インテリジェント交通業界向け統合時間・周波数ソリューション

インテリジェント・トランスポート・ユニファイド・タイム&周波数ソリューション

都市交通管制、インテリジェントな高速道路、鉄道輸送、車両と道路の協調を網羅する領域全体の正確な時間システム。

ITSにおける時間同期の正確さには明確な階層的ニーズが存在し、それはビジネス特性によって分類することができる:

  • サブマイクロ秒とナノ秒:V2X、パーシャルトラック信号システム、高精度イベント相関、高精度測位フュージョンに適しています。
  • サブミリ秒とマイクロ秒:都市信号制御(青信号調整、バス優先)、電子警察/カーディナル・マルチデバイス・フォレンジック、ガントリー課金、道路レベルのイベント検出などに適しています。
  • ミリ秒:ビデオ監視、情報配信、管理プラットフォーム、オフィスシステムなどに最適。

上記の3種類の需要は、同じ都市、同じ道路網に共存しており、1つの精度、1つのプロトコルですべてのシナリオをカバーすることは不可能であるため、統一されたタイムベースと階層的なアクセス戦略によって、これらをマッチングさせる必要がある。

現在のネットワークの典型的な問題点

全国の都市交通管理、スマートハイウェイ、鉄道プロジェクトにおける現在のネットワークには、以下のような問題が蔓延している:

世代間スパンの大きな機器

  • コアルーターと一部のアグリゲーションスイッチはすでにPTPをサポートしている;
  • バルクストックアクセススイッチは、基本的なレイヤー3フォワーディングのみをサポートし、PTPハードウェアタイムスタンプやBC/TC機能はサポートしていません;
  • フロントエンドデバイスがサポートするプロトコルは一様ではなく、PTPをサポートするものもあれば、NTPやシリアルポートタイミングのみをサポートするものもある。

タイミングデバイスの混在使用、不均一なプロトコルスタック

  • 同一ネットワーク内での複数のタイミング方式の共存
  • 時間ソースは統一された方法で管理されておらず、システム間で秒単位、あるいは分単位のずれがある。

統一されたモニタリングおよび運用・保守ツールの欠如

  • 上位の時刻情報源(BeiDou、GPS、上位のPTP)の品質を視覚的に監視することができない;
  • 下流のPTP/NTPクライアントの偏差とジッターの集中監視が欠如している;
  • グリーンウェーブの不具合、フォレンジック紛争、課金クレームが発生した場合、時刻同期が根本的な原因であるかどうかを迅速に特定することは難しい。

セキュリティ・ドメインのセグメンテーションとタイムベースの断片化

  • 公共セキュリティ・ネットワーク、ビデオ専用ネットワーク、政府ネットワーク、車両・道路連携専用ネットワークには、物理的または論理的な隔離が存在する;
  • タイミング・デバイスは、各セキュリティ・ドメイン内で独立して配置されることが多く、その結果、タイム・ベースラインに一貫性がなくなる;
  • 切断されたネットワーク・トラフィック」という文脈の中で、統一された時間基準を達成するための工学的手段が欠如している。

設計原則

プログラムの全体的なデザインは、以下の3つの原則によって導かれている:ベンチマークの調和、段階的アクセス、スムーズな進行

全体構造

コア層

  • T830クロック・サーバーは、複数の基準ソースのインテリジェントな選択、デュアルPTP/NTPエンジン、複数のインターフェース出力(PTP、NTP、1PPS、10MHz、IRIG-Bなど)を提供します;
  • 複数のイーサネットポートを提供し、すべてのポートは同じオペレーティングシステムと同じセキュリティ境界を共有し、同じセキュリティドメイン内のサービスネットワークセグメントに論理的に分割することができ、異なるサービスVLAN /サブネットに統一されたタイムベースを提供します。

トランスポート層

  • PTP/NTP認証トラフィックを運ぶ:
  • BC/TC対応のPTPバックボーン;
  • 8275.2に基づくユニキャストPTP;
  • 既存のレイヤー3ネットワーク上のNTP。

