Hochpräzise Zeitverteilung und Taktsynchronisation im IP-Media-Transportnetzwerk mit PTP
PTP Netzwerk-Aufbau und -Szenarien sowie Parameter, Zustände und Architektur von Precision Time Protocol testen
Hallo, wie viel Uhr ist es? Es ist genau 15 Uhr 32 Minuten und 6.782356139 Sekunden! PTP - Precision Time Protocol ist ein Synchronisationsprotokoll für die präzise Synchronisation von in einem Netzwerkuhren. Das PTP sorgt dafür, dass die Zeitbasen aller am Netz angeschlossenen Geräte und Systeme zeitlich mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich synchronisiert werden. Der Media-Transport über den IP-Netzwerk ist ein von vielen möglichen Einsatzbereiche dieser hochpräzise Zeitverteilung.
Management Summery
Ausgangslage und Problemstellung
Ziel der Arbeit
Vorgehen
Ergebnis
Für einen dauerhaft optimalen Signaldurchsatz, ist Timing sehr wichtig. Bildstottern und Break ups sind nur einige Symptome für Fehler bei Synchronisation und Timing. Bisher wurde die Sample-Synchronisation bei der Video- und Audio-Distribution zwischen Sender und Empfänger, durch direkt ins Transportsignal eingebettete Bit-Takte realisiert. Im IP-basierenden Netzwerk ist das nicht möglich. Paketvermittelnde Netzwerke bieten flexible und skalierbare Workflows, das Timing muss aber anders gelöst werden.
Das Precision Time Protocol (PTP) wird bereits im Strom- und Mobilfunknetz, sowie der Robotik eingesetzt und ermöglicht auch präzise und synchrone Übertragung von Media Streams im IP-Netzwerk. Hardware-Implementierungen bieten Genauigkeiten im Bereich von Nanosekunden. Für die Referenzierung wird die Zeit von GPS und GLONASS verwendet.
Best Master Clock Algorithmus (BMCA)
Das BMCA stellt in einem PTP Netzwerk sicher, dass nur die Node mit der „besten“ also stabilsten lokalen Clock immer zur Best Master Clock im Netzwerk wird. Diese liefert die Zeitreferenz für alle PTP Devices. BMCA wird in 6 hierarchischen Prioritätsstufen unterteilt:
- Priority1 (definiert die Priorität der Clock, eine vom Benutzer konfigurierbare Bezeichnung)
- Clock Class (die Klasse definiert die Rückverfolgbarkeit der Clock)
- Clock Accuracy (Genauigkeit)
- Clock Abweichung (definiert die Taktstabilität)
- Priority2 (die niedrigste Zahl gewinnt)
- GMID (ähnlich der MAC Adresse) clock Identity (definiert eindeutige Identifikatoren)
Test Szenario
Im aufgebauten Test Lab wurden fünf Test in verschiedenen Szenarios durchgeführt. Des Endziel dieser Arbeit war das Untersuchen eines Grand Master Clock Wechsels.
Es wurde untersucht wie sich der Main und Backup Grand Master bei einem Ausfall im Detail verhalten. Mit Hilfe einer GPS synchronisierten Slave Clock konnte das Delay während der Umschaltung in Nanosekunden genau gemessen werden.
Zusätzlich wurde das PTP Traffic mit Hilfe von Wireshark aufzeichnet.
Meine zusammenfassende Erkenntnis:
Die Umschaltung vom Main zum Backup Grand Master dauerte 5.092 Sekunden und die Delay Differenz blieb unter 150 ns, was weit unter dem Toleranzwert von 500 ns liegt. Das bedeutet, dass die GM Umschaltung keine Störungen in der Video- und Audio-Übertragung zur Folge hatte.
