Solución unificada de tiempo y frecuencia para la industria del transporte inteligente

Soluciones unificadas de tiempo y frecuencia para el sector del transporte inteligente

Solución unificada de tiempo y frecuencia para el transporte inteligente

Un sistema de tiempo preciso en todo el territorio que abarca el control del tráfico urbano, la alta velocidad inteligente, el transporte ferroviario y la cooperación vehículo-carretera.

Existe una clara necesidad jerárquica de precisión en la sincronización horaria dentro de los STI, que puede clasificarse por características empresariales:

Submicrosegundo y nanosegundo:Es adecuado para la colaboración vehículo-carretera (V2X), los sistemas de señalización parcial de vías, la correlación precisa de eventos y la fusión de posicionamiento de alta precisión.
Submilisegundo y microsegundo:Adecuado para el control de señales urbanas (coordinación de ondas verdes, prioridad de autobuses), policía electrónica/cardinal multidispositivo forense, facturación de pórticos, detección de eventos a nivel de calzada, etc.
Milisegundos:Adecuado para videovigilancia, distribución de información, plataformas de gestión, sistemas de oficina, etc.

Los tres tipos de demandas anteriores coexisten en la misma ciudad y la misma red viaria, y no es posible cubrir todos los escenarios con una única precisión y un único protocolo, por lo que es necesario equipararlos mediante una base horaria unificada y una estrategia de acceso jerárquica.

Problemas típicos de la red actual

Los siguientes problemas prevalecen en la red actual de gestión del tráfico urbano y en los proyectos de autopistas y ferrocarriles inteligentes de todo el país:

Gran amplitud intergeneracional de los equipos

Los routers centrales y algunos conmutadores de agregación ya admiten PTP;
Los conmutadores de acceso de existencias a granel sólo admiten el reenvío básico de Capa 3 y no admiten la marca de tiempo de hardware PTP ni la funcionalidad BC/TC;
Los protocolos soportados por los dispositivos front-end no son uniformes, algunos soportan PTP, otros sólo soportan NTP o temporización por puerto serie.

Uso mixto de dispositivos de cronometraje, pilas de protocolos no uniformes

Coexistencia de múltiples esquemas de temporización en la misma red
Las fuentes de tiempo no se gestionan de manera uniforme, y hay desviaciones de segundos e incluso minutos entre sistemas.

Falta de herramientas unificadas de supervisión, funcionamiento y mantenimiento

Falta de control visual de la calidad de las fuentes de tiempo superiores (BeiDou, GPS, PTP de nivel superior);
Falta de supervisión centralizada de la desviación y el jitter de los clientes PTP/NTP descendentes;
En caso de fallo de la onda verde, disputa forense o reclamación de facturación, es difícil localizar rápidamente si la sincronización horaria es la causa principal.

Segmentación del dominio de seguridad y fragmentación de la base temporal

Existe aislamiento físico o lógico para las redes de seguridad pública, las redes de vídeo dedicadas, las redes gubernamentales y las redes dedicadas a la colaboración entre vehículos y carreteras;
Los dispositivos de cronometraje suelen desplegarse de forma independiente dentro de cada dominio de seguridad, lo que da lugar a líneas de base temporales incoherentes;
Falta de medios técnicos para lograr una referencia temporal uniforme en el contexto del "tráfico de red desconectado".

Principios de diseño

El diseño general del programa se rige por los tres principios siguientes:Armonización de los criterios de referencia,Acceso escalonado,buena marcha

estructura general

capa central

Compuesto por el servidor de reloj T830, proporciona selección inteligente de múltiples fuentes de referencia, motores PTP/NTP duales y múltiples salidas de interfaz (PTP, NTP, 1PPS, 10 MHz, IRIG-B, etc.);
Proporcionan múltiples puertos Ethernet, todos los puertos comparten el mismo sistema operativo y el mismo límite de seguridad, pueden dividirse lógicamente en segmentos de red de servicio dentro del mismo dominio de seguridad y proporcionan una base de tiempo unificada para diferentes VLAN/subredes de servicio.

capa de transporte

Puede utilizarse para transportar tráfico de autorización PTP/NTP:
Red troncal PTP con soporte BC/TC;
PTP unidifusión basado en 8275.2;
NTP en redes existentes de Capa 3.

capa de acceso

Para puntos finales de negocio específicos, incluyendo:
Señales urbanas, radares, RSU, controladores de pórtico, equipos de señalización de vías;
Policía electrónica, bayoneta, front-end de vídeo, PIS, AFC, plataforma de gestión, etc;
Seleccione el método de acceso PTP o NTP por nivel de servicio.

