关于长大干线新增传输设备后对既有时钟同步的影响分析

陈盼盼

（中铁电气化局集团有限公司设计研究院，北京 100166）

1 概述

随着社会需求的不断发展，人们更加关注信息的传送以及业务功能的实现，往往不是特别关注同步网。同步网为传输系统、无线系统、调度通信系统等业务系统提供频率和时间同步，是必须依赖的支撑网，是协调网络运行、保持“步调一致”的总指挥，使各网元节点的时钟频率和相位都限制在一定的范围内，同步网质量不好或故障，直接影响到各业务系统的传输质量。

针对铁路干线传输系统由原来的骨干（汇聚）和接入两层组网架构，通过新增传输设备改造为骨干、汇聚、接入三层组网架构；新增传输设备串入既有传输环中等情况引起传输组网变化，使得既有定时链路无法满足传输系统、无线系统等的同步需求，此时就需对同步网进行重新规划，以满足线路中各系统的时钟同步和时间同步需求。

2 传输组网变化引起时钟同步变化情况分析

时钟同步网由节点时钟和同步定时链路构成，节点时钟是同步网的核心，同步定时链路提供定时基准信号的传递。根据既有不同铁路干线同步网现状，下面将对新增传输设备后对时钟同步网的定时链路和节点时钟的影响进行分析。

1）无需新建定时链路

如图1所示，新增传输设备NE4，原有传输环网结构无需更改，只是将NE4串入既有传输环网中，无需新建定时链路，同步源等也无需更改。

图1 时钟定时链路示意图（无需新建定时链路）Fig.1 Schematic diagram of clock timing link(no need to build a new timing link)

2）需新建定时链路

如图2所示，新增传输设备NE3、NE4后，需与既有传输设备构建新的环型网，NE3、NE4不同物理路由从既有同步网中提取主备用定时基准信号。

3）需新设节点时钟

如图3所示，新增传输设备引起传输系统组网变化，此时汇聚层传输设备为18个。受极长定时链路的限制，需根据安全可靠性和运维等来增设节点时钟，并对同步网和定时链路重新规划，以满足各系统同步需求。

图3 传输系统组网示意图（需增设节点时钟）Fig.3 Schematic diagram of transmission system networking (need to add a node clock)

实际上，在时钟同步改造工程中，上述3种情况并不只是单一出现的。由于传输网是时钟同步网的承载者，新增传输设备等引起传输系统组网变化，都会影响到定时链路的变化。

3 工程实例分析

结合集通线时钟和时间同步改造工程，具体分析长大干线新增传输设备后对既有时钟同步的影响。集通线由集二线贲红站起，至通霍线的哲里木站止，电化扩能改造后，线路长度923.635 km。

3.1 现状分析

全线新增17套SDH 10 Gbit/s传输设备，组建骨干层；蒙大段新增5套SDH 2.5 Gbit/s传输设备，与贲蒙和大哲段汇聚层传输设备组建汇聚层，全线新增82套SDH 622 Mbit/s接入层传输设备。考虑到新增SDH传输网元数量增多，并由此引起传输系统组网方式变化、定时链路增长等因素，需要根据SDH传送网和同步网网络结构的实际情况重新规划，以满足本工程时钟同步定时需求。

集通线无时间同步设备，各业务系统和网管系统等时间同步质量差。

呼和局的时钟同步网和时间同步网为两个相互独立的支撑网，需要两套独立网管设备进行管理，两者之间的联系只是在于时钟同步网为时间同步网提供备用频率输入授时信号。

针对集通线时钟和时间同步现状，本文提出两种改造方案。

3.2 方案1

全线共35个车站，考虑到运维管理、设备授时方便等方面，选定在枢纽站（桑根达来通信站和大板通信站）新设SSU-T和时间同步节点设备。

3.2.1 时钟同步系统

1）时钟同步网

桑根达来通信站BITS设备从本站SDH 10 Gbit/s传输设备的2 Mbit/s接口中获取一级主用时钟基准信号和二级备用时钟基准信号，分别同步于呼和局LPR和大板通信站的SSU-T（如图4所示）；大板通信站BITS设备通过新建骨干传输定时链路，从本站 SDH 10 Gbit/s传输设备的 2 Mbit/s外同步口中获取一级主用时钟基准信号和二级备用时钟基准信号，分别同步于呼和局LPR和桑根达来通信站的SSU-T（如图5所示）；当主备地面定时链路都发生故障时，从新设的北斗+GPS卫星接收机中获取备用时钟基准信号。

