Синхронизация в сетях NGN: тунельный переход тактовой синхронизации через сети с коммутацией пакетов

6 Pages·0.651 MB·Russian

by  Савчук А.В.

ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ У фокусі уваги
Супутниковий зв’язок загалом і, особливо, супутникове мов(cid:23)
3
код із відносною швидкістю , то для передавання всіх україн(cid:23) лення є прибутковою галуззю телекомунікацій із високим рівнем
4
проросту доходів.
ських програм зайнято таку смугу частот:
Ступінь використання супутникових каналів українськи(cid:20)
F =81⋅4⋅3α =330 МГц, ми операторами та провайдерами досягла вже тієї межі,
4 що потребує впровадження НССЗ, як це зумовлено завда(cid:20)
деα=1,2...1,35— прийнятий у стандарті коефіцієнт розши(cid:23) нями, що їх поставлено державними актами.
рення смуги частот. Створення НССЗ економічно більш доцільне, ніж орен(cid:20)
Вважатимемо, що з 2002 року в ССМ діють тарифи близько да ресурсів супутникових каналів.
4,2 тис. дол. за 1 МГц смуги частот [5]. Тоді можна оцінити При побудові НССЗ необхідно орієнтуватися на сучасні техно(cid:23)
загальний обсяг виплат стороннім операторам супутнико(cid:23) логії формування сигналів (DVB(cid:23)S2) та принципи побудови
мереж. Обладнання національного ретранслятора та земної
вого зв’язку тільки за поточний рік. Дістанемо, що тільки в ССМ
інфраструктури має розроблятися з урахуванням вимог новітніх
через виплати за річну оренду економіка України втратить близько
S = 330⋅4,2⋅12 = 16 600 тис. дол. Відштовхуючись від технологій до параметрів.
ССМ
дати (2000 рік) початку запланованого функціонування НССЗ із
Література
ретранслятором «Либідь» з урахуванням коефіцієнта приросту
1.Мельник А. М. Современный уровень развития спутниковых систем теле(cid:25)
потреб у супутникових каналах [5], доходимо висновку, що до коммуникаций и внедрение их в Украине // Зв’язок.— 2001.—№ 4–6.
кінця 2007 року втрати економіки України мали становити близько 2.Про заходи щодо дальшого розвитку космічної галузі України// Указ Прези(cid:25)
дента України від 10.06.05 № 993/2005.
в 50 млн дол., тобто до кінця 2008 року за оренду довелося
3.Про заходи щодо створення національної супутникової системи зв’язку//
сплатити суму, що досягає 25–30% вартості створення НССЗ. Постанова КМ України від 03.05.07 № 696.
Навіть якщо надалі попит українських користувачів на супут(cid:23) 4.Про схвалення Концепції Загальнодержавної космічної програми на
2007–2011 роки// Розпорядження КМ України від 31.05.2006 № 306(cid:25)р.
никові канали не зростатимуть (а це неможливо), то й тоді за
5.Мельник А. М., Михайлов Н. К., Макаров А. Л., ДзюинВ.К. Нужна ли
період гарантованої роботи супутника (15 років) виплати стороннім
Украине национальная система спутниковой связи? // Зв’язок.— 2005.— № 5.
операторам за користування каналами досягнуть 250 млн дол., 6.Мельник А. М., Михайлов Н. К. Состояние и перспективы внедрения новых
що вдвічі перевищує вартість (із запуском) малого КА. Додамо, технологий спутникового вещания // Зв’язок.— 2006.— № 8.
7.Мельник А. М., Голощапов В. А., Півнюк О. В., БогдановО.М. Принципи
що експлуатація національного КА забезпечує певний прибуток
побудови мереж цифрового мовлення із застосуванням технологій супутникових
на тлі тільки втрат за користування сторонніми ресурсами. телекомунікацій // Праці УНДІРТ.— 2008.— № 2 (54)–3 (55).
8.Быструшкин К., Степаненко Л.. Мы ждем перемен // Салон Audio Video.—
2006.— № 3.