Subsistemas industriales

La gestión del tráfico urbano, la alta velocidad inteligente, el transporte ferroviario, la cooperación vehículo-carretera, etc., se conectan a la capa central a través de sus respectivas redes especializadas o redes dedicadas para compartir una referencia temporal unificada.

arquitectura del sistema

La capa central se centra en el servidor de reloj de alto rendimiento T830, que proporciona una referencia horaria unificada y capacidad de salida multiprotocolo, con funciones clave como:

1、Fuente de referencia múltiple y selección inteligente de la fuente

Se admiten diversas fuentes de referencia ascendentes: señales de temporización BeiDou; otros GNSS como GPS; PTP de nivel superior (datum PTP proporcionado por el Grupo o en otro lugar); y fuentes de referencia cableadas como 1PPS/10 MHz terrestres.

2、PTP/NTP arquitectura de doble motor

Motor PTP
- Implementar la funcionalidad IEEE 1588v2 PTP Grandmaster/BC basada en marcas de tiempo de hardware;
- Admite multidominio, multiperfil (por ejemplo, G.8275.1, G.8275.2) y puede proporcionar dominios de tiempo PTP independientes para diferentes dominios empresariales;
- Admite parámetros configurables para la tasa de mensajes, el mecanismo de retardo y la prioridad.
Motor NTP
- Servidor NTP de alta concurrencia incorporado, compatible con la sincronización concurrente de terminales a gran escala;
- Admite el control de fuentes de acceso (ACL) junto con políticas de seguridad del lado de la red.

Ambos motores comparten el mismo reloj atómico como fuente de reloj local, y comparten el mismo conjunto de algoritmo de selección de fuente inteligente multi-referencia para asegurar que las salidas PTP y NTP están en la misma base de tiempo.

3、Salida de puerto multired

El T830 proporciona varios puertos Ethernet para la partición lógica de segmentos de red empresariales en el mismo dispositivo:

Configuración independiente del puerto
- Cada puerto físico de red puede configurarse de forma independiente: dirección IP y subred, política de control de acceso; conmutador de funciones PTP, tipo de perfil, tasa de mensajes;
- Los parámetros de red de los distintos puertos son independientes entre sí.
aislamiento de la capa de red
- Todos los puertos físicos de la red comparten el mismo sistema operativo y el mismo perímetro de seguridad;
- Cada puerto de red se utiliza a nivel de red únicamente como salida para servicios de temporización;

Armonización de los plazos
- La pila PTP/NTP para todos los puertos comparte internamente el mismo reloj atómico y el algoritmo de múltiples fuentes de referencia;
- Proporcionar una base horaria unificada para múltiples segmentos de la red empresarial, sujeta a partición lógica.
Declaración de límites de uso del dominio de seguridad
- Un diseño multipuerto no es lo mismo que aislar físicamente un dispositivo entre dominios de seguridad;

Para los diferentes dominios de seguridad que requieren aislamiento físico en la especificación de seguridad (por ejemplo, red privada de seguridad pública y red externa), el T830 debe desplegarse o deben utilizarse otros medios de aislamiento en cada dominio de seguridad por separado, y la temporización no debe ser proporcionada por un único T830 en todos los dominios al mismo tiempo.

4. Capacidad de cronometraje e interfaz de salida

Puntualidad:

Los cristales termostáticos opcionales o los relojes de rubidio proporcionan una precisión horaria o diaria en caso de fallo de la fuente de referencia;
El lado de salida utiliza estrategias de convergencia gradual y de limitación de pasos para evitar el impacto de los saltos temporales en el sistema empresarial.

