Solution unifiée de temps et de fréquence pour l'industrie des transports intelligents

Solutions unifiées de temps et de fréquence pour l'industrie des transports intelligents

Solution unifiée de temps et de fréquence pour les transports intelligents

Un système de temps précis à l'échelle du territoire couvrant le contrôle du trafic urbain, la grande vitesse intelligente, le transport ferroviaire et la coopération véhicule-route.

Il existe un besoin hiérarchique clair de précision de la synchronisation temporelle au sein des STI, qui peut être classé en fonction des caractéristiques de l'entreprise :

Sub-microseconde et nanoseconde :Il convient à la collaboration entre véhicules et voies de guidage (V2X), aux systèmes de signalisation de voies partielles, à la corrélation d'événements précis et à la fusion de positionnements de haute précision.
Sous-milliseconde et microseconde :Convient au contrôle des signaux urbains (coordination des ondes vertes, priorité aux bus), à la police électronique/à la criminalistique multi-dispositifs, à la facturation des portiques, à la détection d'événements au niveau de la chaussée, etc.
Millisecondes :Convient à la vidéosurveillance, à la distribution d'informations, aux plates-formes de gestion, aux systèmes bureautiques, etc.

Les trois types de demandes susmentionnées coexistent dans la même ville et sur le même réseau routier, et il n'est pas possible de couvrir tous les scénarios avec une seule précision et un seul protocole ; il est donc nécessaire de les faire coïncider grâce à une base de temps unifiée et à une stratégie d'accès hiérarchique.

Problèmes typiques du réseau actuel

Les problèmes suivants se posent dans le réseau actuel de gestion du trafic urbain et dans les projets d'autoroutes et de chemins de fer intelligents à l'échelle nationale :

Grande durée de vie des équipements entre les générations

Les routeurs centraux et certains commutateurs d'agrégation prennent déjà en charge le protocole PTP ;
Les commutateurs d'accès au stock en vrac ne prennent en charge que le transfert de base de la couche 3 et ne prennent pas en charge l'horodatage matériel PTP ou la fonctionnalité BC/TC ;
Les protocoles pris en charge par les dispositifs frontaux ne sont pas uniformes : certains prennent en charge le PTP, d'autres uniquement le NTP ou la synchronisation par port série.

Utilisation mixte de dispositifs de synchronisation, piles de protocoles non uniformes

Coexistence de plusieurs systèmes de synchronisation au sein d'un même réseau
Les sources de temps ne sont pas gérées de manière uniforme et il existe des écarts de quelques secondes, voire de quelques minutes, entre les systèmes.

Absence d'outils unifiés de surveillance, d'exploitation et de maintenance

Absence de contrôle visuel de la qualité des sources temporelles supérieures (BeiDou, GPS, PTP de niveau supérieur) ;
Absence de surveillance centralisée de la déviation et de la gigue des clients PTP/NTP en aval ;
En cas de panne de l'onde verte, de litige judiciaire ou de plainte concernant la facturation, il est difficile de déterminer rapidement si la synchronisation temporelle est la cause première.

Segmentation du domaine de sécurité et fragmentation de la base de temps

Les réseaux de sécurité publique, les réseaux vidéo spécialisés, les réseaux gouvernementaux et les réseaux spécialisés pour la collaboration entre les véhicules et les routes font l'objet d'une isolation physique ou logique ;
Les dispositifs de chronométrage sont souvent déployés indépendamment au sein de chaque domaine de sécurité, ce qui entraîne des incohérences dans les lignes de base temporelles ;
Manque de moyens techniques pour obtenir une référence temporelle uniforme dans le contexte d'un "trafic réseau déconnecté".

Principes de conception

La conception générale du programme est guidée par les trois principes suivants :Harmonisation des critères de référence,Accès par paliers,progrès sans heurts

structure générale

couche centrale

Composé d'un serveur d'horloge T830, il permet une sélection intelligente de plusieurs sources de référence, de deux moteurs PTP/NTP et de plusieurs sorties d'interface (PTP, NTP, 1PPS, 10 MHz, IRIG-B, etc.) ;
Fournit plusieurs ports Ethernet, tous les ports partagent le même système d'exploitation et la même frontière de sécurité, peuvent être logiquement divisés en segments de réseau de service au sein du même domaine de sécurité, et fournissent une base de temps unifiée pour différents VLAN/sous-réseaux de service.

couche transport

Le trafic d'autorisation PTP/NTP peut être utilisé :
Backbone PTP avec support BC/TC ;
PTP unicast basé sur 8275.2 ;
NTP sur les réseaux existants de niveau 3.

couche d'accès

Pour des points de terminaison professionnels spécifiques, y compris
Signaux urbains, radar, RSU, contrôleurs de portique, équipement de signalisation des voies ;
Police électronique, baïonnette, front-end vidéo, PIS, AFC, plateforme de gestion, etc ;
Sélectionnez la méthode d'accès PTP ou NTP en fonction du niveau de service.