アクセス層

  • 以下のような特定のビジネス・エンドポイントについて:
  • 都市信号、レーダー、RSU、ガントリー制御装置、軌道信号装置;
  • 電子警察、銃剣、ビデオ・フロントエンド、PIS、AFC、管理プラットフォームなど;
  • PTPまたはNTPのアクセス方法をサービスレベル別に選択します。

産業サブシステム

  • 都市交通管理、インテリジェント高速、鉄道輸送、車両と道路の協力などは、それぞれの専門ネットワークまたは専用ネットワークを通じてコアレイヤーに接続され、統一された時間基準を共有する。

システムアーキテクチャ

コアレイヤーはT830高性能クロックサーバーを中心に構成され、統一されたタイムリファレンスとマルチプロトコル出力機能を提供する:

1、多基準ソースとインテリジェントなソース選択

BeiDouタイミング信号、GPSなどの他のGNSS、上位PTP(グループまたは他の場所から提供されるPTPデータ)、地上波1PPS/10MHzなどの有線基準ソースなど、さまざまなアップストリーム基準ソースがサポートされている。

2、PTP/NTPデュアルエンジンアーキテクチャ
  • PTPエンジン
    • ハードウェアタイムスタンプに基づく IEEE 1588v2 PTP Grandmaster/BC 機能の実装;
    • マルチドメイン、マルチプロファイル(G.8275.1、G.8275.2など)をサポートし、異なるビジネスドメインに独立したPTPタイムドメインを提供可能;
    • メッセージ・レート、遅延メカニズム、優先度の設定可能なパラメータをサポート。
  • NTPエンジン
    • 高同時性NTPサーバーを内蔵し、大規模端末の同時計時をサポート;
    • ネットワーク側のセキュリティポリシーと連動したアクセスソース(ACL)の制御をサポート。

両エンジンとも、ローカルクロックソースとして同じ原子クロックを共有し、PTPとNTPの出力が同じタイムベースになるように、マルチリファレンスソースのインテリジェントソース選択アルゴリズムを共有する。

3、マルチネットワークポート出力

T830は、複数のイーサネットポートを備えており、同じデバイス上でビジネスネットワークセグメントを論理的にパーティショニングできます:

  • ポート独立構成
    • IPアドレスとサブネット、アクセス・コントロール・ポリシー、PTP機能スイッチ、プロファイル・タイプ、メッセージ・レート;
    • 異なるポートのネットワーク・パラメーターは互いに独立している。
  • ネットワーク層の分離
    • すべての物理ネットワークポートは、同じオペレーティングシステムと同じセキュリティ境界を共有する;
    • 各ネットワークポートは、ネットワークレベルではタイミングサービスの出口としてのみ使用される;
  • 時間枠の調和
    • すべてのポートのPTP/NTPスタックは、内部で同じ原子クロックと複数の参照元アルゴリズムを共有しています;
    • 論理的なパーティショニングを前提に、複数のビジネスネットワークセグメントに対して統一されたタイムベースを提供する。
  • セキュリティ・ドメイン使用境界ステートメント
    • マルチポート設計は、セキュリティ・ドメインを越えてデバイスを物理的に隔離することとは異なる;

セキュリティ仕様において物理的隔離を必要とする異なるセキュリティドメイン(例えば、公共セキュリティプライベートネットワークと外部ネットワーク)については、T830を配置するか他の隔離手段を各セキュリティドメインで個別に使用し、単一のT830によってドメイン間で同時にタイミングを提供すべきではない。

4.計時機能と出力インターフェース

時間厳守:

  • オプションの恒温水晶振動子またはルビジウム・クロックは、上流の基準源が故障した場合に、1時間から1日の計時精度を提供します;
  • 出力側では、タイムジャンプがビジネスシステムに与える影響を避けるため、ステップ制限と段階的収束戦略を用いる。

出力インターフェース:

  • IPプロトコル出力:PTP、NTP;
  • 物理信号出力:1PPS、10MHz、IRIG-B(コードタイプはオプション);

