關于長大干線新增傳輸設備后對既有時鐘同步的影響分析

陳盼盼

（中鐵電氣化局集團有限公司設計研究院，北京 100166）

1 概述

隨著社會需求的不斷發展，人們更加關注信息的傳送以及業務功能的實現，往往不是特別關注同步網。同步網為傳輸系統、無線系統、調度通信系統等業務系統提供頻率和時間同步，是必須依賴的支撐網，是協調網絡運行、保持“步調一致”的總指揮，使各網元節點的時鐘頻率和相位都限制在一定的范圍內，同步網質量不好或故障，直接影響到各業務系統的傳輸質量。

針對鐵路干線傳輸系統由原來的骨干（匯聚）和接入兩層組網架構，通過新增傳輸設備改造為骨干、匯聚、接入三層組網架構；新增傳輸設備串入既有傳輸環中等情況引起傳輸組網變化，使得既有定時鏈路無法滿足傳輸系統、無線系統等的同步需求，此時就需對同步網進行重新規劃，以滿足線路中各系統的時鐘同步和時間同步需求。

2 傳輸組網變化引起時鐘同步變化情況分析

時鐘同步網由節點時鐘和同步定時鏈路構成，節點時鐘是同步網的核心，同步定時鏈路提供定時基準信號的傳遞。根據既有不同鐵路干線同步網現狀，下面將對新增傳輸設備后對時鐘同步網的定時鏈路和節點時鐘的影響進行分析。

1）無需新建定時鏈路

如圖1所示，新增傳輸設備NE4，原有傳輸環網結構無需更改，只是將NE4串入既有傳輸環網中，無需新建定時鏈路，同步源等也無需更改。

圖1 時鐘定時鏈路示意圖（無需新建定時鏈路）Fig.1 Schematic diagram of clock timing link(no need to build a new timing link)

2）需新建定時鏈路

如圖2所示，新增傳輸設備NE3、NE4后，需與既有傳輸設備構建新的環型網，NE3、NE4不同物理路由從既有同步網中提取主備用定時基準信號。

3）需新設節點時鐘

如圖3所示，新增傳輸設備引起傳輸系統組網變化，此時匯聚層傳輸設備為18個。受極長定時鏈路的限制，需根據安全可靠性和運維等來增設節點時鐘，并對同步網和定時鏈路重新規劃，以滿足各系統同步需求。

圖3 傳輸系統組網示意圖（需增設節點時鐘）Fig.3 Schematic diagram of transmission system networking (need to add a node clock)

實際上，在時鐘同步改造工程中，上述3種情況并不只是單一出現的。由于傳輸網是時鐘同步網的承載者，新增傳輸設備等引起傳輸系統組網變化，都會影響到定時鏈路的變化。

3 工程實例分析

結合集通線時鐘和時間同步改造工程，具體分析長大干線新增傳輸設備后對既有時鐘同步的影響。集通線由集二線賁紅站起，至通霍線的哲里木站止，電化擴能改造后，線路長度923.635 km。

3.1 現狀分析

全線新增17套SDH 10 Gbit/s傳輸設備，組建骨干層；蒙大段新增5套SDH 2.5 Gbit/s傳輸設備，與賁蒙和大哲段匯聚層傳輸設備組建匯聚層，全線新增82套SDH 622 Mbit/s接入層傳輸設備。考慮到新增SDH傳輸網元數量增多，并由此引起傳輸系統組網方式變化、定時鏈路增長等因素，需要根據SDH傳送網和同步網網絡結構的實際情況重新規劃，以滿足本工程時鐘同步定時需求。

集通線無時間同步設備，各業務系統和網管系統等時間同步質量差。

呼和局的時鐘同步網和時間同步網為兩個相互獨立的支撐網，需要兩套獨立網管設備進行管理，兩者之間的聯系只是在于時鐘同步網為時間同步網提供備用頻率輸入授時信號。

針對集通線時鐘和時間同步現狀，本文提出兩種改造方案。

3.2 方案1

全線共35個車站，考慮到運維管理、設備授時方便等方面，選定在樞紐站（桑根達來通信站和大板通信站）新設SSU-T和時間同步節點設備。

3.2.1 時鐘同步系統

1）時鐘同步網

桑根達來通信站BITS設備從本站SDH 10 Gbit/s傳輸設備的2 Mbit/s接口中獲取一級主用時鐘基準信號和二級備用時鐘基準信號，分別同步于呼和局LPR和大板通信站的SSU-T（如圖4所示）；大板通信站BITS設備通過新建骨干傳輸定時鏈路，從本站 SDH 10 Gbit/s傳輸設備的 2 Mbit/s外同步口中獲取一級主用時鐘基準信號和二級備用時鐘基準信號，分別同步于呼和局LPR和桑根達來通信站的SSU-T（如圖5所示）；當主備地面定時鏈路都發生故障時，從新設的北斗+GPS衛星接收機中獲取備用時鐘基準信號。