Sous-systèmes industriels

La gestion du trafic urbain, la grande vitesse intelligente, le transport ferroviaire, la coopération véhicule-route, etc. sont reliés à la couche centrale par leurs réseaux spécialisés respectifs ou par des réseaux dédiés afin de partager une référence temporelle unifiée.

architecture du système

La couche centrale est centrée sur le serveur d'horloge haute performance T830, qui fournit une référence temporelle unifiée et une capacité de sortie multiprotocole :

1、Source de référence multiple et sélection intelligente de la source

Diverses sources de référence en amont sont prises en charge : signaux de synchronisation BeiDou, autres GNSS tels que GPS, PTP de niveau supérieur (données PTP fournies par le groupe ou ailleurs) et sources de référence câblées telles que 1PPS/10 MHz terrestres.

2、PTP/NTP architecture à double moteur

Moteur PTP
- Mise en œuvre de la fonctionnalité IEEE 1588v2 PTP Grandmaster/BC basée sur les horodatages matériels ;
- Supporte le multi-domaine, le multi-profil (par exemple, G.8275.1, G.8275.2), et peut fournir des domaines temporels PTP indépendants pour différents domaines d'activité ;
- Prend en charge les paramètres configurables pour le débit des messages, le mécanisme de retard et la priorité.
Moteur NTP
- Serveur NTP intégré à haute concurrence, supportant la synchronisation simultanée de terminaux à grande échelle ;
- Prise en charge du contrôle des sources d'accès (ACL) en liaison avec les politiques de sécurité du réseau.

Les deux moteurs partagent la même horloge atomique comme source d'horloge locale et le même ensemble d'algorithmes de sélection intelligente de sources multiréférences pour garantir que les sorties PTP et NTP sont dans la même base de temps.

3、Sortie de port multi-réseau

Le T830 offre plusieurs ports Ethernet pour un partitionnement logique des segments du réseau d'entreprise sur le même appareil :

Configuration indépendante des ports
- Chaque port de réseau physique peut être configuré indépendamment : adresse IP et sous-réseau, politique de contrôle d'accès ; commutateur de fonction PTP, type de profil, taux de message ;
- Les paramètres réseau des différents ports sont indépendants les uns des autres.
isolation de la couche réseau
- Tous les ports physiques du réseau partagent le même système d'exploitation et le même périmètre de sécurité ;
- Chaque port de réseau est utilisé au niveau du réseau uniquement comme une sortie pour les services de synchronisation ;

Harmonisation des délais
- La pile PTP/NTP de tous les ports partage en interne la même horloge atomique et le même algorithme de sources de référence multiples ;
- Fournir une base de temps unifiée pour plusieurs segments de réseaux commerciaux, sous réserve d'un partitionnement logique.
Déclaration sur les limites d'utilisation du domaine de sécurité
- Une conception à ports multiples ne revient pas à isoler physiquement un dispositif à travers des domaines de sécurité ;

Pour les différents domaines de sécurité qui nécessitent une isolation physique dans la spécification de sécurité (par exemple, le réseau privé de sécurité publique et le réseau externe), le T830 doit être déployé ou d'autres moyens d'isolation doivent être utilisés dans chaque domaine de sécurité séparément, et la synchronisation ne doit pas être assurée par un seul T830 dans tous les domaines en même temps.

4. capacité de chronométrage et interface de sortie

Ponctualité :

Des cristaux thermostatiques ou des horloges au rubidium en option permettent d'obtenir une précision horaire ou journalière en cas de défaillance de la source de référence en amont ;
Le côté sortie utilise des stratégies de limitation de pas et de convergence progressive pour éviter l'impact des sauts temporels sur le système d'entreprise.