信号、電気、弱電など、多職種のシステムアクセスのニーズに応える。

 

トランスポート・レイヤーは、同じセキュリティ・ドメインまたは経路アクセス可能なネットワーク内でタイミング・プロトコル・トラフィックを伝送する役割を担っており、モデル化されている:

1.モードA:PTP BC/TCトランク(マルチキャスト)
    • 条件:PTP BC/TCとSyncEは、コア、アグリゲーション、アクセススイッチで普遍的にサポートされています;
    • ネットワークトポロジー:コアT830をGMとし、マルチレベルBC/TCを介してPTPドメインをダウンストリームに拡張;
    • 適用されるシナリオ
      • 新しいデモンストレーションエリア
      • 軌道信号ネットワーク;
      • サブマイクロ秒からナノ秒の精度が要求される専用ネットワーク、例えば車両と道路の協調のための専用ネットワークなど。
2.モードB:ユニキャストPTP(G.8275.2)
  • 条件:中間トランスポートネットワークは、通常のレイヤ3転送のみをサポートし、PTP BC/TC機能を持たない;
  • ネットワークトポロジ:T830またはPTPボーダークロックは、G.8275.2を介して端末またはエッジミニクロックと1対1のPTPセッションを確立する;
  • 適用シナリオ:都市交通管理目録ネットワーク、アグリゲーション/アクセスは一様にPTPをサポートしていない、キャリアの専用線またはマルチレベル3層ネットワークのキーリンクを横断する高速道路区間、マイクロ秒からサブマイクロ秒のシナリオの目標精度。
        •  
モードC:NTP専用モード
  • 条件:ネットワークは基本的なIP接続しかできず、PTPの導入には適していない;
  • ネットワークトポロジー:T830はアップストリームNTPサーバーとして動作し、端末または下位NTPサーバーのタイミングを直接取得します;
  • 適用シナリオ:ビデオ監視、管理プラットフォーム、オフィスシステム、エッジサイト、独立した交差点、小規模な料金所など、ネットワーク条件が制限されているエリア;
  • ミリ秒からサブミリ秒の時間精度が必要。

この3つのモードは、同じ都市や同じ道路網の中で並行して存在することができ、ネットワークの状況やサービスレベルに応じて組み合わせが選択される。

アクセス方式設計の精度レベルとプロトコル能力に応じて、あらゆる種類のビジネス端末にアクセスできるレベル:

1.PTPアクセスターミナル

含まれるもの:信号機、RSU、軌道信号装置、ガントリーコントローラーの一部、高精度レーダーなど;

アクセス方法:モードAネットワークでは、PTPクライアントとしてPTPをサポートするアクセススイッチにアクセスし、モードBネットワークでは、ユニキャストPTPを介してT830またはボーダークロックと直接セッションを確立する。

2.ハイブリッドPTP/NTP端末

含まれるもの:多機能電子警察メインフレーム、銃剣システムのコア機器など;

アクセス方式:基幹機器はPTPアクセス、周辺機器はNTPアクセス、T830タイムラインに統一。

NTPアクセスターミナル

カメラ、PIS、AFC、管理プラットフォーム、オフィス端末など;

アクセス方法:NTP クライアントを介してローカル T830 または下位 NTP サーバーにアクセスする。

アクセス・レイヤーは、以下の原則に基づいて構成される:重要な制御機器にはPTP、録画機器や表示機器にはNTPが優先され、すべての端末は数台のT830ノードまたはその配下のサーバーをアップストリームクロックソースとして指すように統一されている。.

