浅谈时钟同步功能在AFC系统中的应用

刘文静 陈晓冬

摘  要：AFC系统（自动售检票系统）是基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，实现轨道交通行业的售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等功能的系统，全线网时钟能否同步将对现场乘客使用设备和后台营收统计产生直接影响，了解时钟同步技术，掌握AFC系统时钟同步机制，可以有效避免因时钟异常导致的故障。

关键词：AFC;时钟;时钟同步;NTP

分类号：TP311.52

一、引言

AFC系统在线路中央系统和车站系统层级根据用户需求分为模式管理、参数管理、系统维护管理、权限管理、运行管理、收益管理、库存管理、软件管理、报表管理和时钟管理等模块，这些模块按照业务进行划分承担不同的功能，其中时钟管理包括本地时钟的设置和实现与上下级设备进行时钟同步的功能。系统运行过程中时间会产生细微偏差，若不进行纠正长期积累则会形成较大误差，时钟管理的作用就是确保AFC系统时间准确无误，从而AFC系统能够稳定运行。

二、同步技术

计算机的时钟分为硬件时钟和操作系统时钟，二者相互关联。由于硬件时钟的晶振频率存在一定的误差，软件时钟的稳定度也比较差，受中断请求的稳定度制约，因此无论是硬件时钟还是软件时钟，其守时能力都是有限的。因此要将一台计算机同步到标准时间或是多台计算机的时钟保持同步，必须采用相应的同步方法。

时钟同步的方法分为硬件同步和软件同步两种。硬件同步方法主要采用硬件设备接收标准时间信号，以同步本地的计算机时钟，包括电话授时、无线电广播授时、卫星授时等形式，比较普遍的有GPS卫星授时系统，利用GPS同步卫星信号，接收时间信息，将本地的时钟和GPS卫星上面的时间进行同步。软件同步技术通常基于网络协议，常用的有两种：一种是NTP（Network Time Protocol），即网络时间协议，用来在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步，客户端发送时钟同步报文到服务器端，服务器记录信息并返回应答报文，客户端接受到应答报文，通过计算自身的发送时间、应答报文间的服务器时间及两次发送的时间差，计算出当前时间并且同步。一种是PTP（Precision Time Protocol），即精确时间协议，用于设备之间的高精度时间同步，主、从时钟之间交互同步报文并记录报文的收发时间，通过计算报文往返的时间差来计算主、从时钟之间的往返总延时，单向延时便是主、从时钟之间的时钟偏差，从时钟按照该偏差来调整本地时间，实现其与主时钟的同步。两种技术协议都是基于网络实现网络时间同步，但精度不同，NTP的授时精度通常在毫秒级，PTP的时间同步精度可以达到微秒级、纳秒级。用户根据应用需要来选择不同技术类型的时间同步服务器。

三、AFC系统同步机制

硬件同步方法的优点是同步精度高、可靠性高、覆盖面广，但是硬件设备成本高，AFC系统采用分布式网络架构，要在每台计算机上都采用硬件同步的方法显然不太现实。PTP的主从时钟模式使得网内只能有一个主服务器，而NTP允许有多个服务器，NTP依据分层次的同步网络，充分考虑了互联网上时间同步的复杂性，具有很高的灵活性，可以适应各种互联网环境，产生的网络开销少，具有保证网络安全的应对措施，成为互联网上公认的时钟同步工具，非常适合AFC系统内部进行各层级间的时间同步。

a）上下层级同步机制

根据AFC系统五层架构，每一层均为下一层的时钟服务端，ZLC时钟源取自ACC，依次类推，SC向上与ZLC保持同步，车站终端设备向上与SC保持同步。时钟同步系统由服务端和客户端两部分构成，ACC-ZLC-SC-SLE各级之间的NTP报文传输上层为服务端、下层为客户端。时钟管理完成时钟自动与上层同步、设置时钟时间等功能，时钟管理保持系统与自然时钟的一致，确保系统的正常管理。时钟同步方式包括自动时钟同步、强制时钟同步，主要方法都是利用NTP对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步，使网络内所有设备的时钟保持一致，从而使各级设备能够提供基于统一时间的多种应用。对于运行NTP的本地系统，既可以接收来自其他时钟源的同步，又可以作为时钟源同步其他的时钟，并且可以和其他设备互相同步。

在正常的网络时钟同步系统中，下一层级会无条件地跟上一层级进行时钟同步。然而，对于正常运行自动售检票系统来说，时钟源由于设备或者人为原因而导致的时钟偏差会导致部分或者大面积的设备时钟同步故障，引起大量乘客无法刷卡入闸。因此，在上下层的时钟同步之间，可以设置一个程序，在上下层级设备进行时钟同步前，先进行时钟偏差的判断，当时钟偏差大于一个值（如 10 分钟），下层设备会认为上层设备的时钟状态出现故障，自身时钟状态是正常的，而不跟上层设备进行时钟同步，并在界面上显示故障信息。这样，可以避免在上层时钟同步服务器出现时钟同步故障时，对下层设备产生影响，把故障封锁在系统内，不影响一线设备正常运行。

b） 同步时间间隔

系统设计每隔一定间隔便获取上级时间来校正本地时钟，当本地时钟误差较大时且系统不自动进行校正，则可由人工在工作站发送强制时钟同步进行时间的校正，同时给下位系统发送强制时钟命令，下位系统收到时钟同步命令后，系统采用NTP协议与时钟服务器进行同步。客服端作为时钟同步的发起端，可以通过程序控制其跟服务器的时钟同步间隔而避免时钟偏差的累积而对设备的正常运行进行影响。

四、结束语

AFC系统对时钟同步要求性较高，因此各层级设备的时钟同步需进行定期检查，除了检查时间是否正常，还要检查时钟同步功能是否正常，避免因时钟累计误差变大或者时间异常跳变而时钟未能成功同步导致影响现场乘客使用。系統设备在参数设定的时间间隔、重新启动、运营开始和结束时均会进行时钟同步，因而在进行设备维护和故障处置时，要注意时间准确性的检查，尤其是上层服务器进行更换主板等操作时需断开网线后再重启，避免重启后设备时间异常而被下层级设备进行了同步造成更大影响。

参考文献

[1]费振豪.基于NTP的地铁综合监控系统时钟同步技术的研究[D].西南交通大学，2004年，硕士.

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