Interface de sortie :

Sortie du protocole IP : PTP, NTP ;
Sortie du signal physique : 1 PPS, 10 MHz, IRIG-B (type de code en option) ;

Répondre aux besoins d'accès à des systèmes multi-professionnels tels que la signalisation, l'électricité et les faibles puissances.

La couche transport est chargée d'acheminer le trafic du protocole de synchronisation au sein du même domaine de sécurité ou du même réseau accessible par la route, à l'aide d'une conception modale :

1) Mode A : PTP BC/TC Trunk (Multicast)

- Condition : PTP BC/TC et SyncE sont universellement pris en charge sur les commutateurs centraux, d'agrégation et d'accès ;
- Topologie du réseau : Core T830 en tant que GM, extension des domaines PTP en aval par le biais de BC/TC à plusieurs niveaux ;
- Scénarios applicables :
  - Nouvelles zones de démonstration ;
  - Réseau de signalisation orbital ;
  - Les réseaux spécialisés qui nécessitent une précision inférieure à la microseconde ou à la nanoseconde, tels que les réseaux spécialisés pour la coopération entre les véhicules et les routes.

2) Mode B : Unicast PTP (G.8275.2)

Condition : le réseau de transport intermédiaire ne prend en charge que le transfert normal de la couche 3 et ne dispose pas de la fonctionnalité PTP BC/TC ;
Topologie du réseau : le T830 ou l'horloge frontière PTP établit une session PTP un à un avec le terminal ou la minicloche de bord via G.8275.2, l'appareil intermédiaire se chargeant uniquement de la transmission IP ;
Scénarios applicables : réseau d'inventaire de gestion du trafic urbain, agrégation/accès ne prenant pas uniformément en charge le protocole PTP ; tronçons routiers à grande vitesse traversant la ligne privée du transporteur ou les liaisons clés du réseau multiniveau à trois niveaux ; précision cible de microsecondes à des scénarios inférieurs à la microseconde.

Mode C : Mode NTP uniquement

Condition : Le réseau est uniquement capable de fournir une connectivité IP de base et n'est pas adapté à l'introduction du protocole PTP ;
Topologie du réseau : le T830 agit en tant que serveur NTP en amont, en synchronisant directement les points d'extrémité ou les serveurs NTP subordonnés ;
Scénarios applicables : vidéosurveillance, plate-forme de gestion, système bureautique ; sites périphériques, intersections indépendantes, petites gares de péage et autres zones où les conditions de réseau sont restreintes ;
Exige une précision temporelle de l'ordre de la milliseconde ou de la sous-milliseconde.

Les trois modes peuvent exister en parallèle dans la même ville ou sur le même réseau routier, les combinaisons étant choisies en fonction des conditions du réseau et des niveaux de service.

Niveau d'accès à tous les types de terminaux professionnels, en fonction du niveau de précision et des capacités de protocole de la méthode d'accès :

1. terminal d'accès PTP

Y compris : machine de signalisation, RSU, équipement de signalisation de voie, partie du contrôleur de portique, radar de haute précision, etc ;

Méthode d'accès : dans le réseau en mode A, en tant que client PTP pour accéder au commutateur d'accès qui prend en charge le PTP ; dans le réseau en mode B, pour établir une session directement avec le T830 ou l'horloge frontière via le PTP Unicast.

2. terminaux hybrides PTP/NTP

Notamment : ordinateur central de police électronique multifonctionnel, équipement de base du système de baïonnette, etc ;

Méthode d'accès : accès PTP pour l'équipement principal ; accès NTP pour l'équipement périphérique, pointant uniformément vers la ligne de temps T830.

Terminal d'accès NTP

Y compris : caméras, PIS, AFC, plate-forme de gestion, terminaux de bureau, etc ;

Méthode d'accès : Accès au T830 local ou au serveur NTP subordonné par l'intermédiaire d'un client NTP.

La couche d'accès est configurée selon le principe suivant :La priorité est donnée au PTP pour les dispositifs de contrôle critiques, au NTP pour les dispositifs d'enregistrement et d'affichage, et tous les terminaux sont unifiés pour pointer vers quelques nœuds T830 ou leurs serveurs subordonnés en tant que source d'horloge en amont..

Topologie du trafic routier urbain

Dans cette topologie, PTP Unicast est utilisé pour l'accès frontal direct aux services de contrôle des signaux (niveau 1) et l'accès convergent NTP pour les services de police électrique/vidéo (niveau 2/3).