Interfaz de salida:

Salida de protocolo IP: PTP, NTP;
Salida de señal física: 1 PPS, 10 MHz, IRIG-B (tipo de código opcional);

Satisfacer las necesidades de acceso a sistemas multiprofesionales como la señalización, la electricidad y la potencia débil.

La capa de transporte se encarga de transportar el tráfico del protocolo de temporización dentro del mismo dominio de seguridad o red accesible por ruta y se modela:

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

- Condición: PTP BC/TC y SyncE se admiten universalmente en conmutadores de núcleo, agregación y acceso;
- Topología de red: Core T830 como GM, extendiendo los dominios PTP aguas abajo mediante BC/TC multinivel;
- Escenarios aplicables:
  - Nuevas zonas de demostración;
  - Red de señalización orbital;
  - Redes dedicadas que requieren una precisión de submicrosegundos a nanosegundos, como las redes dedicadas a la cooperación entre vehículos y carreteras.

2. Modo B: PTP unidifusión (G.8275.2)

Condición: La red de transporte intermedia sólo admite el reenvío normal de Capa 3 y no dispone de la funcionalidad PTP BC/TC;
Topología de red: el T830 o el reloj de frontera PTP establece una sesión PTP uno a uno con el terminal o el minirreloj de borde a través de G.8275.2. el dispositivo intermediario sólo realiza el reenvío IP;
Escenarios aplicables: red de inventario de gestión del tráfico urbano, la agregación/acceso no admite PTP de manera uniforme; tramos de carretera de alta velocidad a través de la línea privada del transportista o enlaces clave de la red multinivel de tres niveles; precisión objetivo de microsegundos a escenarios de submicrosegundos.

Modo C: modo sólo NTP

Condición: La red sólo es capaz de proporcionar conectividad IP básica y no es adecuada para introducir PTP;
Topología de red: el T830 actúa como servidor NTP ascendente, sincronizando directamente puntos finales o servidores NTP subordinados;
Escenarios aplicables: videovigilancia, plataforma de gestión, sistema de oficina; emplazamientos periféricos, intersecciones independientes, pequeñas estaciones de peaje y otras áreas con condiciones de red restringidas;
Requiere una precisión de tiempo de milisegundos a submilisegundos.

Los tres modos pueden existir en paralelo en la misma ciudad o dentro de la misma red de carreteras, con combinaciones elegidas según las condiciones de la red y los niveles de servicio.

Nivel de acceso a todo tipo de terminales de empresa, según el nivel de precisión y las capacidades de protocolo del diseño del método de acceso:

1. Terminal de acceso PTP

Incluye: máquina de señales, RSU, equipo de señalización de vías, parte del controlador del pórtico, radar de alta precisión, etc;

Método de acceso: En la red en Modo A, como cliente PTP para acceder al switch de acceso que soporta PTP; en la red en Modo B, para establecer una sesión directamente con el T830 o el reloj de frontera a través de Unicast PTP.

2. Terminales PTP/NTP híbridos

Incluye: ordenador central electrónico multifuncional de la policía, el equipo central del sistema de bayoneta, etc;

Método de acceso: acceso PTP para equipos centrales; acceso NTP para equipos periféricos, apuntando uniformemente a la línea de tiempo T830.

Terminal de acceso NTP

Incluye: cámaras, PIS, AFC, plataforma de gestión, terminales de oficina, etc;

Método de acceso: Acceso al T830 local o al servidor NTP subordinado a través del cliente NTP.

La capa de acceso se configura según el principio de:Se da prioridad a PTP para los dispositivos de control críticos, a NTP para los dispositivos de grabación y visualización, y se unifican todos los terminales para que apunten a unos pocos nodos T830 o a sus servidores subordinados como fuente de reloj ascendente..

Topología del tráfico urbano

En esta topología, PTP Unicast se utiliza para el acceso frontal directo de los servicios de control de señales (Nivel 1) y el acceso convergente NTP para los servicios de policía eléctrica/vídeo (Nivel 2/3).

