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体育场馆标准时钟同步系统方案

2020-02-22 18:08:31 北斗时频 0

1.1 体育场馆标准时钟同步系统概述

标准时钟同步系统主要作用是为观众及场馆工作人员提供准确的时间服务,同时也为计算机系统及其它弱电子系统提供标准的时间源。使各系统的时间集中同步,在整个体育场馆系统中使用相同的授时标准。进出场馆大厅和楼道位置的时钟可以为观众提供准确的时间信息;各场馆办公室内及其它控制室内的时钟可以为工作人员提供准确的时间信息;向计时记分系统和其它信息显示系统提供的时钟信息为场馆运行提供了标准的统一的时间,保证了场馆系统运行的高效、统一、安全。

时钟同步系统能够向场馆全部弱电子系统和计算机提供准确的时钟信号。用GPS北斗系统中的时标信号作为标准时间源,对母钟的时钟信号源进行校准,为协调场馆各业务流程和各部门的工作提供统一标准的时间基准,同步各计算机系统的时间。时钟同步系统的控制中心向各子系统或场馆各路子钟发送标准时钟信号,监测全楼所有时钟工作状态,控制所有时钟的运行。

标准时钟同步系统在工作时,与其他相关的专项智能信息化系统相联,以保证各个系统的正常运行,系统提供对外数据接口,便于系统集成。

1.2 体育场馆标准时钟同步系统组成 

系统由GPS北斗标时时间信号接收单元、中心母钟、数字子钟、传输通道构成。由GPS北斗天线接收到卫星时码信号和秒脉冲信号,通过同轴电缆传给GPS北斗高稳母钟,由GPS北斗高稳母钟生成时间信号通过局域网把时间信号传输到每个楼层的每一个子钟,通过NTP网络接入时钟网管监控系统,用来管理和维护系统,以及统一全楼接入局域网电脑的时间。

标准时钟同步系统通过GPS北斗时钟接收系统,把接收到的标准时间送到标准时钟的母钟中,通过母钟进行时间校准后,把标准时钟信号通过NTP网口或者串口通信方式送到比赛馆内的各个子钟上,以便运动员和裁判员可以随时掌握标准时间。

本系统由2台GPS/北斗标时时间信号接收单元、NTP网络时间服务器、数字子钟、交换机、监控电脑传输通道构成。由GPS/北斗天线接收到卫星时码信号和秒脉冲信号,通过卫星专用天线传给GPS/北斗NTP网络时间服务器,由GPS/北斗NTP网络时间服务器生成时间信号通过局域网把时间信号传输到每个楼层的每一个子钟,通过RJ45网口接入时钟网管监控系统,用来管理和维护系统,以及统一全楼接入局域网电脑的时间。服务器具备完整的系统管理和监控功能,支持标准的NTPSNTP网络授时协议,具有完整的日志记录功能和USB端口下载功能,可支持NTP网络对时、串口TOD授时、1PPS脉冲信号输出,IRIG-B码输出等功能。可采用安全MD5协议和证书加密方式,为服务器、网络设备、网络子钟、终端计算机提供精确、安全、可靠的同步时钟信号。

 

标准时钟系统通过GPS/北斗时钟接收系统,把接收到的标准时间送到标准时钟的NTP网络时间服务器中,通过NTP网络时间服务器进行时间校准后,把标准时钟信号通过通信方式送到比赛馆内的各个子钟上,以便运动员和裁判员可以随时掌握标准时间。

对于两台GPS北斗时间服务器组成热备份应用,两台GPS北斗时间服务器通过芯跳检测在线互为热备,GPS北斗时间服务器1作为“主用”时间服务器,GPS北斗时间服务器2作为“备用”时间服务器。当“主用”时间服务器(GPS北斗时间服务器1)的GPS北斗北斗信号接收单元发生故障时,自动切换至“备用”时间服务器(GPS北斗时间服务器2)的GPS北斗北斗信号接收单元接收到的时间基准信号,从而保证系统的可靠性。当“常用”时间服务器(GPS北斗时间服务器1)的GPS北斗北斗信号接收单元恢复正常后,该GPS北斗时间服务器自动切换回正常工作状态。

GPS北斗时间服务器都接收不到两路外部时间基准信号时,切换到内部守时,保持一定的走时准确度;当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换回接收外部时间基准信号的工作状态。

两台GPS北斗时间服务器的RJ45口分别接到交换机上,各分配一个IP地址,如GPS北斗时间服务器1的IP地址为IP1, GPS北斗时间服务器2的IP地址为IP2,则两个IP地址就作为网内的标准时间服务器。客户端可使用操作系统自带NTP服务,也可使用我环球体育提供的客户端软件(WINDOWS操作系统)。本软件可输入两台GPS北斗时间服务器的IP地址, IP1地址作为主地址,IP2地址作为备用地址,当客户端因某些原因无法从主地址获取时间信息时,则自动从备用地址获取时间信息。