Le scénario de gestion du trafic urbain peut être décomposé en quatre couches en fonction de la topologie du réseau :

Plancher de la salle informatique centraleSalle du centre de commandement du détachement de la police de la circulation, déploiement de T830, accès au commutateur central.
Couche de convergence régionaleLes commutateurs d'agrégation des succursales ou des sous-centres régionaux, dont la plupart sont des dispositifs de transfert de couche 3 uniquement, certains dispositifs plus récents prenant en charge le protocole PTP.
couche d'accèsLes commutateurs d'accès : Un grand nombre de commutateurs d'accès dans les armoires des routes et des intersections sont des dispositifs de stock qui ne prennent pas en charge le protocole PTP.
couche terminaleLes machines à signaux, les radars, les frontaux de police électronique, les frontaux de baïonnette, les caméras, les cartes de renseignement, etc.

Architecture intelligente en cascade à trois niveaux et à grande vitesse

En fonction de la gestion de l'exploitation et de la maintenance et de la configuration du réseau, le système intelligent à grande vitesse adopte le plus souvent la topologie à trois niveaux "centre provincial - centre de tronçon routier - station de péage/passerelle". Le système de chronométrage suit cette topologie pour la mise en cascade :

1. au niveau du centre provincial

Déployer le centre provincial T830 dans les centres de données du groupe provincial à grande vitesse :
Accès en amont à Beidou/GPS, PTP supérieur ou 1PPS/10 MHz ;
L'aval fournit PTP/NTP à chaque centre de segment via le réseau privé IP du groupe ou le réseau de transport.

2. niveau du centre du tronçon routier

Un T830 est déployé dans chaque centre de gestion des routes :
La liaison montante agit comme un client PTP ou NTP, synchronisé avec le centre provincial T830 ;
La liaison descendante sert d'horloge maîtresse pour cette section et fournit le PTP/NTP pour les cabines de péage et les portiques.

3. au niveau du site (gare de péage / portique / aire de service / salle des machines à l'entrée du tunnel)

Les salles informatiques des postes de péage sont reliées au réseau du centre routier par des lignes spécialisées ou des fibres optiques ;
Les contrôleurs de portiques, les contrôleurs de voies et le système de gestion vidéo de la station sont connectés à la salle informatique de la station de péage par l'intermédiaire d'un commutateur local ;
Les armoires du portail du tunnel sont connectées par fibre optique à la salle des machines de la station de péage la plus proche.

Architecture intelligente en cascade à trois niveaux et à grande vitesse

Architecture du système d'horloge ferroviaire

Les systèmes d'horloge-mère conventionnels autonomes existent sur les lignes existantes ou dans le cadre de scénarios d'expansion et de rénovation :

L'évolution du T830 en tant qu'horloge maîtresse de première classe remplaçant une horloge maîtresse conventionnelle peut être réalisée de la manière suivante :
1. Phase initiale : l'horloge mère d'origine reste en service, le T830 lui fournit une horloge en amont sous forme d'IRIG-B ou de 1PPS, afin de réaliser le remplacement en douceur de "l'horloge mère à l'horloge mère" ;
2. Phase de transition : les nouvelles stations ou les nouvelles sections de ligne utilisent directement le T830 comme horloge maîtresse primaire, les anciennes lignes conservent l'horloge maîtresse secondaire d'origine, le timing unifié du T830 ;
3. Phase d'achèvement : basculement complet vers le système T830 et mise hors service de l'ancien système d'horloge maîtresse.

Maintenir la topologie "horloge mère primaire unifiée, distribution de l'horloge mère secondaire de la station" tout au long du cycle de vie, sans modifier la classification de sécurité originale et le mode d'interface du transport ferroviaire.

Système d'horloge véhicule-circuit

Le système de collaboration véhicule-route se compose d'un centre de contrôle de la zone de démonstration, d'une unité de bord de route (RSU), d'un MEC, de capteurs et de terminaux de véhicules avec la topologie suivante dans le domaine temporel :

Le T830 est déployé dans la salle du centre de contrôle comme source d'horloge pour le réseau de service VRS ;
Le T830 est connecté au réseau spécialisé pour la coopération véhicule-route par l'intermédiaire d'un port de réseau de service indépendant, qui n'effectue pas de transfert L2/L3 avec d'autres ports de réseau de service dans l'appareil, ce qui forme une partition logique au niveau de la couche réseau ;
Les commutateurs du centre de contrôle, les commutateurs d'agrégation et les commutateurs d'accès routier constituent le réseau de capacité PTP ;
Les RSU, les MEC et certains capteurs de haute précision rejoignent le domaine temporel en tant que clients PTP.