都市部の道路交通トポロジー

このトポロジーでは、信号制御サービス(Tier 1)用のダイレクトフロントエンドアクセスにPTPユニキャストが使用され、電気警察/ビデオサービス(Tier 2/3)用のNTPコンバージドアクセスが使用される。

都市の交通管理シナリオは、ネットワーク・トポロジーによって4つのレイヤーに抽象化できる:

  1. 中央コンピュータ室フロア交通警察分遣隊司令室、T830の配備、コアスイッチへのアクセス。
  2. 地域コンバージェンス層ブランチオフィスや地域のサブセンターのアグリゲーションスイッチで、ほとんどはレイヤ3フォワーディングデバイスのみですが、PTPをサポートする新しいデバイスもあります。
  3. アクセス層道路/交差点キャビネットのアクセススイッチの多くは、PTP をサポートしていない純正機器である。
  4. 末端層信号機、レーダー、電子警察フロントエンド、バヨネットフロントエンド、カメラ、インテリジェンスボードなど。

 

インテリジェント高速3レベル・カスケード・アーキテクチャ

運行・保守管理とネットワークのレイアウトによると、インテリジェント高速道路は「地方センター-道路区間センター-料金所・ゲートウェイ」の3段階トポロジーを採用していることがほとんどである。タイミングシステムはこのトポロジーに従ってカスケード接続する:

1.州センターレベル
  • 地方高速グループのデータセンターに地方センターT830を配置する:
  • Beidou/GPS、優れたPTPまたは1PPS/10MHzへのアップストリームアクセス;
  • ダウンストリームは、グループIPプライベートネットワークまたはトランスポートネットワークを介して、各セグメントセンターにPTP/NTPを提供する。
2.ロードセクションのセンターレベル
  • T830は各道路管理センターに1台ずつ配備されている:
  • アップリンクはPTPクライアントまたはNTPクライアントとして動作し、プロビンシャルセンターT830にクロックを合わせる;
  • ダウンリンクはこの区間のマスタークロックとして機能し、料金所とガントリーにPTP/NTPを提供する。
3.現場レベル(料金所/ガントリー/サービスエリア/トンネル入口機械室)
  • 料金所のコンピューター・ルームは、専用回線または光ファイバーを通じて道路セクション・センター・ネットワークに相互接続されている;
  • ガントリー・コントローラー、レーン・コントローラー、ステーションのビデオ/管理システムは、ローカル・スイッチを介して料金所コンピューター・ルームに接続されている;
  • トンネルポータルのキャビネットは、光ファイバーで最寄りの料金所機械室に接続されている。

インテリジェント高速3レベル・カスケード・アーキテクチャ

運行・保守管理とネットワークのレイアウトによると、インテリジェント高速道路は「地方センター-道路区間センター-料金所・ゲートウェイ」の3段階トポロジーを採用していることがほとんどである。タイミングシステムはこのトポロジーに従ってカスケード接続する:

鉄道時計システム・アーキテクチャ

従来のスタンドアロンのマザー・クロック・システムは、既存の回線や増設・改修のシナリオに存在する:

  • 従来のマスタークロックに代わる第一級のマスタークロックとしてのT830の進化は、以下のような形で実現できる:
    1. 初期段階:オリジナルのプライマリ・マザークロックを稼動させたまま、T830がIRIG-Bまたは1PPSの形でアップストリームクロックを提供し、「マザークロックからマザークロック」へのスムーズな置き換えを実現する;
    2. 移行期:新しい駅や新しい線区はT830をプライマリ・マスター・クロックとして直接使用し、古い線区は元のセカンダリ・マスター・クロックのまま、T830から統一されたタイミングを使用する;
    3. 完了段階:T830システムへの完全切り替えと、従来のマスタークロックシステムの廃止。

鉄道輸送の当初の安全分類とインターフェース・モードを変更することなく、ライフサイクルを通じて「統一された一次母時計、駅の二次母時計分配」のトポロジーを維持する。

車両対サーキット・クロック・システム

車両・路車協調システムは、実証エリア管制センター、路側機(RSU)、MEC、センサー、車両端末で構成され、以下の時間領域トポロジーを持つ:

  • T830はVRSサービス・ネットワークのクロック・ソースとしてコントロール・センター・ルームに配備されている;
  • T830は、独立したサービスネットワークポートを介して、車車協調のための専用ネットワークに接続される。このポートは、装置内の他のサービスネットワークポートとはL2/L3転送を行わず、ネットワーク層で論理的なパーティションを形成する;
  • コントロール・センター・スイッチ、アグリゲーション・スイッチ、ロードサイド・アクセス・スイッチがPTPケーパビリティ・ネットワークを構築する;
  • RSU、MEC、および一部の高精度センサーは、PTP クライアントとして時間ドメインに参加する。