 

 

系统构成图如下:

 221双机备份 拷贝.jpg

 

1.1 系统特点

1. 提供准确的时钟信号

GPS/北斗系统中的时标信号作为标准时间源,对母钟的时钟信号源进行校准,为协调场馆各业务流程和各部门的工作提供统一标准的时间基准,同步各计算机系统的时间。时钟系统的控制中心向各子系统或场馆各路子钟发送标准时钟信号,监测全楼所有时钟工作状态,控制所有时钟的运行。

采用网络传输,给体育场的各个重要区域提供时间信息,同时给各体育功能房间、裁判室提供倒计时、正计时、温度、湿度、标准时间等。

2.双机备份 内置自动切换

两台设备组成热备份应用,两台设备通过芯跳检测在线互为热备,GPS北斗时间服务器1作为“主用”时间服务器,GPS北斗时间服务器2作为“备用”时间服务器。当“主用”时间服务器(GPS北斗时间服务器1)的GPS北斗北斗信号接收单元发生故障时,自动切换至“备用”时间服务器(GPS北斗时间服务器2)的GPS北斗北斗信号接收单元接收到的时间基准信号,从而保证系统的可靠性。当“常用”时间服务器(GPS北斗时间服务器1)的GPS北斗北斗信号接收单元恢复正常后,该GPS北斗时间服务器自动切换回正常工作状态。

3.子钟采用恒流驱动

采用恒流驱动技术,大大延长子钟LED发光管的寿命,提高系统可靠性。

5.内置恒温晶振

GPS北斗时间服务器都接收不到两路外部时间基准信号时,切换到内部守时,保持一定的走时准确度;当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换回接收外部时间基准信号的工作状态。这样就保证了整个银行系统时间的稳定性和准确性。

6.接口兼容性强

网络时间服务器提供的接口有网口、B码、秒脉冲、串口、USB等多种接口形式,方便系统的兼容

7.子钟可自守时和自动跟踪母钟信号

各个场所的子钟通过RJ45接口,采用直接网线方式与时间服务器相连,接收服务器转送的标准时间信号,对自身的精度进行校准,向工作人员及来宾直接显示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后,回送自身的工作状态给母钟。所有子钟均具有独立的计时功能,平时跟踪母钟工作。当母钟出现故障或因其它原因,接收不到标准时间信号时,子钟仍能以自身的精度工作。当母钟信号恢复正常时,子钟可以自动获取母钟时间信号,跟踪母钟走时。

 

1.2 主要设备技术参数

一体化母钟

 

网络时间服务器环球体育集成高精度GPS北斗双系统授时接收机和高性能网络安全服务器软硬件系统,支持多协议NTP/SNTP网络授时,采用的网络授时架构简单、免施工、易配置、免维护,MTBF达80000小时XBD211前面板具有亮丽美观的OLED液晶显示屏,显示内容简洁大方,后面板具备丰富接口,可扩展性强,可满足各种授时需求可采用安全的MD5协议和证书加密方式,为服务器、网络设备、网络子钟、终端计算机提供精确、安全、可靠的同步时钟信号。

 

1、NTP时间服务器:

 

1)标准19英寸

1U机箱,四个物理独立10/100/1000M网口授时,具备很强的网络数据吞吐能力;

2)工业级网络安全服务器主板,2.0G四核以上处理器,具备很强的运算与响应能力;综合NTP响应性能:18000次/秒;

3)4G以上内存,64G以上SSD固态盘,具备快速启动与高速数据存储能力;

4)具备USB、VGA等服务器通用接口,可接USB外设、日志记录功能:>=4000条,可通过USB口存取,可扩展硬盘存储;VGA显示器等;

5)采用GPS/北斗双系统授时模式,一级网络时间服务器,锁定稳定后时间精度0.1us以内;环球体育支持多网卡bonding和多机主备功能。

6)可内置恒温晶振OCXO守时,72小时偏差<=1ms;GPS北斗自动对时功能,能够在失去时间源的状态下自我守时运行,高可靠性,免维护;

7)设备可用性指标:MTBF>=80000小时;

8)计算机终端同步授时精度:0.5-5ms(局域网典型值)

9)支持授时协议:NTP(v1,v2,v3,v4)、SNTP等网络时间协议,支持MD5加密协议;

10)支持Console,Telnet,SSH等服务器登陆方式;


接口要求:
天线入:BNC,1路,GPS L1 BD2 B1,输出5V DC。
1PPS:BNC,1路,时间精度30ns(RMS)。
网口:RJ-45,4路,以太网接口,NTP授时
Console: DB9ZJ,1路,RS232电平,控制接口
TOD: DB9ZK,4路,RS232电平,时间、位置信息
VGA:DB15ZK,1路,可接VGA显示器。
USB,2路,可接USB外设等。
软件要求: 