* * *
9.Мельник А. М. Технології та методі побудови систем доступу з використан(cid:25)
Супутниковий зв’язок у світі планомірно розвивається, ням супутникових каналів // Праці УНДІРТ.— 2006.— № 1 (45)–2 (46).
збільшується кількість телекомунікаційних КА, з’являються 10.Річний звіт Національної комісії регулювання зв’язку.— Київ, 2008.
11.Горбач И. В., Макаров А. А. Национальная система спутниковой связи в
нові ССЗ, нові оператори. Перелік країн, що мають НССЗ, попов(cid:23)
информационном пространстве Украины // Праці УНДІРТ.— 2008.— № 2 (54).–
нюється.
3 (55).
А. В. САВЧУК
СИНХРОНИЗАЦИЯ В СЕТЯХ NGN: «ТУННЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД»
ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧЕРЕЗ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ
IP, а он обеспечивает лишь «по возможности наи(cid:22)
Развитие традиционных сетей электро(cid:21) лучшее» («best effort») качество обслуживания,
связи, основой которых служит транспор(cid:21) когда о «пяти девятках» речь не идет. Главное
тная сеть SDH, в направлении сетей следу(cid:21) преимущество сетей с коммутацией пакетов по
ющего поколения (NGN) обусловило необхо(cid:21) сравнению с коммутацией каналов— более высо(cid:22)
димость пересмотра международных нор(cid:21) кая производительность. Кроме того, для целост(cid:22)
мативных документов по синхронизации ности и непрерывности передачи информации
[1]. Далее предложено углубленное рассмот(cid:21) в транспортной среде с коммутацией пакетов
рение темы серии статей [2–4], предназна(cid:21) не нужна сеть тактовой синхронизации. Однако
ченных для инженеров электросвязи. эту особенность преимуществом уже не называют.
Несколько лет назад сети ATM так и не получи(cid:22)
В период замены транспортной среды SDH ли статус сетей общего пользования, в частности
на NGN операторы сетей электросвязи и провай(cid:22) потому, что не удалось обеспечить приемлемое
деры услуг стремятся сохранить традиционное качество предоставления услуг реального време(cid:22)
качество обслуживания, оцениваемое эксплуата(cid:22) ни. Причина— разрушение тактовой синхрони(cid:22)
ционной готовностью в 99,999%. Проблема состо(cid:22) зации в транспортной среде с коммутацией паке(cid:22)
ит в том, что NGN работают на основе протокола тов. Чтобы такого не произошло на следующем
13
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009
У фокусі уваги ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ
витке развития сетей с коммутацией пакетов, понимаемым как последовательность событий,
международные органы стандартизации решают причем полагают, что событие – это наименьшее
задачу синхронизации на новом уровне. Произво(cid:22) возможное изменение состояния компьютера.
дители оборудования, операторы сетей электро(cid:22) Время определяют как непространственную
связи и специалисты по синхронизации пришли непрерывность, измеряемую событиями, которые
к общему выводу о том, что для сохранения тра(cid:22) следуют друг за другом из прошлого в будущее.
диционного качества обслуживания синхрониза(cid:21) В этом определении подчеркивают, что изме(cid:22)
ция в NGN жизненно необходима, причем синх(cid:22) рение времени и измерение пространства по сво(cid:22)
ронизация не только частоты, но и времени [5]. ей природе различны. В отличие от твердых тел,
В Рекомендации G.8261 ITU(cid:22)T перечислены из(cid:22) геометрические размеры которых сохраняются в
вестные способы решения этих задач в отдель(cid:22) пространстве, время хранить нельзя. Возможен
ности, но вопрос о том, как их скомбинировать на лишь счет времени для того, чтобы проследить
практике, чтобы одновременно удовлетворить причинную связь событий. Математической
разработчиков оборудования, операторов сетей и интерпретацией обычного представления о ходе
абонентов, остается открытым. времени служат числа натурального ряда. А это
означает, что события в отдельном компьютере
Способы синхронизации, рассмотренные можно упорядочить полностью с помощью ло(cid:21)
в Рекомендации ITU(cid:21)T G.8261 кальных часов в виде простого счетчика событий
Для синхронизации частоты и времени в NGN без привязки к глобальному времени.
