Protocolo de tiempo de precisión (PTP)
PTP (Protocolo de tiempo de precisión) es un protocolo utilizado para sincronizar relojes en una red basada en paquetes. Se utiliza para proporcionar una hora altamente precisa y confiable en redes de área local o amplia para diversos sistemas y aplicaciones. PTP se define en el estándar IEEE 1588.
Snelle Koppelingen
1. Principio de sincronización – PTP
1.2 Sintonización: ajusta la frecuencia de los esclavos a la del maestro.
1.3 Sincronización: ajusta la frecuencia de los esclavos a la del maestro.
1.4 Sincronización de un cliente PTP
2. Posibilidades de configuración
2.1 Modo de medición de retardo: de extremo a extremo (E2E)
2.2 Modo de medición de retardo: punto a punto (P2P)
2.3 Configuración de multidifusión y unidifusión
2.4 Capa 2 y Capa 3
2.5 Configuración de 1 y 2 pasos
2.6 Intervalos de mensajes y tiempos de espera
3. Perfiles
4. Preguntas frecuentes sobre PTP
1. Principio de sincronización – PTP
Para adaptar su tiempo al tiempo del maestro, el esclavo necesita corregir los valores. Primero, el esclavo corrige la deriva de su reloj (Sintonización) y luego adapta su tiempo determinando el desplazamiento en función de la duración de la transmisión (Sincronización)
1.2 Sintonización – Ajustar la frecuencia de los esclavos a la del maestro
Antes de la sincronización de tiempo, el esclavo usa los mensajes de sincronización consecutivos para sincronizarse con el maestro (alinear su frecuencia). La diferencia entre dos marcas de tiempo consecutivas t1 le está diciendo al esclavo el intervalo de mensajes de sincronización del maestro. Con sus propias marcas de tiempo t2 ahora puede calcular y compensar su desviación de reloj. Este procedimiento se repite regularmente para compensar las variaciones de frecuencia con el tiempo debido a las condiciones ambientales u otros cambios.
1.3 Sincronización – Ajustar la frecuencia de los esclavos al maestro
Para sincronizar la hora de un esclavo PTP se utiliza el proceso que se muestra aquí. El maestro lo inicia enviando un mensaje de sincronización (y sigue en modo de dos pasos). Luego, el esclavo envía la solicitud de demora y obtiene la respuesta de demora. Con estos mensajes, el esclavo recopila las cuatro marcas de tiempo t1 a t4, que le permiten calcular su compensación y adaptar su tiempo al del maestro. La clave de la precisión de PTP es la precisión de esas cuatro marcas de tiempo, por lo que se requiere una marca de tiempo de hardware.
1.4 Sincronización de un cliente PTP
El estándar no define cómo el esclavo está corrigiendo su reloj interno. Hay dos opciones:
1. Transición suave: El esclavo acelera o desacelera su reloj hasta alinearse con la hora del maestro.
2. Paso inmediato: El esclavo ajusta la hora a la hora del maestro (salto hacia adelante o hacia atrás).
Depende de la aplicación, qué comportamiento se utiliza. Si no se permiten saltos de tiempo (por ejemplo, por razones de registro), se requiere una transición suave. Por otro lado, si la alineación rápida es importante, es mejor tener un salto y luego inmediatamente el tiempo correcto.
2. Posibilidades de configuración
2.1 Modo de medición de retardo – Extremo a extremo (E2E)
Este mecanismo de retraso requiere que el esclavo mida el retraso entre él y el maestro (por lo tanto, de extremo a extremo). El Maestro y el Esclavo envían mensajes IEEE 1588 llamados SOLICITUD DE DEMORA y RESPUESTA DE DEMORA de ida y vuelta entre los dos, lo que permite medir la demora. Una vez conocido el retardo, el Esclavo puede ajustar su frecuencia y tiempo para sincronizarse con el Maestro.
Idealmente, la demora entre el Maestro y el Esclavo es constante, por ejemplo, cuando se usa un cable. En una red del mundo real, hay dispositivos de Capa 2 y/o Capa 3 en el medio que hacen que el retardo sea variable. Si los dispositivos de red entre el maestro y el esclavo funcionan como un reloj transparente, agregan valores de corrección a ciertos mensajes PTP, lo que ayuda al esclavo a eliminar este retraso variable.
2.2 De igual a igual (P2P)
Este mecanismo de demora requiere que cada elemento de la red mida la demora entre su puerto de entrada y el dispositivo conectado en el otro extremo del cable de este puerto de entrada (el dispositivo par). A medida que el Maestro envía su visión del tiempo (usando mensajes SYNC) hacia los Esclavos, cada elemento de la red en el camino recibe el mensaje SYNC y agrega una corrección al mensaje SYNC. La corrección incluye el retardo de cable medido del puerto de entrada en el que se recibió el mensaje SYNC. Para Transparent Clocks, la corrección también incluye el retraso a través del puente. Esta corrección es acumulativa ya que atraviesa los nodos salto a salto. Cuando el mensaje SYNC finalmente llega a un Esclavo, la corrección acumulativa en el mensaje SYNC contendrá el retraso total desde el Maestro hasta el Esclavo. Esto elimina al Esclavo de tener que enviar y recibir mensajes con el Maestro. Peer-to-Peer es una tecnología IEEE 1588 más nueva, y no todos los dispositivos implementados en la actualidad son compatibles con Peer-to-Peer.
