一、需求概述
2019 年 5 月 29 日，为贯彻落实党中央、国务院决策部署,加快取消高速公路省界收费站,实现不停车快捷收费，减少拥堵、便利群众，国家发展改革委、交通运输部联合印发《加快推进高速公路电子不停车快捷收费应用服务实施方案》明确提出“自 2020 年 1 月 1 日起，除国务院另有规定外，各类通行费减免优惠政策均依托 ETC 系统实现。”
目前我国公路建设、养护和运营一直坚持以省为主的管理体制，取消高速公路省界收费站, 实现不停车快捷收费，需要保证全国高速公路收费系统时间统一，在每辆车辆路经收费站时打上准确的时间戳。全国的高速公路系统，上至各省级高速公路运营中心，下至每个服务站的 ETC 门架时间，如此大量的节点，要统一时间，就必须大家都向一个时间看齐，无疑北斗/GPS时间是最佳的参照物。经交通运输部及各交通道路勘察研究院调研，提出在必要节点安装北斗授时服务器，要求北斗授时服务器 1PPS 授时精度小于 1微妙，设备在失去卫星信号后 24 小时内时间偏差不大于 1 秒，授时服务器要为其他数据存储系统，网络管理系统，电子收费系统，非现金支付系统计重收费系统的各类服务器、路由器、工作站提供 NTP 授时服务，NTP 授时精度在 1ms 至 10ms。
二、解决方案
儒科电子根据«高速公路 ETC 门架系统及关键设备检测规程»，为取消高速公路省界收费站实施提供了优选方案，推出适合高速公路的 ETS 系列产品，包括可作为一级时钟的北斗授时服务器 ETS3100、小型北斗授时服务器ETS150 和 ETS100。三种设备可实现级联与监测、冗余备份功能，确保整个授时网络安全可靠。
在省联网中心和分中心核心通信及 IT 节点，需要配置高性能 PTP/NTP及 SDH 网络同步设备，我们推荐使用 ETS3100 授时服务器，授时精准，单台设备可实现双天线冗余。收费站配置小型化北斗授时服务器 ETS150,门架系统推荐支持防护等级为 IP67 的 ETS100，这类服务器采用 POE 供电，直接安装在 ETC 门架上，可有效节省机房空间。
图1 分级同步机制
图2 单台服务器授时机制
三、儒科定制北斗授时服务器介绍
1. 省中心授时服务器 ETS3100
由于省中心授时服务器要兼顾为通信专网提供同步接口，主要接口包括 E1频率同步接口，PTP 时间频率同步接口。我们推荐使用授时服务器配置铷原子钟选件作为全省高速公路系统的授时核心设备。该设备接收北斗 GNSS 卫星信号为主用参考信号，可为系统提供授时同步服务。搭配铷原子钟的时间服务器在北斗GNSS信号故障的情况下可实现时钟每天保持优于 1 微秒。
ETS3100 全面支持 GPS, 北斗+GPS 授时功能双模信号接收，实现了参考信号输入的双冗余，两种模式的自动切换保证了授时的稳定性和系统的安全性。可选的双电源冗余置增加了设备的可靠性和稳定性。
主要性能指标：
1）支持多种参考输入（1PPS、1PPS+TOD、GNSS、IRIG-B、10MHz）2）具备高精度数字锁相功能，支持多种本振（高稳铷钟、小型铷钟、恒温晶振等）
3）具备 1PPS 及任意频率脉冲输出功能（脉宽可调节）
4）具备 10MHz 正弦输出
5）具备 IRIG-B 码输出功能（支持 IEEE1344 格式）
6）具备 TOD 输出（支持串口动态配置，支持 ZDA、中移动格式）
7）具备多功能输入、输出、输入/输出接口PPS/IRIG-B/TOD）
8）具备 NTP 功能，NTP 请求响应次数：8000‐10000 次/秒
支持一级、二级时钟工作方式
支持广播、单播、对等多种工作模式
支持安全加密（MD5）、访问权限控制等
9）具备 PTP 输出功能（Grand Master，支持多种 Profile 配置，G. 8275.1）10）具备 SyncE（支持 SSM，G.8262）
11）支持 HTTP/HTTPS Web 管理
12）支持 SNMP（v1、v2c、v3）管理
13）支持本地、远程（SSH）管理，CLI（Command Line Interface）管理
14）支持 IPv6、Bonding、VLAN 等网络特性
15）支持设备操作、告警等日志 16.支持远程程序升级
16）支持网络端口的绑定功能
17）Web 服务功能升级为https安全模式
18）支持三级用户管理架构
19）可选配对客户段 NTP 授时请求的监控功能
图1 北斗授时服务器
图2 网页管理界面
该设备可支持 IPV4, IPV6 双栈工作，VLAN 等通用接口，三路 1GBE 网口其中两路网口支持SyncE 接口，并支持 PTP/NTP 双栈同时工作。
该设备可通过前面板按键实现管理，支持通过 HTTPS 协议的安全网页管理接口，SSH 安全登陆接口。提供 SNMP V3 网络管理接口可通过通信链路上报设备运行状态和告警信息便于系统监控。 时钟服务器还提供两路扩展槽位，用户可选装支持 E1 或 2.048MHz 输出的扩展板用于支持通信专网。
2. 分中心授时服务器
分中心采用与省中心同型号的授时服务器内置恒温晶振，其他性能在此不做赘述。
3.ETC门架及收费站授时服务器
1）ETC 门架北斗授时服务器 ETS100
主要技术指标：
1）BD2-B1、GPS-L1 定位、授时2）支持标准的 NTP、SNTP 等网络对时协议
3）采用 IEEE 802.3at 标准 POE 供电
4）捕获灵敏度：≤-148dBm
5）通道数：99 个捕获通道，33 个跟踪通道
6）守时精度：≤100us（卫星失锁 24 小时内）
7）NTP 授时精度:局域网＜200us
8）宽温设计：-40℃~+85℃
9）满足 ROHS 标准
10）IP67 防水设计适应户外环境
11）支持 SSH 远程登录管理，可在省级中心安装专用配套软件对各级授时服务器进行远程状态监控
12）安装方式：本机内置天线，设计小巧,方便安装在屋顶、墙壁、室外的支架上
图3 北斗授时服务器 ETS100
图4 小型授时服务器安装示意图
2) 收费站北斗授时服务器 ETS150
1）BD2-B1、GPS-L1 定位、授时
2）DC 6-24V 供电
3）支持标准的 NTP、SNTP 等网络对时协议
4）捕获灵敏度：≤-148dBm
5）通道数：99 个捕获通道，33 个跟踪通道
6）守时精度：≤100us（卫星失锁 24 小时内）
7）NTP 授时精度:局域网＜200us
8）宽温设计：-40℃~+85℃
9）支持 SSH 远程登录管理，可在省级中心安装专用配套软件对各级授时服务器进行远程状态监控
图5 北斗授时服务器 ETS150
四、高速公路时间同步系统两次方案优势对比
五、成果展示
经过 5 个月的部署与跟进，儒科方案终得广大用户认可，北斗授时服务器ETS3100、 ETS150 以及 ETS100 在《取消高速公路省界收费站》项目上目前安装已通过测试的已有三百余套，还有大量设备等待发货安装，儒科产品已分布全国各地。
下图为部分用户安装现场