T830のマルチポート機能は、異なるサービスネットワークセグメントを区別するために使用され、全てのネットワークポートは同じオペレーティングシステムとセキュリティ境界を共有します。異なるセキュリティ・ドメイン(例えば、車両-道路-協力専用ネットワークと他のサービス・ネットワーク)に関わる隔離は、上位層のネットワークとセキュリティ機器の責任であり、このデバイスは物理的な隔離機能を引き受けません。

構成チェックリスト

設定レベル 代表的なアプリケーション・シナリオ T830の構成(デュアルかどうか、クリスタル・タイプ) スイッチ/PTPの要件 典型的なタイミングパターン 標準的なエンド・ツー・エンドのタイミング精度
旗艦
地方センター、高速グループセンター、自治体交通警察センター、鉄道OCC、車両・道路協調実証ゾーンコントロールセンター
マルチコンピュータ展開(マスター/スタンバイまたはデュアルマスター)、原子またはルビジウムクロックタイミング、マルチサービスポートの論理的パーティショニング(同一セキュリティ境界内の信号/ビデオ/管理セグメント)
コア/アグリゲーション/クリティカルアクセススイッチはPTP BC/TCおよびSyncEをサポート。
PTP(マルチキャスト/BC)プライマリ、ユニキャスト・サプリメンタル、NTP、IRIG-B/1PPSパラレル出力
マイクロ秒:1~5μs(車両と道路の協調、軌道信号)、ミリ秒:1~5ms(信号制御、ガントリー)、NTPターミナル10~50ms
本流
地区・県交通管理サブセンター、道路セクション管理センター、大型料金所センター、一般都市モデル道路セクション
シングルT830、ルビジウム・クロックまたは高安定度の水晶計時、マルチサービス・ポートの論理的パーティショニング(同一セキュリティ境界内のフロントエンド/プラットフォームなどのセグメント)
コア/パーシャルアグリゲーションスイッチはPTP BC/TCをサポート、アクセスレイヤーは通常のレイヤー3スイッチ、キーノードはユニキャストPTPで直接接続可能
コア層PTP(マルチキャスト/BC) + アクセス層ユニキャストPTP + NTPハイブリッド
キーPTP端末 10μs~1ms、ユニキャストPTP端末 1~5ms、NTP端末 10~50ms
経済学
エッジ料金所、小型ジャンクションスタンドアロンキャビネット、リモートサービスエリア、ローカライズされた旧エリア
単一のT830、通常の温度補償水晶タイミング、単一のネットワーク・ポートまたは少数のネットワーク・ポート(セグメント分割は不要)
既存のスイッチは基本的なIP転送のみをサポートすればよく、PTPの要件はない
純粋なNTPタイミング(少数の1PPS/IRIG-B出力あり)
端末のタイムオフセットは、ログのアライメントと基本的なフォレンジックのために10-100ミリ秒に収束します。

統一クロック基準を前提に、このプログラムではT830を採用し、「統一ベース、マルチモードインターフェース、最適アルゴリズム」の時刻・周波数システムアーキテクチャを構築する。第一レベルマザークロック/セグメントセンター/リージョナルノードの階層トポロジーを通じて、PTP、NTP、IRIG-B、1PPSをビジネス要件に応じて段階的にアクセスできるため、ネットワーク全体を強制的に変換しない条件下で、主要サービスの時刻同期精度をマイクロ秒からミリ秒のレベルに収束させることができる。ネットワーク全体を強制的に変換させないという条件の下で、主要サービスの時間同期精度はマイクロ秒からミリ秒のレベルに収束し、都市交通管理、インテリジェント高速、鉄道輸送、車両と道路の協調のための工学的に達成可能な時間統一ソリューションを提供する。

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