2.3 Configuración de multidifusión y unidifusión
Originalmente, PTP se define como multidifusión. El BMCA usa mensajes de multidifusión para encontrar el Grandmaster y solo con multicast, el esclavo puede encontrar el maestro por sí mismo sin configuración del usuario.
Multicast
✅ Autoconfiguración con BMCA
❌ Algunas redes bloquean la multidifusión
Unidifusión
✅ menos tráfico de red
❌ se necesita configuración previa de maestros
2.4 Capa 2 y Capa 3
2.5 Configuración de 1 y 2 pasos
La clave de la precisión de IEEE 1588 es la capacidad de marcar la hora de los mensajes PTP lo más cerca posible de la entrada y salida de la interfaz física. La alta precisión solo es posible si se utiliza hardware para capturar las marcas de tiempo. Se utilizan dos tipos de modos de marca de tiempo, de 1 paso y de 2 pasos:
Modo de 1 paso:
La marca de tiempo se captura en tiempo real a medida que el mensaje comienza a transmitirse por el puerto físico y, a medida que se transmite el mensaje, la marca de tiempo se agrega sobre la marcha.
Modo de 2 paso:
La marca de tiempo se captura en tiempo real cuando el mensaje comienza a transmitirse por el puerto físico, pero la marca de tiempo no se agrega sobre la marcha a este mensaje. ComoecoEn su lugar, se utiliza el mensaje diario para llevar la marca de tiempo capturada. Las implementaciones anteriores de IEEE 1588v2 usaban el modo de marca de tiempo de 2 pasos, ya que el hardware no podía agregar la marca de tiempo sobre la marcha. La mayoría de las implementaciones modernas admiten el modo de marca de tiempo de 1 paso.
3-Mejor algoritmo de reloj maestro:
En un dominio PTP, todos los nodos escuchan el llamado mensaje «Anunciar»:
An Anunciar mensaje contiene información de calidad y prioridad del Reloj que lo envía
- Cuando no "Anunciar" se recibieron mensajes durante un intervalo definido los nodos become Master y comienzan a enviar sus propios mensajes de «Anuncio»
- Si un nodo recibe un mensaje de «Anuncio» que es mejor por su calidad, el nodo deja de enviar mensajes de «Anuncio» y becomes esclavo
- Si un nodo recibe un mensaje de «Anuncio» que es peor por su calidad, el nodo permanece en Maestro y continúa enviando mensajes de «Anuncio» en un intervalo definido
- Cuando la red ha determinado el mejor nodo de la red, este es el único que envía mensajes de Anuncio => 1 Maestro, N Esclavos
- Este algoritmo se ejecuta todo el tiempo, lo que significa que si otro nodo becomes mejor o el maestro actual empeora que otro nodo la topología cambia
- Este algoritmo se llama Mejor algoritmo de reloj maestro (BMCA)
2.6 Intervalos de mensajes y tiempos de espera
PTP define tres intervalos diferentes, que se pueden configurar para los diferentes tipos de mensajes (descritos en el capítulo 1):
Intervalo de anuncio:
El intervalo para el mensaje de anuncio es configurable desde 2-7 al 27 seconds.
Con este rango, el mensaje de anuncio se puede enviar desde 128 veces por segundo.econd a una vez cada 128 seconds.
Si no se define de otra manera, se utiliza el ajuste 1, donde cada 2 secoSe envían mensajes de anuncio de nds.
Intervalo de sincronización
Para el intervalo de sincronización, se puede configurar el mismo rango que para el mensaje de anuncio.
Se utiliza la configuración predeterminada 0, donde cada secoy se envían mensajes de sincronización.
Intervalo de solicitud de retraso
Para el intervalo de solicitud de demora, se puede configurar el mismo rango que para el mensaje de anuncio.
Se utiliza la configuración predeterminada 0, donde cada secoy se envían mensajes de solicitud de demora.
3. Perfiles
Un perfil PTP es una selección de características opcionales y valores de atributos. El propósito de un perfil es establecer restricciones sobre los posibles atributos PTP para simplificar la interoperabilidad entre diferentes dispositivos PTP en una determinada aplicación.
IEEE 1588 ha definido dos perfiles PTP predeterminados:
- E2E predeterminado:
Sincronización de extremo a extremo en la capa 3 (consulte el capítulo 2.3) - 2. P2P predeterminado:
Sincronización punto a punto en la capa 2 (ver capítulo 2.4)
Otros perfiles son definidos por diferentes industrias para sus aplicaciones específicas.
Industrias de energía:
IEEE 61850-9-3 (perfil de utilidad de energía), EEE C37.238 (perfil de energía)
Telecom Perfil:
Perfil de frecuencia definido en ITU-T G.8265.1, perfil de fase definido en ITU-T G.8275.1 y G.8275.2
Radio:
SMPTE ST 2059-2 2015
TSN (Difusión, Automatización):
IEEE802.1AS
4. Preguntas frecuentes sobre PTP
La principal diferencia reside en la precisión que se puede alcanzar en la sincronización. Cuando se utilizan marcas de tiempo de software, como suele ser el caso en el modo solo de software, la precisión de sincronización para dispositivos esclavos está en el rango de 10 a 100 micros.ecoSe pueden lograr nds. Esta precisión se puede lograr con dispositivos de red estándar, como conmutadores convencionales y computadoras que actúan como esclavos PTP de software.