предназначены «синхронный» (на физическом Вся сеть— это распределенная система в виде
уровне) Ethernet и протокол сетевого времени опе(cid:22) множества отдельных вычислительных процес(cid:22)
раторского класса (ссNTP). Вместе с протоколом сов, которые разнесены в пространстве, проте(cid:22)
прецизионного времени (PTPv2) стандарта IEEE кают независимо друг от друга, но обмениваются
1588 они служат основой разрабатываемых меж(cid:22) между собой сообщениями. При этом важно, что
дународных рекомендаций по синхронизации прием и передача сообщения в отдельном эле(cid:22)
NGN, которые должны составить нормативную менте сети подпадают под определение события.
базу для промышленности средств связи [1;7]. Пары событий, которые представляют собой при(cid:22)
В сетях с коммутацией пакетов в принципе воз(cid:22) ем и передачу одного и того же сообщения, объе(cid:22)
можны три способа синхронизации времени и диняют отдельные процесcы в целостную систему.
частоты: Рассмотрим пространственно(cid:22)временную диаг(cid:22)
1) в виде отдельных сети тактовой синхрониза(cid:22) рамму асинхронной распределенной системы,
ции и системы сличения времени (частота и вре(cid:22) где в каждом отдельном вычислительном про(cid:22)
мя равноправны); цессе P , P или P применяют собственные часы
1 2 3
2) сличение времени на основе тактовой часто(cid:22) в виде счетчика событий (рис.1). Содержимое
ты существующей сети синхронизации (частота счетчика образует местную шкалу времени соот(cid:22)
первична, время вторично); ветственно t , t или t . Так как время имеет
1 2 3
3) подстройка частоты на основе системы сли(cid:22) локальную природу, то в такой системе иногда
чения времени (время первично, частота вторич(cid:22) невозможно определить, какое из двух событий
на). произошло первым. Например, при передаче со(cid:22)
Далее рассмотрен третий способ. Его называют общений М и М нарушения принципа при(cid:22)
32 21
«туннельным переходом» тактовой часто(cid:21) чинности не происходит, так как время приема
ты через сеть с коммутацией пакетов, подчер(cid:22) каждого из них больше времени передачи. А вот
кивая, что нет необходимости передавать ее на о сообщении М этого сказать нельзя: отправле(cid:22)
12
физическом уровне информационного сигнала. но оно из узла Р на 10(cid:22)й секунде, а принято в
1
Неопределенность сличения времени по прото(cid:22) узле Р на 9(cid:22)й секунде. Поскольку в нашем мире
2
колу IEEE 1588 достаточно мала для того, чтобы невозможно принять сообщение раньше, чем оно
использовать его для подстройки частоты с нео(cid:22) было передано, то оператору (или компьютеру)
пределенностью, сравнимой с долговременной узла Р ничего не остается, как признать его не(cid:22)
2
точностью частоты в «классической» сети синхро(cid:22) действительным. Это же относится к сообщению
низации [4]. М , в котором метка времени приема свидетель(cid:22)
23
ствует о том, что принято сообщение (на 7(cid:22)й
Локальная природа времени— секунде) раньше, чем было передано (на 10(cid:22)й се(cid:22)
причина синхронизации компьютерных часов кунде). В результате происходит разрушение
Каждый элемент сети содержит специализи(cid:22) целостности распределенной системы.
