鲁达 一、 北斗授时同步拓扑
根据***取消高速公路省界收费站实施方案我们提出以下优化方案，***高速公路网时间同步等级分为三级，省联网中心，路段分中心，收费站门架系统。
考虑高速公路专网的通信带宽有限，用时设备分布广，通信延迟较大，不利于做集中式同步。因此采用分布式准同步架构，本架构的基本工作原理为：各级用时设备采用本级时间服务器作为主用时间同步参考源，本级时间服务器配置北斗作为主用参考源，使用上级时钟作为备用时钟参考源，省中心时间服务器可采用 1：1 冗余备份原则。各级时间服务器通过通信专网向上级时间服务器建立冗余溯源链路，如 ETC 门架授时服务器通过对等同步机制使用分中心提供的授时接口作为备用时钟参考链路，分中心采用对等同步机制向省中心实现溯源，以上同步链路采用 MD5 加密实现保密通信。各级设置授时服务器等级实现树形的主从同步链路。
省联网中心作为核心通信及 IT 节点配置高性能 PTP/NTP 及 SDH 网络同步设备，该设备可为通信专网提供 E1 同步接口，以及为未来升级 PTN 设备提供 IEEE1588 同步接口，除此以外为数据存储系统，网络管理系统，电子收费系统，非现金支付系统计重收费系统的各类服务器路由器工作站提供 NTP 或 PTP 授时服务。
分中心配置机架式时间服务器为分中心系统的服务器，磁盘阵列，客户机（收费管理，财务）等提供 NTP 授时服务，同时分中心 NTP 授时服务器作为各收费站和 ETC 门架系统的 NTP 授时服务器的备份服务器为各收费站的授时服务器提供冗余服务。
收费站及 ETC 门架系统配置小型化北斗 NTP 授时服务器为门架系统或收费站系统提供网络授时服务，考虑到门架系统多为户外架设系统，可采用支持防护等级 IP67 的户外型北斗授时服务器，这类服务器可使用 POE 供电，减少安装工作量和维护成本，同时还可有效减少占用机房空间。
图表 1 分级同步机制
ETC 门架/收费站采用小型化户外型授时服务器，该设应备内置北斗 GNSS 多模天线，内置高稳恒温晶振及时间服务器系统，采用 POE 供电，在安装及架设时更加方便简单，可通过 SSH 协议实现对设备的远程升级及管理功能，该设备支持 IPV4/IPV6 双栈工作。内置 SNMP 协议，便于后台监控系统通过通信链路监控设备运行状态和告警信息。
高速公路取消省界收费站同步优化方案
图表 2 ETC 门架系统时间同步方案
二、 北斗授时服务器介绍
1. 省中心授时服务器
由于省中心授时服务器要兼顾为通信专网提供同步接口主要接口包括 E1 频率同步接口， PTP 时间频率同步接口。我们推荐使用时钟服务器配置铷原子钟选件可作为全省高速公路系统的授时核心设备。该设备接收北斗卫星信号为主用参考信号，可为系统提供以下授时同步服务。使用铷原子钟的时间服务器在北斗信号故障的情况下可实现每天保持优于 1 微秒。可选的双电源冗余以及双北斗接收机配置增加了设备的可靠性和稳定性。
图表 3 北斗授时服务器
图表 4 网页管理界面
高速公路取消省界收费站同步优化方案
表格 1 授时服务类型
时频同步接口
时频同步精度
服务对象
NTP（网络授时协议）
200us
服务器，工作站，网络设备
IEEE1588 PTP(精密授时协议)
10ns
分组交换，传输设备,PDT
SyncE
30ns RMS
分组交换，传输设备
E1/ 2.048MHz
100ns RMS
SDH 传输设备，基站等
该设备可支持 IPV4, IPV6 双栈工作，VLAN 等通用接口，三路 1GBE 网口其中两路网口支持 SyncE 接口，并支持 PTP/NTP 双栈同时工作。
该设备可通过前面板按键实现管理，支持通过 HTTPS 协议的安全网页管理接口，SSH 安全登陆接口。提供 SNMP V3 网络管理接口可通过通信链路上报设备运行状态和告警信息便于系统监控。
时钟服务器还提供两路扩展槽位，用户可选装支持 E1 或 2.048MHz 输出的扩展板用于支持通信专网。
2. 分中心授时服务器
分中心采用与省中心同型号的授时服务器内置恒温晶振，其他性能在此不做赘述。
3. 收费站及门架授时服务器
收费站及门架授时服务器考虑安装简单便于维护，推荐采用小型授时服务器，该设备采用 POE 供电可与现有的视频抓拍摄像头共用 POE 供电交换机，可以直接安装在门架上，内置北斗 GNSS 多模天线和接收机无需另外安装天馈线。优势是无需占用恒温机柜资源，无需额外架设北斗天线，无需考虑天馈线防雷设计，使用一根网线即可实现授时同步与供电。内部的恒温晶振除了可以过滤授时接收机的抖动外还可以提供优质的保持性能，户外型授时服务器应提供每天 100us 的保持性能。标准的授时服务协议方便一体式智能机柜内的 IT 设备以及视频抓拍设备访问。
下图左边机柜左上角为户外型授时服务器的安装示意图，户外型授时服务器无需占用恒温机柜的内部槽位方便安装节约空间，如果机柜在大树下则可能造成北斗卫星收星不正常或无法锁定时可考虑将授时服务器安装在门架上如图六示意的 A,B 点位。
图表 5 小型授时服务器与机柜式服务器对比
高速公路取消省界收费站同步优化方案
图表 6 小型授时服务器安装示意图
相对优势：
1. 小型化授时服务器集成度高安装方便无需另外安装天线及馈线。
2. 小型化授时服务器采用通用授时协议相对于普通授时模块使用更简单无需额外软件开发工作。
3. 普通授时模块或高清摄像机内的北斗模块不具备时间保持功能，小型化授时服务器具备保持功能。
4. 门架上各设备统一采用授时服务器提供的授时服务器可实现时间统一，各厂家使用不同授时模块可造成同一各门架下的各个事件记录时间不统一。
5. 不占用恒温机柜资源。
三、 主要建设内容
在省中心安装两套主备冗余的高性能授时服务器，使用铷原子钟作为本振，并在省中心授时服务器上安装 E1 输出板卡用于为集群通信网系统，传输系统提供必要的备用的同步接口。
在区域中心/路段中心这个级别的分中心安装授时服务器，采用以北斗为主用信号，省中心授时链路为备用授时信号的冗余机制。
在每各收费站和 ETC 门架安装小型户外型授时服务器，该级授时服务器使用北斗为主用信号，分中心的授时链路作为备用授时信号的冗余机制。
各级时间服务器为本级的信息化，自动化设备提供相应的授时定位服务。
层级
设备
数量
省中心
高性能授时服务器
2
分中心
授时服务器
70
收费站，ETC 门架
小型定位授时服务器
1092
高速公路取消省界收费站同步优化方案
四、
优势对比
序号
比较项目
原方案
优化后方案
1
北斗授时模块
后期软件开发复杂
使用时间服务器简单时间统一，无
需后期开发软件
2
授时精度
未提出
省中心 1us/天,分中心 20us/天，门
架 100us/天
3
网络协议支持
IPV6
实时双栈 IPV4,IPV6
4
授时协议
未提出
PTP,NTP,SyncE,E1 等
5
网络监控功能
未明确提出
支持 SSH,WEB,SNMP
6
授时分级
未明确提出
采用三级分层策略，上级作为下级
的冗余时钟