圖4 集桑段時鐘同步示意圖Fig.4 Schematic diagram of clock synchronization of Jisang section

2）基于SDH的網同步

SDH傳輸設備的定時方法分別為外同步口提取外部時鐘源、線路碼流中提取時鐘源和內部時鐘源。下面將分集桑段、桑大段、大哲段對全線時鐘同步定時鏈路進行重新規劃。

a.集桑段

集桑段時鐘同步定時鏈路如圖4所示。

集桑段傳輸設備分別通過來自呼和局LPR的主用定時鏈路1和大板通信站SSU-T的備用定時鏈路1，從線路碼流中獲取主備用定時基準信號。

b.桑大段

桑大段時鐘同步定時鏈路如圖5所示。

骨干層傳輸設備通過來自呼和局LPR的主用定時鏈路1從線路碼流中獲取主用定時基準信號；桑根達來通信站 SDH 2.5 Gbit/s 傳輸設備經 2 Mbit/s外同步口從SSU-T中獲取主用定時基準信號，為其他匯聚和接入層傳輸設備提供主用定時基準信號（如圖5的主用定時鏈路2所示），為大板通信站SDH 10 Gbit/s傳輸設備提供備用定時基準信號（如圖5的備用定時鏈路2所示）；大板通信站SDH 2.5 Gbit/s傳輸設備經2 Mbit/s外同步口從SSU-T中獲取備用定時基準信號，并為其他傳輸設備提供備用定時基準信號（如圖5的備用定時鏈路1所示）。

c.大哲段

大哲段時鐘同步定時鏈路如圖6所示。

骨干層傳輸設備分別通過來自呼和局LPR的主用定時鏈路1和來自大板通信站SSU-T的備用定時鏈路2,從線路碼流中獲取主備用定時基準信號；匯聚和接入層傳輸設備分別通過主用定時鏈路2和備用定時鏈路1從線路碼流中獲取主備用定時基準信號。

圖5 桑大段時鐘同步示意圖Fig.5 Schematic diagram of clock synchronization of Sangda section

圖6 大哲段時鐘同步示意圖Fig.6 Schematic diagram of clock synchronization of Dazhe section

3.2.2 時間同步系統

本線在桑根達來通信站和大板通信站新設三級時間同步節點設備，通過RS-422/DCLS接口，從呼東通信站二級母鐘設備獲取主用時間同步基準信號。在本站節點通過1PPS+ToD接口從衛星接收機中獲取備用時間同步基準信號，時鐘BITS設備通過2 Mbit/s或2 MHz輸出接口為時間同步網提供備用頻率輸入授時信號。新設三級時間同步設備通過FE/NTP、RS-422/DCLS等多種時間輸出接口為各應用子系統以及子鐘設備提供時間同步信號。時間同步網構成如圖7所示。

圖7 時間同步組網示意圖Fig.7 Schematic diagram of clock synchronization networking

3.3 方案2

在桑根達來和大板通信站分別設置SSU-T，并配備FE/NTP、RS-422/DCLS等多種時間輸出接口板，為各應用子系統和子鐘等提供時間同步信號。在方案1的基礎上增加局干OTN傳送定時鏈路（如圖8所示），為兩站SSU-T提供定時基準信號。

圖8 OTN傳送網定時鏈路示意圖Fig.8 Schematic diagram of timing link of OTN transmission network

3.4 總結及方案分析

第2節中提到的由于新增傳輸設備引起不同形式時鐘同步變化的3種情況，在集通線時鐘同步改造中都存在。下面將從安全可靠性、運維管理等方面對兩種方案進行分析。

1）從安全可靠性角度分析

方案1滿足本線同步網需求，能夠為集通線所有網元分配時間和頻率，且時鐘定時鏈路都未超過極長定時鏈路。新設SSU-T通過SDH傳輸網同步于呼和局LPR，將呼和局LPR作為主用基準時鐘，且兩者互為備用基準時鐘；當兩個地面定時鏈路都失效時，SSU-T同步于北斗+GPS衛星。方案2在方案1的基礎上增加新建局干OTN傳送網鏈路，為新設SSU-T傳送定時信號，地面定時鏈路變為兩個不同的物理路由。在安全可靠性上，方案2優于方案1。

2）從運維管理和成本投資角度分析

方案1時鐘和時間同步設備分開設置，需購置1套時鐘同步設備及網管設備和1套時間同步設備及網管設備，需占用機房內兩個機柜空間，且分開運維管理，設備投資和人工成本較高；方案2時鐘和時間同步設備共用，只需1套時鐘同步設備、時間輸出板及網管設備，且只需占用機房內1個機柜空間，實現了本線時鐘和時間同步的物理融合。和方案1相比，降低了設備投資，節省了機房空間，降低了能耗，且共享網管設備降低了人工運維成本。在運維管理和成本投資分析，方案2優于方案1。

通過對以上兩種方案的分析，方案2更適合作為集通線時鐘和時間同步網改造的實施方案。

4 結束語

同步網是依托于通信傳輸網組成的網絡，是通信系統非常重要的支撐網絡，它不僅為通信傳輸網提供定時基準來保證業務網的同步，并且通過傳輸網傳遞定時基準信號與各級同步設備構成同步網。由于長大干線-集通線接近1 000 km以及新設傳輸設備增多導致傳輸定時鏈路變長，集通線車站無骨干OTN設備或骨干SDH傳輸設備，且包頭東、呼和局LPR位于同一方向，受極長定時鏈路限制，本線新設SSU-T只能同步于呼和局LPR；且在哲里木方向無時鐘同步設備，導致大哲段匯聚層傳輸設備主備定時信號為同一路由。將來在進行骨干OTN網、傳輸網規劃改造時，本線時鐘同步網還可進一步優化。