рованный компьютер, предназначенный для К чему это приведет на практике, можно уви(cid:22)
выполнения конкретных функций. Компьютер деть на примере системы управления сетью. Опе(cid:22)
отождествляют с вычислительным процессом, ратор работает с сообщениями, причем делит
14
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009
ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ У фокусі уваги
всю их совокупность на пары событий: причина Логическое время— это способ, позволяющий
и следствие, а на основании причинных связей сохранить причинность событий в распреде(cid:22)
на множестве событий может, например, локали(cid:22) ленных системах на основании метки времени в
зовать аварию в сети. Но если целостность систе(cid:22) принятом сообщении. Правило поведения логи(cid:22)
мы нарушена, то по меткам времени, проставлен(cid:22) ческих часов иллюстрирует рис. 2: если метка
ным на сообщении при передаче и приеме, может времени передачи сообщения М (4) меньше мет(cid:22)
21
оказаться, что оно принято до того, как было ки времени последнего события в процессе
передано. В результате оператор не в состоянии Р (6), то логические часы получают прираще(cid:22)
1
восстановить причинную связь событий. Подоб(cid:22) ние на 1(6 + 1 = 7). В противном случае, напри(cid:22)
ное нарушение принципа причинности— сущее мер при передаче сообщения М , часы процесса
12
бедствие для распределенных вычислительных Р (10) подводят (только вперед!) до значения,
2
систем. Поэтому прикладные программы в превышающего на 1 метку времени передачи
компьютерах распределенных вычислитель(cid:21) (10+1=11). Логические часы— это просто асин(cid:22)
ных систем работают в глобальном времени, хронные счетчики событий. Речь идет не о синх(cid:22)
т. е. локальные часы во всех компьтерах синх(cid:21) ронизации, а о прямом упорядочении событий.
ронизированы. Синхронизация времени не само(cid:21)
цель, а средство сохранения причинно(cid:21)след(cid:21)
Р t
ственных связей в распределенных вычисли(cid:21) 1 1
тельных системах. М М
21 12
Р1 t1 Р2 t2
М М
21 12 М М
32 23
Р2 t2 Р3 t3
Рис.2
М М
32 23
Р t Понятие логического времени подсказывает
3 3
идею «туннельного перехода»: оказывается часы
Рис.1 можно подводить, не думая о частоте их гене(cid:21)
ратора. И если разность показаний удаленных
Счет времени в распределенных
(ведущих) и местных (ведомых) часов θ(t)— диф(cid:22)
вычислительных системах: логическое время
ференцируемая функция времени, то на приеме
и физические часы
можно обойтись без передачи тактовой частоты на
Протоколы сетевого и прецизионного времени
физическом уровне. Достаточно подстраивать ее
NTP [7] и PTP [8] позволяют обеспечить сличение
на величину y(t), равную производной расхожде(cid:22)
времени с точностью, которая зависит от масшта(cid:22)
ния времени θ(t) [2;4]:
ба сети (WAN, MAN или LAN) [4]. Так как этого
достигают ценой немалых затрат, то возникает
.
вопрос: можно ли сохранить причинно(cid:22)следствен(cid:22)
ные связи в таких системах без синхронизации
Однако дифференцируемость— свойство не
локальных часов? Ответ может показаться неожи(cid:22)
логического, а физического времени [6]. Основой
данным: то, что все процессы должны быть точ(cid:22) непрерывного сличения времени физических
но согласованы во времени,— несущественно. компьютерных часов служит система подстройки
Важно, чтобы они были согласованы с поряд(cid:21) частоты их генератора, которая не имеет отно(cid:22)
ком, в котором происходят события. шения к логике PTP и остается вне области при(cid:22)
Распределенная вычислительная система— менения стандарта IEEE 1588. Целесообразно
это компьютеры, соединенные каналами связи. разграничить логику протокола для оценки
И поскольку не существует систем передачи, неопределенности сличения времени и параметры
задержкой распространения в которых можно системы подстройки для оценки неопределен(cid:22)
было бы пренебречь по сравнению со временем, ности частоты.
