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RTS IEEE 1588 PTP Netzwerk-Stack |
Die Real-Time Systems IEEE 1588 Protokoll Software beinhaltet den vollen Master und Slave IEEE 1588 Funktionsumfang gemäß der Spezifikation des „Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems“ – kurz „PTP“ oder Precision Time Protocol, Version 1 und Version 2 des Standards.
Mittels PTP werden über ein Netzwerk (typischerweise Ethernet) mehrere Geräte zeitlich miteinander synchronisiert. Die Uhr mit der höchsten Genauigkeit, die „Grand Master Clock“ wird hierfür automatisch ermittelt. Durch die implementierte Unterstützung des so genannten „Hot-Plugging“ können Geräte jederzeit hinzugefügt oder entfernt werden. Während des Betriebs und nach der ersten Synchronisierung werden die PTP Echtzeituhren durch den regelmäßigen Austausch von Synchronisierungsnachrichten kontinuierlich korrigiert. Darüber hinaus wird die Genauigkeit durch den Einsatz von Filtern und statistischen Berechnungen weiter gesteigert.
Die Software ist einfach in der Anwendung, selbst konfigurierend und geht sparsam mit Rechner- und Netzwerkressourcen um.
Bisher war bei allen hochpräzisen IEEE 1588 Synchronisierungsmethoden eine für die Erzeugung von Zeitstempeln dedizierte Hardware erforderlich. Der RTS IEEE 1588 Stack ermöglicht jedoch eine Genauigkeit der Synchronisierung von bis zu +/- 5 µs mittels herkömmlicher Netzwerkschnittstelle, ohne zusätzliche Hardware.
Das Produkt wird mit Servo-Algorithmen, Regler, Filter, PTP-Clock und umfangreicher Dokumentation sowie mit einer Beispielimplementierung unter VxWorks auf x86 ausgeliefert und ist im Quellcode verfügbar.
Über das IEEE 1588 PTP Protokoll
Paketbasierte Netzwerke wie Ethernet sind in Ihrer Funktionsweise nicht deterministisch. Über ein Netzwerk verteilte Echtzeitapplikationen können jedoch über eine deterministische Abstraktionsschicht entkoppelt werden. Wenn alle Netzwerkteilnehmer über eine hochpräzise Zeitsynchronisierung Ihrer Echtzeituhren verfügen, kann im System Determinismus erzeugt werden.
Synchronisierte Echtzeituhren sind unter Anderem wichtig in Applikationen der
- Messtechnik und Instrumentation zur Erzeugung von synchronisierten Zeitstempeln
- Industriellen Automatisierung für synchrone Steuerung
- Simulation für Echtzeitfunktionalität
Der IEEE 1588 Standard hat am Markt bereits eine breite Akzeptanz erzielt und auch im Bereich der Messtechnik wurde diese Methode zur Zeitsynchronisierung für das neue LXI-Protokoll (Nachfolger von GPIB auf LAN) spezifiziert.
Zielsetzung des IEEE 1588 Standards sind
- Hochpräzise Synchronisierung von Echtzeituhren in den Komponenten eines über Netzwerk verteilten Mess-, Regel- oder Steuerungssystems.
- Auslegung für relativ lokale Systeme wie sie typischerweise in der Automatisierung oder Messtechnik anzutreffen sind.
- Anwendbar auf lokale Netze (LAN) mit Support von Multicastfunktionalität (einschließlich aber nicht beschränkt auf Ethernet).
- Einfache administrationsfreie Installation mit der Unterstützung von "hot-plugging".
- Unterstützung von heterogenen Systemen mit Uhren unterschiedlicher Genauigkeit, Auflösung und Stabilität.
- Minimale Anforderung an Host-Computer- und Netzwerkressourcen.
IEEE 1588 spezifiziert
- eine Methode zur automatischen Segmentierung eines PTP-Netzwerks
- die Eigenschaften von PTP-Uhren
- die Definition und Handhabung der sog. "Master Clock"
- die Synchronisierung von über Netzwerk verbundenen PTP-Uhren
- das PTP Netzwerk-Management Protokoll
FunktionsweiseDie Zeitbasis in einem IEEE 1588 System ist die Uhrzeit der genauesten Uhr, der so genannten "Grand Master Clock". Alle anderen Uhren synchronisieren sich, u.U. über "Boundary Clocks", mit dieser Grand Master Clock.
Wird ein IEEE 1588 Netzwerk in Betrieb genommen, bzw. fügt man einen Teilnehmer dem Netzwerk hinzu, wird automatisch die Grand Master Clock bestimmt. Durch den Austausch von Synchronisierungsnachrichten beginnen dann alle Echtzeituhren sich zu synchronisieren.
Um Netzwerklast auf einem Minimum zu halten, werden Synchronisierungsnachrichten nur alle zwei Sekunden ausgetauscht.
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IEEE 1588 Funktionalität - zum Vergrößern klicken Mit einer Synchronisierungsnachricht (Sync Message) sendet der Master seine gegenwärtige Uhrzeit an den Slave, wo direkt beim Empfang der Nachricht ein Zeitstempel generiert wird.
- Der Master sendet dann die exakte Sendezeit der ursprünglichen Sync Message an den Slave. Der Slave kann nun die eigene Uhr auf die des Masters synchronisieren.
- Um die Abweichung der eigenen Uhr auf Grund der nicht berücksichtigten Verzögerung durch die Netzwerkübertragung der Sync Message zu korrigieren, sendet nun der Slave eine so genannte Delay-Request Message an den Master und erzeugt beim Versenden einen Zeitstempel.
- Der Master antwortet mit seinem Zeitstempel, erzeugt bei Erhalt der Delay Request Message, um die endgültige Uhrensynchronisierung beim Slave zu ermöglichen.
- Zusätzlich zum Austausch der Synchronisierungsnachrichten, werden die Uhren durch den Einsatz von Filtern und statistischen Methoden konstant nachjustiert, um Abweichungen durch die physikalischen Schichten, dem Netzwerk, Repeater oder Switch zu eliminieren.
Weitere Information über den IEEE 1588 Standard finden Sie unter:
http://ieee1588.nist.gov
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IEEE 1588 Tools
