淺談時鐘同步功能在AFC系統中的應用

劉文靜 陳曉冬

摘? 要：AFC系統（自動售檢票系統）是基于計算機、通信、網絡、自動控制等技術，實現軌道交通行業的售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等功能的系統，全線網時鐘能否同步將對現場乘客使用設備和后臺營收統計產生直接影響，了解時鐘同步技術，掌握AFC系統時鐘同步機制，可以有效避免因時鐘異常導致的故障。

關鍵詞：AFC;時鐘;時鐘同步;NTP

分類號：TP311.52

一、引言

AFC系統在線路中央系統和車站系統層級根據用戶需求分為模式管理、參數管理、系統維護管理、權限管理、運行管理、收益管理、庫存管理、軟件管理、報表管理和時鐘管理等模塊，這些模塊按照業務進行劃分承擔不同的功能，其中時鐘管理包括本地時鐘的設置和實現與上下級設備進行時鐘同步的功能。系統運行過程中時間會產生細微偏差，若不進行糾正長期積累則會形成較大誤差，時鐘管理的作用就是確保AFC系統時間準確無誤，從而AFC系統能夠穩定運行。

二、同步技術

計算機的時鐘分為硬件時鐘和操作系統時鐘，二者相互關聯。由于硬件時鐘的晶振頻率存在一定的誤差，軟件時鐘的穩定度也比較差，受中斷請求的穩定度制約，因此無論是硬件時鐘還是軟件時鐘，其守時能力都是有限的。因此要將一臺計算機同步到標準時間或是多臺計算機的時鐘保持同步，必須采用相應的同步方法。

時鐘同步的方法分為硬件同步和軟件同步兩種。硬件同步方法主要采用硬件設備接收標準時間信號，以同步本地的計算機時鐘，包括電話授時、無線電廣播授時、衛星授時等形式，比較普遍的有GPS衛星授時系統，利用GPS同步衛星信號，接收時間信息，將本地的時鐘和GPS衛星上面的時間進行同步。軟件同步技術通常基于網絡協議，常用的有兩種：一種是NTP（Network Time Protocol），即網絡時間協議，用來在分布式時間服務器和客戶端之間進行時間同步，客戶端發送時鐘同步報文到服務器端，服務器記錄信息并返回應答報文，客戶端接受到應答報文，通過計算自身的發送時間、應答報文間的服務器時間及兩次發送的時間差，計算出當前時間并且同步。一種是PTP（Precision Time Protocol），即精確時間協議，用于設備之間的高精度時間同步，主、從時鐘之間交互同步報文并記錄報文的收發時間，通過計算報文往返的時間差來計算主、從時鐘之間的往返總延時，單向延時便是主、從時鐘之間的時鐘偏差，從時鐘按照該偏差來調整本地時間，實現其與主時鐘的同步。兩種技術協議都是基于網絡實現網絡時間同步，但精度不同，NTP的授時精度通常在毫秒級，PTP的時間同步精度可以達到微秒級、納秒級。用戶根據應用需要來選擇不同技術類型的時間同步服務器。

三、AFC系統同步機制

硬件同步方法的優點是同步精度高、可靠性高、覆蓋面廣，但是硬件設備成本高，AFC系統采用分布式網絡架構，要在每臺計算機上都采用硬件同步的方法顯然不太現實。PTP的主從時鐘模式使得網內只能有一個主服務器，而NTP允許有多個服務器，NTP依據分層次的同步網絡，充分考慮了互聯網上時間同步的復雜性，具有很高的靈活性，可以適應各種互聯網環境，產生的網絡開銷少，具有保證網絡安全的應對措施，成為互聯網上公認的時鐘同步工具，非常適合AFC系統內部進行各層級間的時間同步。

a）上下層級同步機制

根據AFC系統五層架構，每一層均為下一層的時鐘服務端，ZLC時鐘源取自ACC，依次類推，SC向上與ZLC保持同步，車站終端設備向上與SC保持同步。時鐘同步系統由服務端和客戶端兩部分構成，ACC-ZLC-SC-SLE各級之間的NTP報文傳輸上層為服務端、下層為客戶端。時鐘管理完成時鐘自動與上層同步、設置時鐘時間等功能，時鐘管理保持系統與自然時鐘的一致，確保系統的正常管理。時鐘同步方式包括自動時鐘同步、強制時鐘同步，主要方法都是利用NTP對網絡內所有具有時鐘的設備進行時鐘同步，使網絡內所有設備的時鐘保持一致，從而使各級設備能夠提供基于統一時間的多種應用。對于運行NTP的本地系統，既可以接收來自其他時鐘源的同步，又可以作為時鐘源同步其他的時鐘，并且可以和其他設備互相同步。

在正常的網絡時鐘同步系統中，下一層級會無條件地跟上一層級進行時鐘同步。然而，對于正常運行自動售檢票系統來說，時鐘源由于設備或者人為原因而導致的時鐘偏差會導致部分或者大面積的設備時鐘同步故障，引起大量乘客無法刷卡入閘。因此，在上下層的時鐘同步之間，可以設置一個程序，在上下層級設備進行時鐘同步前，先進行時鐘偏差的判斷，當時鐘偏差大于一個值（如 10 分鐘），下層設備會認為上層設備的時鐘狀態出現故障，自身時鐘狀態是正常的，而不跟上層設備進行時鐘同步，并在界面上顯示故障信息。這樣，可以避免在上層時鐘同步服務器出現時鐘同步故障時，對下層設備產生影響，把故障封鎖在系統內，不影響一線設備正常運行。

b） 同步時間間隔

系統設計每隔一定間隔便獲取上級時間來校正本地時鐘，當本地時鐘誤差較大時且系統不自動進行校正，則可由人工在工作站發送強制時鐘同步進行時間的校正，同時給下位系統發送強制時鐘命令，下位系統收到時鐘同步命令后，系統采用NTP協議與時鐘服務器進行同步。客服端作為時鐘同步的發起端，可以通過程序控制其跟服務器的時鐘同步間隔而避免時鐘偏差的累積而對設備的正常運行進行影響。

四、結束語

AFC系統對時鐘同步要求性較高，因此各層級設備的時鐘同步需進行定期檢查，除了檢查時間是否正常，還要檢查時鐘同步功能是否正常，避免因時鐘累計誤差變大或者時間異常跳變而時鐘未能成功同步導致影響現場乘客使用。系統設備在參數設定的時間間隔、重新啟動、運營開始和結束時均會進行時鐘同步，因而在進行設備維護和故障處置時，要注意時間準確性的檢查，尤其是上層服務器進行更換主板等操作時需斷開網線后再重啟，避免重啟后設備時間異常而被下層級設備進行了同步造成更大影響。

參考文獻

[1]費振豪.基于NTP的地鐵綜合監控系統時鐘同步技術的研究[D].西南交通大學，2004年，碩士.

南京地鐵運營有限責任公司? 江蘇南京? 210012