разделяющим события, всегда можно утверж(cid:22)
дать, что передано сообщение безусловно рань(cid:21) Неопределенность сличения времени
ше, чем оно было принято,— как минимум на по протоколу PTP
значение задержки распространения. На этом По протоколу PTP на интервале синхрониза(cid:21)
основании Лампорт [9] предложил логические ции τ =2с ведущие часы передают сообщения
и
часы, что при всей своей простоте оказалось важ(cid:22) Sync и Follow_Up в режиме массовой рассылки
ным этапом в понимании природы времени. (multicast). Как показано на рис.3 (где t —
UTS
15
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009
У фокусі уваги ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ
всемирное скоординированное время), передача который свободен после пары регулярных соооб(cid:22)
щений Sync и Follow_Up. Его распределяют так(cid:22)
этих регулярных сообщений занимает τΔ секунд
же случайным образом между ведомыми часами,
в начале 2(cid:22)секундного интервала τ , причем которым пришло время обратиться к процессору
и
ведущих часов. Как показано на рис.3, по завер(cid:22)
мс. На основании времени T
1n шении интервала рандомизации τ ведомые часы
Rj
приема сообщения Sync и времени его передачи отправляют запрос Delay_Req спустя QΔτ c пос(cid:22)
j
T , которое содержится в сообщении Follow_Up, ле приема первого очередного сообщения Sync,
2n
ведомые часы вычисляют расхождение времени где Q — случайное целое число, выбранное для τ
j Rj
θ(nτ ) [4] с точностью до задержки передачи d: из множества 2<Q <18. Эффект рандомизации
и j
достигается благодаря тому, что случайные чис(cid:22)
θ (1)
ла R и Q выбирают отдельно и независимо для
где n— порядковый номер интервала синхрони(cid:22) j j
всех ведомых часов. Для того чтобы получить
зации. Вычислительная нагрузка ведущих часов
оценку неопределенности сличения времени по
при обработке пары сообщений Sync и Follow_Up,
протоколу PTP, воспользуемся качественной ил(cid:22)
предназначенных всем ведомым часам, не зависит
люстрацией в виде диаграммы двумерного време(cid:22)
от их числа.
ни (рис.4), где t— «истинное» время; C(t)— по(cid:22)
Этого нельзя сказать о паре сообщений
казания часов. Идеальным часам соответствует
Delay_Req и Delay_Resp, содержащих метки вре(cid:22)
прямая dC(t)/dt=1, в то время как физические
мени T и T , необходимые для вычисления
3n 4n часы, допуск на частоту генератора которых со(cid:22)
поправки на задержку передачи d:
ставляет y , будут «расходиться» с идеальными
0
на±arctgy . Для конкретности на рис.4 показан
(2) 0
случай, когда их частота меньше частоты идеаль(cid:22)
Связанная с этим вычислительная нагрузка ных часов.
прямо пропорциональна числу ведомых часов и в
C(t)
течение оставшихся (τ – Δτ ) секунд на том же Поправка на d
и
интервале τ процессор ведущих часов не в состо(cid:22)
и
янии обменяться сообщениями Delay_Req и
Delay_Resp со всеми ведомыми часами в отдель(cid:22) C(5τ )
и
ности. Чтобы не перегружать процессор, вводят C(3τ )
и
процедуру рандомизации, которая позволяет ве(cid:22)
C(2τ )
домым часам обращаться к ведущим с запросом и ε
θ
Delay_Req не на каждом интервале τ . Интервал C(τ )
и и
рандомизации τ охватывает несколько интерва(cid:22)
Rj dC(t)/dt=1
лов синхронизации:
τ =Rτ , d arctgy
Rj j и 0
где R — случайное целое число, выбранное из
j
множества 2<R <30. Другими словами, ведомые 0 1τ 2τ 3τ 4τ 5τ 6τ 7τ 8τ t
j и и и и и и и и
часы обращаются к ведущим с запросом De(cid:22) Рис.4
lay_Req самое меньшее через 2 и самое большее— После обработки сообщений Sync и Follow_Up
через 30 интервалов τ . На последнем из них на первом интервале τ вычисляют расхожде(cid:22)
и и
ние времени по формуле (1) и подводят ведо(cid:22)
остается подынтервалτ – Δτ =2–66=1,834 с,
и мые часы на величину (T –T )=θ(τ )+d так,
21 11 и