El escenario de gestión del tráfico urbano puede abstraerse en cuatro capas según la topología de la red:

Suelo de la sala central de ordenadores: Sala del centro de mando del destacamento de policía de tráfico, despliegue del T830, acceso al conmutador central.
Capa de convergencia regionalConmutadores de agregación de sucursales o subcentros regionales, la mayoría de los cuales son dispositivos de reenvío de capa 3 solamente, con algunos dispositivos más nuevos que admiten PTP.
capa de acceso: Un gran número de conmutadores de acceso en armarios de carretera/intersección son dispositivos de stock que no soportan PTP.
capa terminalMáquina de señales, radar, frontal de policía electrónico, frontal de bayoneta, cámara, tablero de inteligencia, etc.

Arquitectura inteligente en cascada de tres niveles y alta velocidad

De acuerdo con la gestión de la explotación y el mantenimiento y la disposición de la red, la alta velocidad inteligente adopta mayoritariamente la topología de tres niveles de "centro provincial - centro de tramo de carretera - estación/autopista de peaje". El sistema de temporización sigue esta topología en cascada:

1. Nivel de centro provincial

Despliegue el Centro Provincial T830 en los centros de datos del grupo provincial de alta velocidad:
Acceso ascendente a Beidou/GPS, PTP superior o 1PPS/10 MHz;
El flujo descendente proporciona PTP/NTP a cada centro de segmento a través de la red privada IP del Grupo o de la red de transporte.

2. Nivel central del tramo de carretera

Se despliega un T830 en cada centro de gestión de carreteras:
El enlace ascendente actúa como cliente PTP o cliente NTP, sincronizado con el Centro Provincial T830;
El enlace descendente sirve como reloj maestro para esta sección y proporciona PTP/NTP para las cabinas de peaje y los pórticos.

3. Nivel del emplazamiento (plaza de peaje / pórtico / zona de servicio / sala de máquinas de la entrada del túnel)

Las salas de ordenadores de las estaciones de peaje están interconectadas a la red del centro de sección de carreteras mediante líneas dedicadas o fibra óptica;
Los controladores de pórtico, los controladores de carril y el sistema de vídeo/gestión de la estación están conectados a la sala de ordenadores de la estación de peaje a través de un conmutador local;
Los armarios del pórtico del túnel están conectados por fibra óptica a la sala de máquinas de la estación de peaje más cercana.

Arquitectura inteligente en cascada de tres niveles y alta velocidad

Arquitectura del sistema de reloj ferroviario

Los sistemas convencionales de reloj nodriza autónomos existen en líneas existentes o en escenarios de ampliación y renovación:

La evolución del T830 como reloj maestro de primera clase que sustituye a un reloj maestro convencional puede lograrse de la siguiente manera:
1. Etapa inicial: Mantenga el reloj madre primario original en funcionamiento, el T830 le proporciona un reloj de subida en forma de IRIG-B o 1PPS, para realizar la sustitución sin problemas de "reloj madre a reloj madre";
2. Fase de transición: las nuevas estaciones o los nuevos tramos de línea utilizan directamente T830 como reloj maestro primario, las líneas antiguas conservan el reloj maestro secundario original, cronometraje unificado a partir de T830;
3. Fase de finalización: transición completa al sistema T830 y desmantelamiento del sistema de reloj maestro heredado.

Mantener la topología de "reloj madre primario unificado, distribución de reloj madre secundario de estación" durante todo el ciclo de vida, sin cambiar la clasificación de seguridad original ni el modo de interfaz del transporte ferroviario.

Sistema de reloj de vehículo a circuito

El sistema de colaboración vehículo-carretera consta de un centro de control de área de demostración, una unidad de carretera (RSU), un MEC, sensores y terminales de vehículo con la siguiente topología en el dominio del tiempo:

El T830 se instala en la sala del centro de control como fuente de reloj para la red de servicios VRS;
T830 está conectado a la red dedicada para la cooperación vehículo-carretera a través de un puerto de red de servicio independiente, que no hace reenvío L2/L3 con otros puertos de red de servicio en el dispositivo, formando una partición lógica en la capa de red;
Los conmutadores del centro de control, los conmutadores de agregación y los conmutadores de acceso en carretera construyen la red de capacidad PTP;
Las RSU, los MEC y algunos sensores de alta precisión se incorporan al dominio temporal como clientes PTP.

