时间同步系统

通信领域名词

时间同步系统是一种能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统，它能使网络内其它时钟对准并同步，通俗来说时间同步就是采取技术措施对网络内时钟实施高精度“对表”。要实现时间同步系统，首先是建立时间同步协议，包括定义时间印记的格式、传送时间印记并提取校正值的方法等，然后是在协议基础上的技术实现，包括时间校正技术和提高同步精度的技术等。

系统介绍

分布式控制系统的各个节点的控制计算机中，用力提供本地时钟的晶体振荡器的分辨率通常是为μs量级，工作温度范围内的精度为。这就是说，它相对于外部标准参考时间每秒会产生10μs的漂移。因此，如果想要某个计算机节点与外部标准参考时间保持1μs的同步精度的话，它就必须每隔100ms取得一次标准参考时间来校正自己的本地时钟。

为了在整个分布式控制系统中实现时间同步，通用的方法是由标准参考时间的主时钟节点，通过网络广播方式，向所有其他从节点以固定的时间间隔发送时间印记，各节点收到时间印记后，对本地时钟进行校正。这就是时间同步系统。要实现时间同步系统，首先是建立时间同步协议，包括定义时间印记的格式、传送时间印记并提取校正值的方法等，然后是在协议基础上的技术实现，包括时间校正技术和提高同步精度的技术等。

时间同步系统是一种能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统。它能使网络内其它时钟对准并同步，通俗来说时间同步就是采取技术措施对网络内时钟实施高精度“对表”。时间同步广泛应用于各类信息系统，尤其是对时间敏感的复杂信息系统中。以电力系统智能变电站为例，各类装置需要时间同步，以保证各类装置动作顺序正确且适应电信号以光速运行的环境条件，如果时间不同步，严重情况下有可能将造成系统瘫痪。

原理

时间同步的原理就是按照接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。在将时刻校对到秒后，时间同步的调控原理与频率同步对时的调控原理相似，它既调控时钟的频率又调控时钟的相位，同时将时钟的相位以数值表示，即时间的时刻。与频率同步不同的是，时间同步接受非连续的时间信息，非连续调控设备时钟，即设备时钟锁相环的调节控制是周期性的，其周期对应于获取时间的周期，且与调节方式、时钟的准确度和稳定度有关。

结构

时间同步系统完成GPS卫星信号的接收、处理，及向全站各系统提供标准同步时间信号，按冗余配置，一主一备，主系统和备用系统独立运行，主系统故障时切换至备用系统运行。时间同步系统主要包括GPS天线、GPS时间接收和解码器、主时钟、热备用时钟、主/备切换逻辑、各种脉冲转换器、光纤和连接缆线。

同步方式

时间同步系统与站内各系统之间主要有四种同步方式，分别为：

（1）连接到LAN的控制系统和工作站通过LAN接口来接收时间信息；

（2）就地控制接口屏通过DCF77信号同步；

（3）I/O单元、SIMADYND保护系统和线路保护、母差保护装置：通过分脉冲来同步；

（4）暂态故障记录仪和线路保护装置：通过IRIG-B信号来同步。

作用与性能

时间同步系统采用GPS时间来统一全站所有控制保护系统的时钟，有了统一精确的时间，可以实现全站各系统在GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析。卫星导航全球定位系统可提供一个精度高达 s的基准时间，而全站各系统经过时间同步后，它们之间的最大时间误差不超过1ms。

应用

此外，时间同步在许多领域都很重要，如在金融交易中一般遵循“价格优先、时间优先”的交易规则;在通信系统中用户计费与时间几乎完全挂钩;在大型分布式商业数据库中需要准确记录客户的交易信息;上述各类现象无不与高精度时间同步紧密相关。根据全国电力技术市场协会预计，在2012 年之前，时间同步系统将保持不低于40%的增长速度。

公司的时间同步系统产品能够实现与我国自主研发的北斗导航定位系统对接，有助于我国时间同步系统摆脱对国外技术的依赖，提高国家电力系统的战略安全。2008 年公司产品销量全国排名第三，国内市场占有率为 13.3%。北京奥运工程、粤西电力输出核心工程、2009 年湖北重点工程、黔电送粤 500kV 核心工程等重点工程均使用了本公司产品。

变电站应用

变电站时间同步系统是站内系统故障分析和处理的时间依据，也是提高电网运行管理水平的必要技术手段。目前我国电力系统采用的基准时钟源主要分为两种：一种是高精度的原子钟，另一种是全球定位系统导航卫星（GPS）发送的无线标准时间信号。

智能站的对时方式主要有3种：

（1）脉冲对时方式。它主要有秒脉冲信号（每秒一个脉冲）和分脉冲信号（每分钟一个脉冲）硬对时方式。其中，秒脉冲是利用GPS所输出的每秒一个脉冲方式进行时间同步校准，获得与世界标准时（UTC）同步的时间精度，上升沿时刻的误差不大于1μs。分脉冲是利用GPS所输出的每分钟一个脉冲的方式进行时间同步校准，获得与UTC同步的时间精度，上升沿时刻的误差不大于3μs。秒脉冲对时方式在国内变电站自动化系统中应用较广泛。

（2）编码对时方式。目前国内变电站自动化系统中普遍采用的编码对时信号为美国靶场仪器组码IRIG（Inter Range Instrumentation Group）。IRIG串行时间码共有6种格式，即A、B、D、E、G、H，其中B码应用最为广泛，有调制和非调制两种。调制美国靶场仪器组码IRIG-B输出的帧格式是每秒输出1帧。每帧有100个代码，包含秒段、分段、小时段、日期段等信号。非调制美国靶场仪器组码IRIG-B信号是一种标准的TTL电平，适合传输距离不长的场合。

（3）网络对时方式。网络对时是依赖变电站自动化系统的数据网络提供的通信信道，以监控时钟或GPS为主时钟，将时钟信息以数据帧的形式发送给各个授时装置。被授时装置接收到报文后，通过解析帧获得当时的时刻信息，以校正自己的时间，达到与主时钟时间同步的目的。

通常，智能变电站配置一套公用的时间同步系统，主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统，时钟同步精度和守时精度满足站内所有设备的对时精度要求，站控层设备采用SNTP网络对时方式，间隔层和过程层设备采用IRIG-B（DC）码对时方式，预留IEC 61588接口。

铁路通信应用

高速铁路通信网

高速铁路通信网主要在三个方面对时间同步提出要求：

1.网络优化的需要

目前，中国铁路通信网的网络规模和用户数量都处于相对稳定的发展时期，当前很重要的工作就是对网络进行优化，提高网络效率，保障网络安全。其中强化网路管理系统和建立七号信令监测系统是网络优化的重要工作内容，而网络管理系统和七号信令监测系统都需要时间同步，特别是七号信令监测系统的顺利运行更需要高精度的时间同步信号，用于标记监测到的信令流先后发生的顺序。

2.提高服务质量的需要

高速铁路对通信的依赖日益增强，而服务质量是铁路通信部门日趋关注的核心问题之一。高速铁路的正点到发点问题是旅客非常关注的问题之一，而引发纠纷最主要的原因之一是时间不同步，因此需要迫切解决各种运营同步的问题。

3.高速铁路运输业务的需要

随着铁路无线通信技术采用GSM-R体制的确立，在铁路以东数字通信发展过程中，特别是CTCS列控技术的不断发展应用，需要不断引入新的业务以适应高速铁路的需要，如列控限速命令的传送、无线闭塞信号的传送、动车组列车位置定位、车载设备监控等，这些新业务的顺利开展，都需要一定精度的时间同步保证。

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