La capacité multiport du T830 est utilisée pour distinguer les différents segments du réseau de service, et tous les ports du réseau partagent le même système d'exploitation et les mêmes limites de sécurité. En ce qui concerne les différents domaines de sécurité (par exemple, le réseau spécialisé Vehicle-Road-Cooperation et d'autres réseaux de service), l'isolation relève de la responsabilité du réseau et de l'équipement de sécurité de la couche supérieure, et cet appareil n'assure pas de fonctions d'isolation physique.

Liste de contrôle de la configuration

Niveau de configuration	Scénarios d'application typiques	Configuration du T830 (double ou non, type de cristal)	Exigences en matière de commutateur/PTP	Modèles de synchronisation typiques	Précision typique de la synchronisation de bout en bout
navire amiral	Centres provinciaux, centres de groupes à grande vitesse, centres municipaux de police de la circulation, CCO ferroviaires, centres de contrôle des zones de démonstration de la coordination véhicule-route	Déploiement multi-ordinateurs (maître/secours ou double maître), horloge atomique ou au rubidium, partitionnement logique des ports multiservices (segments de signalisation/vidéo/gestion à l'intérieur du même périmètre de sécurité).	Les commutateurs du noyau, de l'agrégation et de l'accès critique prennent en charge PTP BC/TC et SyncE ; le réseau PTP complet est utilisé pour la coopération entre les circuits de véhicules et les systèmes de signalisation.	PTP (Multicast/BC) primaire, Unicast supplémentaire, NTP et IRIG-B/1PPS sorties parallèles	Microseconde : 1-5 μs (coopération véhicule-route, signalisation des voies) ; milliseconde : 1-5 ms (contrôle des signaux, portique) ; terminal NTP 10-50 ms.
cours principal (d'une rivière)	Sous-centres de contrôle de la circulation des districts et des comtés, centres de gestion des tronçons routiers, centres des grandes gares de péage, tronçons de routes urbaines générales.	T830 unique, horloge au rubidium ou cristal de haute stabilité, partitionnement logique des ports multiservices (segments front-end/plateforme, etc. au sein du même périmètre de sécurité)	Les commutateurs d'agrégation centrale/partielle supportent le PTP BC/TC ; la couche d'accès peut être constituée de commutateurs de couche 3 ordinaires ; les nœuds clés peuvent être directement connectés avec le PTP Unicast.	Couche centrale PTP (Multicast/BC) + Couche d'accès Unicast PTP + NTP Hybride	Terminaux Key PTP 10 μs à 1 ms ; terminaux Unicast PTP 1-5 ms ; terminaux NTP 10-50 ms
économie	Cabines de péage de bordure, petites armoires autonomes de jonction, zones de service à distance, anciennes zones localisées	Un seul T830, un timing cristal normal compensé en température, un seul port réseau ou un petit nombre de ports réseau (pas de partitionnement de segment nécessaire).	Les commutateurs existants ne doivent prendre en charge que le transfert IP de base, sans exigences en matière de PTP.	Horloge NTP pure (avec un petit nombre de sorties 1PPS/IRIG-B)	Les décalages temporels terminaux convergent vers une plage de 10 à 100 ms pour l'alignement des journaux et les besoins médico-légaux de base.

Sur la base d'une référence d'horloge unifiée, ce programme adopte le T830 pour construire une architecture de système de temps et de fréquence de "base unifiée, interface multimode et algorithme optimal" : grâce à la topologie hiérarchique de l'horloge mère de premier niveau/centre de segment/nœud régional, PTP, NTP, IRIG-B et 1PPS peuvent être accessibles en fonction des exigences de l'entreprise de manière graduelle, de sorte que la précision de synchronisation temporelle des services clés peut converger vers le niveau de la microseconde ou de la milliseconde, à condition de ne pas forcer l'ensemble du réseau à être transformé. Si l'on ne force pas l'ensemble du réseau à être transformé, la précision de la synchronisation temporelle des services clés converge vers le niveau de la microseconde ou de la milliseconde, fournissant ainsi une solution d'unification temporelle réalisable sur le plan technique pour la gestion du trafic urbain, la grande vitesse intelligente, le transport ferroviaire et la coordination véhicule-route.