 所投环球体育提供XTIME客户端软件和服务器状态监控软件,支持开机自启动和托盘运行,可添加多个NTP时间服务器地址,并支持自动切换。

 

2、高性能GPS北斗双模授时接收机:

1) 基于64通道的GPS/北斗双系统授时型接收机,GPS频点L1,北斗频点B1;

2) 双系统授时模式下1PPS授时精度可达20ns(1δ);

3) 支持单星授时模式,即使只有一颗可见卫星仍能保持可靠授时;

4) 本地高性能OCXO守时,失锁后守时性能优于1us/h;

5) 首次锁定时间(TTFF):冷启动<30s,热启动<1s,重捕获<1s;

6) 授时接收灵敏度:跟踪<-160dBm,捕获<-145dBm。

 

3、多协议支持:

1) 授时协议:NTP v1、v2、v3、v4(RFC1119&1305) SNTP(RFC2030) DAYTIME(RFC867);

2) 授时模式:NTP Peer, Client/Server, Broadcast Multicast;

3) 加密协议:MD5 Authentication(RFC1321)RSA非对称加密 Autokey;

4) 登陆协议:串口Console,Telnet(RFC854),SSH,HTTP/SSL/HTTPS(RFC2616),FTP(RFC959);

5) 网管协议: SNMP v1、v2 MIB II (RFC1213);

6) 其他协议:IPV4、IPV6、IPv4/IPv6 Hybrid DHCP (RFC2131)。

 

4、物理特性:

1) 物理及环境参数:尺寸:1U机箱447×44.5×300mm

2) 重量:3.5Kg

3) 电源:100~240V, 47Hz ~63Hz

4) 功耗: 15W

5) 接口丰富,可扩展性强。

 

5.权威认证

 

环球体育要求具备国家计量院、航天203所、国家授时中心等计量部门的环球体育检定证书;

 

 

NTP网络子钟要求:

1) 基于以太网(NTP)授时的电子钟,可获取公共网时间服务器时间或局域网内授时服务器时间,同步于电子钟走时和更新内部RTC电路;

2) 不用任何按键调节,上电可实现自动对时功能,走时精度可保持在100ms误差范围内,并每分钟对时一次,无累积误差,可使全国电子钟走时保持一致;

3) 内置守时模块,与网络失去联系后守时能力可达<2分钟/年;

4) 显示内容有年、月、日、星期、时、分、秒、和温度;

5)单面尺寸大小:660*210*50

6) 可通过配套上位机软件设置服务器IP地址;

7) 可根据用户的要求,电源可使用网络提供,也可采用外置电源;

8) 安装方便,施工简单,操作简单,免维护;

9) 显示精度高、视距较长、显示部分可有多种颜色、显示醒目清晰、故障时黑屏不会对使用者产生误导。

2、时间同步方式

1) 基于NTP网络授时:根据以太网(NTP)进行同步走时时间,电子钟每隔5分钟同步一次本地时间和守时RTC(时钟)电路走时,五分钟内使用守时时间,从而保证高的精度;

2) 节守时精度高:正负3.5PPM,年偏差2分钟, 守时电路内置恒温晶振,补偿因不同季节的温度偏差,从而调整晶振震荡周期,使晶振的频率更精确,从而保证时间更加准确;

3) NTP时间授时服务器依据GPS/BD时间源,保证时间准确性。

 

1.3 设计方案

1. 系统设计

标准时钟系统把母时钟产生时钟信号,经校时后,通过网络交换机,传输给分布在场馆中的各个子钟,并按子钟的时间显示方式显示出标准时间的能力,场馆智能化系统可以通过场馆计算机网络,获取标准时钟系统数据库服务器中的标准时间,用于同步各子系统。

标准时钟系统的信号接收单元具有接收GPS/北斗的标准时间信号的功能,为整个系统提供校时信号,消除计时系统的积累误差。

母钟进行GPS/北斗卫星接收校准;母钟对系统内子钟/设备实时监控,显示子钟/设备工作状态;母钟对系统内子钟/设备进行点对点控制。

GPS/北斗接收机通过GPS/北斗天线接收卫星时标信号给时钟系统提供校准时间信号,正常情况下GPS/北斗接收机至少可同时接收12卫星的信号。输出与中心母钟的通讯信号,用标准时间信号校准和修改中心母钟的时间。

标准时钟系统的实施遵循国家有关技术标准,并结合应用场所的特殊功能要求来进行, 数字子钟安装的设计区域主要包括以下区域:

Ÿ 行政办公室

Ÿ 比赛、运动队、官员使用的房间

Ÿ 媒体使用的房间

Ÿ 赛事管理办公室

Ÿ 会议、功能室

Ÿ 赞助商、组委会、特别重要来宾(VIP)包间

Ÿ 新闻发布、仲裁室、评论室、转播室

Ÿ 裁判、检录大厅、楼道、门厅

Ÿ 其他


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