、晶振类型） 交换机/PTP要求 典型授时模式 典型端到端授时精度
旗舰
省中心、高速集团中心、市级交警中心、轨道 OCC、车路协同示范区控制中心
多机部署（主/备或双主），原子钟或铷钟守时，多业务网口逻辑分区（同一安全边界内划分信号/视频/管理等网段）
核心/汇聚/关键接入交换机支持 PTP BC/TC 和 SyncE；车路协同、信号系统使用全 PTP 网络
PTP（Multicast/BC）为主，Unicast 补充，NTP 和 IRIG-B/1PPS 并行输出
微秒级：1–5 μs（车路协同、轨道信号）；毫秒级：1–5 ms（信控、门架）；NTP 终端 10–50 ms
主流
区县交管分中心、路段管理中心、大型收费站中心、一般城市示范路段
单台 T830，铷钟或高稳晶振守时，多业务网口逻辑分区（同一安全边界内划分前端/平台等网段）
核心/部分汇聚交换机支持 PTP BC/TC；接入层可为普通三层交换机；关键节点可用 Unicast PTP 直连
核心层 PTP（Multicast/BC）+ 接入层 Unicast PTP + NTP 混合
关键 PTP 终端 10 μs～1 ms；Unicast PTP 终端 1–5 ms；NTP 终端 10–50 ms
经济
边缘收费站、小型路口独立机柜、偏远服务区、局部老旧片区
单台 T830，普通温补晶振守时，单网口或少量网口（无需网段分区）
现有交换机仅需支持基本 IP 转发，无 PTP 要求
纯 NTP 授时（可配少量 1PPS/IRIG-B 输出）
终端时间偏差收敛至 10–100 ms 范围，满足日志对齐和基本取证需求
获取完整完整方案

本方案在统一时钟基准的前提下，采用 T830 构建“统一底座、多模接口、算法择优”的时频系统架构：通过一级母钟 / 路段中心 / 区域节点的分层拓扑，将 PTP、NTP、IRIG-B 和 1PPS 按业务需求分级接入，在不强制全网改造的条件下，将关键业务时间同步精度收敛至微秒～毫秒量级，为城市交管、智慧高速、轨道交通和车路协同提供可工程实现的时间统一方案。

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