τ τ
и и
–3 τΔ τ – –3 τΔ
2 и 2
T T T T
Ведущие часы 11 12 42 4n
t
UTS
Ведомые часы
T T T T T T T T t
21 11 22 12 32 42 1n 3n s
TRj=Rjτи QjτΔ Δτ /2
Рис.3
16
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009
ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ У фокусі уваги
чтобы они показывали время C(τ ). Затем на Работает эта система в дискретном времени с
и
интервале 2τ ведомые часы отстают на y τ , пос(cid:22) интервалом дискретизации, равным t . На каж(cid:22)
и 0 и и
ле чего их вновь подводят вперед. После завер(cid:22) дом интервале τ ведомые часы вычисляют рас(cid:21)
и
шения интервала рандомизации (в нашем случае хождение времени θ(nτ ) по формуле (1). Сигнал
и
R =4) на интервале 5τ вводят поправку на одно(cid:22) на выходе пропорционально(cid:22)интегрирующего
1 и
сторонюю задержку d, вычисленную по форму(cid:22) фильтра имеет вид
ле (2). В результате ведомые часы показывают
время C(5τ ), которое приблизительно совпадает (4)
и
со временем идеальных часов. (Для простоты
подведение времени показано скачкообразным. где τ — интервал синхронизации; K — коэф(cid:22)
и P
На самом деле для того, чтобы сохранить моно(cid:22) фициент передачи пропорционального звена;
тонность хода ведомых часов, его можно лишь ус(cid:22) θ(nτ )— расхождение времени ведомых часов
и
корять или замедлять [7].) по отношению к ведущим; K — коэффициент
I
После этого ведомые часы работают в устано(cid:22) передачи интегрирующего звена; T — постоян(cid:22)
I
вившемся режиме с неопределенностью сличения ная времени интегрирующего звена, связанная
времени ε , которая будет иметь систематические с интервалом дискретизации соотношением
θ
и случайные составляющие. Случайные составля(cid:22) τ ≤0,1T . Из формулы (4) следует, что пропор(cid:22)
и I
ющие— это флуктуации и несимметрия задер(cid:22) циональное звено реагирует на текущее расхо(cid:22)
жек в транспортной среде с коммутацией паке(cid:22) ждение времени, а интегрирующее— на совокуп(cid:22)
тов, а также долговременные блуждания частоты ность последних отсчетов, число которых опре(cid:22)
генератора. К систематическим составляющим деляется постоянной времени T . Преобразова(cid:22)
I
относятся конечная разрешающая способность ние Лапласа P(s) объединенной передаточной
часов ρ (полагаем, что частота f генератора у функции схемы выборки/хранения и ведомых
C
ведомых и ведущих часов одинакова, и тогда часов имеет вид
) и относительная частота генератора ведо(cid:22) (5)
мых часов. Заметим, что ведущие часы можно Первый сомножитель правой части (5) описы(cid:22)
считать идеальными с относительной частотой, вает передаточную функцию схемы S/H. Ее пове(cid:22)
равной нулю, так как их обычно синхронизиру(cid:22) дение иллюстрирует рис.6,а: в течение n(cid:22)го ин(cid:22)
ют по UTC. В любом случае они задают системное тервала синхронизации τ она поддерживает по(cid:22)
и
время с неопределенностью частоты своего гене(cid:22) стоянным значение сигнала u (nτ ), отсчитанное
PI и
ратора. Если воспользоваться методикой [7] оцен(cid:22) на ее входе в начале этого интервала. Так как в
ки систематических составляющих примени(cid:22) системе автоматической подстройки измеряют
тельно к PTP, то можно показать, что максималь(cid:22) расхождение времени θ(nτ ), а подстраивают час(cid:22)
и
ная неопределенность сличения времени тоту, то происходит интегрирование— матема(cid:22)
тической интерпретацией часов служит интеграл,
(3)
преобразование Лапласа которого имеет вид в
где ρ— разрешающая способность часов; у —
относительная частота генератора ведомых час0ов; (5). Это означает, что в течение n(cid:22)го интервала τ
и
R = 30 — максимальное значение R ; τ — относительная частота y(nτ ) генератора часов
max j и и
интервал синхронизации. остается постоянной (рис.6,б).