La capacidad multipuerto del T830 se utiliza para distinguir diferentes segmentos de red de servicio, y todos los puertos de red comparten el mismo sistema operativo y límite de seguridad. En el caso de dominios de seguridad diferentes (por ejemplo, la red dedicada a la cooperación vehículo-carretera y otras redes de servicio), el aislamiento es responsabilidad del equipo de red y seguridad de la capa superior, y este dispositivo no realiza funciones de aislamiento físico.

Lista de comprobación de la configuración

Nivel de configuración	Escenarios típicos de aplicación	T830 Configuración (dual o no, tipo de cristal)	Requisitos del conmutador/PTP	Patrones temporales típicos	Precisión temporal típica de extremo a extremo
buque insignia	Centros provinciales, centros de grupos de alta velocidad, centros municipales de policía de tráfico, OCC ferroviarios, centros de control de zonas de demostración de coordinación vehículo-carretera	Despliegue multiordenador (maestro/en espera o maestro dual), cronometraje de reloj atómico o de rubidio, partición lógica de puertos multiservicio (segmentos de señalización/vídeo/gestión dentro del mismo perímetro de seguridad).	Los conmutadores de núcleo/agregación/acceso crítico admiten PTP BC/TC y SyncE; la red PTP completa se utiliza para la cooperación vehículo-circuito y los sistemas de señalización.	PTP (Multicast/BC) primario, Unicast suplementario, NTP y salidas paralelas IRIG-B/1PPS	Microsegundo: 1-5 μs (cooperación vehículo-carretera, señalización de vía); milisegundo: 1-5 ms (control de señales, pórtico); terminal NTP 10-50 ms.
corriente principal (de un río)	Subcentros de control de tráfico de distrito y de condado, centros de gestión de tramos de carretera, grandes centros de estaciones de peaje, tramos de carretera modelo urbano general	T830 único, reloj de rubidio o cronometraje de cristal de alta estabilidad, partición lógica de puertos multiservicio (segmentos front-end/plataforma, etc. dentro del mismo perímetro de seguridad)	Los conmutadores de núcleo/agregación parcial admiten PTP BC/TC; la capa de acceso pueden ser conmutadores ordinarios de capa 3; los nodos clave pueden conectarse directamente con Unicast PTP	PTP de capa central (multidifusión/BC) + PTP unidifusión de capa de acceso + NTP híbrido	Terminales PTP clave 10 μs a 1 ms; terminales PTP unidifusión 1-5 ms; terminales NTP 10-50 ms
economía	Cabinas de peaje de borde, pequeñas cabinas autónomas de empalme, áreas de servicio remotas, áreas antiguas localizadas	Un único T830, temporización normal de cristal con compensación de temperatura, un único puerto de red o un número reducido de puertos de red (no se requiere partición de segmentos).	Los conmutadores existentes sólo deben admitir el reenvío IP básico, sin requisitos PTP.	Cronometraje NTP puro (con un pequeño número de salidas 1PPS/IRIG-B)	Los desfases de los terminales convergen en un intervalo de 10-100 ms para la alineación de registros y las necesidades forenses básicas.

Bajo la premisa de referencia de reloj unificado, este programa adopta el T830 para construir una arquitectura de sistema de tiempo y frecuencia de "base unificada, interfaz multimodo y algoritmo óptimo": a través de la topología jerárquica de reloj madre de primer nivel/centro de segmento/nodo regional, se puede acceder a PTP, NTP, IRIG-B y 1PPS según los requisitos empresariales de forma escalonada, de modo que la precisión de sincronización horaria de los servicios clave puede converger al nivel de microsegundos a milisegundos bajo la condición de no forzar la transformación de toda la red. Con la condición de no forzar la transformación de toda la red, la precisión de la sincronización temporal de los servicios clave converge al nivel de microsegundos a milisegundos, proporcionando una solución de unificación temporal alcanzable desde el punto de vista de la ingeniería para la gestión del tráfico urbano, la alta velocidad inteligente, el tránsito ferroviario y la coordinación vehículo-carretera.