图4 集桑段时钟同步示意图Fig.4 Schematic diagram of clock synchronization of Jisang section

2）基于SDH的网同步

SDH传输设备的定时方法分别为外同步口提取外部时钟源、线路码流中提取时钟源和内部时钟源。下面将分集桑段、桑大段、大哲段对全线时钟同步定时链路进行重新规划。

a.集桑段

集桑段时钟同步定时链路如图4所示。

集桑段传输设备分别通过来自呼和局LPR的主用定时链路1和大板通信站SSU-T的备用定时链路1，从线路码流中获取主备用定时基准信号。

b.桑大段

桑大段时钟同步定时链路如图5所示。

骨干层传输设备通过来自呼和局LPR的主用定时链路1从线路码流中获取主用定时基准信号；桑根达来通信站 SDH 2.5 Gbit/s 传输设备经 2 Mbit/s外同步口从SSU-T中获取主用定时基准信号，为其他汇聚和接入层传输设备提供主用定时基准信号（如图5的主用定时链路2所示），为大板通信站SDH 10 Gbit/s传输设备提供备用定时基准信号（如图5的备用定时链路2所示）；大板通信站SDH 2.5 Gbit/s传输设备经2 Mbit/s外同步口从SSU-T中获取备用定时基准信号，并为其他传输设备提供备用定时基准信号（如图5的备用定时链路1所示）。

c.大哲段

大哲段时钟同步定时链路如图6所示。

骨干层传输设备分别通过来自呼和局LPR的主用定时链路1和来自大板通信站SSU-T的备用定时链路2,从线路码流中获取主备用定时基准信号；汇聚和接入层传输设备分别通过主用定时链路2和备用定时链路1从线路码流中获取主备用定时基准信号。

图5 桑大段时钟同步示意图Fig.5 Schematic diagram of clock synchronization of Sangda section

图6 大哲段时钟同步示意图Fig.6 Schematic diagram of clock synchronization of Dazhe section

3.2.2 时间同步系统

本线在桑根达来通信站和大板通信站新设三级时间同步节点设备，通过RS-422/DCLS接口，从呼东通信站二级母钟设备获取主用时间同步基准信号。在本站节点通过1PPS+ToD接口从卫星接收机中获取备用时间同步基准信号，时钟BITS设备通过2 Mbit/s或2 MHz输出接口为时间同步网提供备用频率输入授时信号。新设三级时间同步设备通过FE/NTP、RS-422/DCLS等多种时间输出接口为各应用子系统以及子钟设备提供时间同步信号。时间同步网构成如图7所示。

图7 时间同步组网示意图Fig.7 Schematic diagram of clock synchronization networking

3.3 方案2

在桑根达来和大板通信站分别设置SSU-T，并配备FE/NTP、RS-422/DCLS等多种时间输出接口板，为各应用子系统和子钟等提供时间同步信号。在方案1的基础上增加局干OTN传送定时链路（如图8所示），为两站SSU-T提供定时基准信号。

图8 OTN传送网定时链路示意图Fig.8 Schematic diagram of timing link of OTN transmission network

3.4 总结及方案分析

第2节中提到的由于新增传输设备引起不同形式时钟同步变化的3种情况，在集通线时钟同步改造中都存在。下面将从安全可靠性、运维管理等方面对两种方案进行分析。

1）从安全可靠性角度分析

方案1满足本线同步网需求，能够为集通线所有网元分配时间和频率，且时钟定时链路都未超过极长定时链路。新设SSU-T通过SDH传输网同步于呼和局LPR，将呼和局LPR作为主用基准时钟，且两者互为备用基准时钟；当两个地面定时链路都失效时，SSU-T同步于北斗+GPS卫星。方案2在方案1的基础上增加新建局干OTN传送网链路，为新设SSU-T传送定时信号，地面定时链路变为两个不同的物理路由。在安全可靠性上，方案2优于方案1。

2）从运维管理和成本投资角度分析

方案1时钟和时间同步设备分开设置，需购置1套时钟同步设备及网管设备和1套时间同步设备及网管设备，需占用机房内两个机柜空间，且分开运维管理，设备投资和人工成本较高；方案2时钟和时间同步设备共用，只需1套时钟同步设备、时间输出板及网管设备，且只需占用机房内1个机柜空间，实现了本线时钟和时间同步的物理融合。和方案1相比，降低了设备投资，节省了机房空间，降低了能耗，且共享网管设备降低了人工运维成本。在运维管理和成本投资分析，方案2优于方案1。

通过对以上两种方案的分析，方案2更适合作为集通线时钟和时间同步网改造的实施方案。

4 结束语

同步网是依托于通信传输网组成的网络，是通信系统非常重要的支撑网络，它不仅为通信传输网提供定时基准来保证业务网的同步，并且通过传输网传递定时基准信号与各级同步设备构成同步网。由于长大干线-集通线接近1 000 km以及新设传输设备增多导致传输定时链路变长，集通线车站无骨干OTN设备或骨干SDH传输设备，且包头东、呼和局LPR位于同一方向，受极长定时链路限制，本线新设SSU-T只能同步于呼和局LPR；且在哲里木方向无时钟同步设备，导致大哲段汇聚层传输设备主备定时信号为同一路由。将来在进行骨干OTN网、传输网规划改造时，本线时钟同步网还可进一步优化。