复杂电磁环境场景下有线时钟与无线时钟传输稳定性及可靠性对比探讨

2020-10-25

复杂电磁环境场景下有线时钟与无线时钟传输稳定性及可靠性对比探讨

随着物联网技术和无线通信技术的发展，很多需要通过专业布线连接的设备开始推广无线互联的概念；特别是智能家居等小型私密场所，对家居设备、家用电器之间的互联互通或者远程控制场景众多，大有实现万物互联的趋势。收到该思维的影响，最近在大型体育场馆，机场、地铁、医院、电厂等大型公建项目中开始出现无线时钟系统的设计方案。鉴于上述场景属于复杂电磁环境，对无线设备本身的抗干扰能力和不同无线系统之间的互不干扰要求极高，笔者针对复杂电磁环境场景下有线时钟与无线时钟传输稳定性及可靠性做一个比对，抛砖引玉，欢迎各位行业大咖拍砖。

一、无线时钟的需求起源

无线时钟的需求起源是互联网医院的兴起以及全国各大医院建立胸痛、脑卒中心，这些医院对从120接到求助开始，要求一般是10分钟内赶到现场，包括病人在救护车或者直升机使用除颤仪等设备的生命体征均需要精准记录，所以要求各大急救中心均配备时钟系统。

由于承接此类项目的公司均为软件平台开发商，软件开发平台公司的工程实施人员对综合布线，设备安装完全没有经验，而且习惯码代码的人们也很难适应要跟弱电安装工人一起穿网线，协调信息中心分配IP网络资源。因此提出希望使用CDMA/4G或者GPRS等方式来实现时钟同步，只要在需要安装时钟的位置布置好电源即可实现时钟同步；从此，无线时钟在专业领域第一次粉墨登场。

二、标准无线时钟的拓扑结构

（图一）

　　子钟与中心母钟之间通过二级信号转发设备来覆盖无线信号无法透传障碍物直接覆盖的区域，实现子母钟之间的同步，楼内其他需要精确时间的服务器系统均可从NTP时间服务器获取标准时间。因为二级信号转发设备借助内部局域网的有线网络将母钟的标准时间信号解析出来再通过无线的方式转发给就近的子钟或者其他需要标准时间的设备，解决的仅仅是无线通信“最后100米”的链接问题，实际上在遇到地下空间，混泥土墙体、环廊、屏蔽场所等区域都是需要有线局域网来保证传输稳定性，属于无线和有线的结合。

三、当前各大体育场馆及医疗机构推荐的无线拓扑方案

子钟与中心母钟之间通过二级信号转发设备来实现子母钟之间的同步，时钟的时间基准没有统一的参考源，依靠电脑自己走时，每天会产生10秒左右的误差甚至更大。子钟与分别独立接收CDMA或者4G信号，或者依赖电脑（标准时钟管理服务器）通过无线发送计算机系统时间获得参考时间。要求时钟监控系统通过云端管理软件，实时监测各时钟的工作状态。

（图二）

四、该系统需要解决的问题：

1.不论是体育场馆还是机场等公建场所，均属于复杂电磁环境，机场明确要求禁止使用无线设备（红外等近遥控设备距离除外）。体育场馆在举行大型赛事时，人多（动辄上万甚至数万人），手机等移动设备多，涉及开机使用的系统设备有上百种，应该尽量避免该场景下使用无线设备，本人亲自参与实施的XXX大剧院时钟系统采用的是纯无线传输，当时彩排调试都没有问题，但后来举办大型活动座无虚席的时候时钟系统的无线链接突然断开，管理服务器不停告警，幸亏有现场保障人员临时大比例增加无线中继器才避免出现演出事故（实景舞台升降后台操作都要对秒，差一秒都可能出现事故）。

2.所有无线设备的没有人敢保证不丢包，只能是保证无线设备的丢包率更加接近有线的效果，所以有线比无线更稳定是毋庸置疑的。

3.采用CDMA/4G授时，弊端在于：

1）4G授时有1-2秒的误差不可以消除，这是现在市面上所有4G授时的技术缺陷。

2）4G授时必须有SIM卡支撑，续费麻烦。

3）4G授时属于不对时间的准确性负责，不像北斗授时是国家权威机构发布的时间信号，事件可溯源。建议使用北斗和GPS的有线时钟系统，稳定可靠，符合规范。

4）CDMA可以实现无卡授时，但是也存在不同基站之间的时间误差，而且CDMA属于2G设备，现在有的地区已经开始拆除2G,3G的基站为5G建设让路，因此该方式不属于主流授时方式。

4.采用云端方式通过无线链接终端并实时查询管理

云端方式通过无线实现对下游设备的管理访问，如果需要实时发现问题，需要在极小的时间内多次访问终端并获得当前设备的状态，大型体育场馆时钟一般不小于100台甚至几百台，链路之间一旦丢包就会引发管理端告警，没准维护人员没到现场，故障又恢复正常了，带来的误报或者漏报严重占用运营管理资源，且影响比赛正常进程。

5.信息安全没有保障

信息安全没有保障，重大项目的设备网通常使用内部局域网，与外网完全物理隔离，而云端控制给外部入侵提供了一个通道，不符合信息安全管理的要求。

6. 上述拓扑结构如果想获得更远的传输距离和传输效果，只能加大电台的发射功率，这必然会带来相应的一系列问题（详见下文）。

五、大型赛事期间相关管理部门对无线设备的管理措施