Качественной иллюстрацией поведения ведо(cid:22)
мых часов служит диаграмма двумерного време(cid:22)
Неопределенность подстройки частоты
ни, приведенная на рис.7 в виде непрерывной и
Один из возможных вариантов подстройки
монотонной функции. В отличие от характеристи(cid:22)
частоты рассмотрен в [4]. Система автоматичес(cid:22)
ки ведомых часов на рис.4 относительная часто(cid:22)
кой подстройки частоты ведомых часов (рис.5),
та их генератора на каждом интервале синхрони(cid:22)
предложенная в [8], содержит пропорциональное
зации y(nτ )≠y , а зависит от сигнала рассогласо(cid:22)
(Р) и интегрирующее (I) звенья, схему выборки/ и 0
вания, вычисленного по текущему расхождению
хранения (S/H) и собственно ведомые часы.
времени θ(nτ ). Для того чтобы приблизительно
и
оценить неопределенность расхождения времени
ε , можно аппроксимировать передаточную
H θF
T1n+Σ θ(nτи) P +uPI(nτи) S(/s)H uH(nτи) Вечдаосмыые фпоуднсктцроийюк из агменкенруаттоойр ас иодснтоепмоыл юасвнтыомма фтиичлеьсткроомй
– I нижних частот [11], преобразование Лапласа ко(cid:22)
торого имеет вид . Поскольку опор(cid:22)
T
Рис.5 2n ный сигнал на входе системы автоматической
17
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009
У фокусі уваги ЕЕЕЕЕКККККСССССКККККЛЛЛЛЛЮЮЮЮЮЗЗЗЗЗИИИИИВВВВВ
u (t) (7) позволяют оценить потенциальную преци(cid:22)
H
зионность PTP в виде неопределенности сличе(cid:22)
u ((n+1)τ ) ния времени и неопределенности подстройки
PI и
u (nτ ) частоты, обусловленной систематическими со(cid:22)
PI и
ставляющими. Максимальная неопределенность
uPI((n–1)τи) сличения времени ε (3) при частоте генератора
θ
62,5(1±2,5⋅10–6) МГц определяется нестабиль(cid:22)
а 0 nτ (n+1)τ t
и и ностью кварцевых генераторов— ее вклад при
T (t)
C τ =2 c составляет ±75 мкс. Вклад разрешаю(cid:22)
и
щей способности ρ=±16 нс, т. е. значительно
t ((n–1)τ )
C и меньше. В стандарте IEEE 1588 нет упоминания
о системе автоматической подстройки частоты ве(cid:22)
arctgy(nτ ) домых часов, однако она существенно улучшает
t (nτ ) и
C и прецизионность сличения времени. Оценка зату(cid:22)
б 0 nτ (n+1)τ t хания переходного процесса по формуле (7) пока(cid:22)
и Рис.6 и зывает, что y(nτ )≅±8,8⋅10–6, т. е. при τ =2с
и и
неопределенность сличения времени ε состав(cid:22)
θF
C(t) Поправка на d ляет около 2 нс. Этого достаточно, чтобы, усред(cid:22)
няя результаты сличения времени на интер(cid:22)
C(6τ ) вале около 5 мин, подстраивать частоту с неопре(cid:22)
и деленностью 1⋅⋅⋅⋅⋅10–11 [9]. Следовательно, потен(cid:22)
циальная прецизионность протокола IEEE 1588
C(2τ ) достаточна для восстановления тактовой частоты
и ε
θF в транспортной среде с коммутацией пакетов
на уровне PRC. Правда, в приведенной оценке не
arctgy(nτ ), n=1 учтен существенный вклад случайных состав(cid:22)
и
ляющих, особенно флуктуаций и несимметрии
arctgy
d 0 задержек пакетов. Пока неизвестно, возможно
ли оценить их влияние аналитически, но уже
0 1τ 2τ 3τ 4τ 5τ 6τ 7τ 8τ t
и и и и и и и и предложены практические способы уменьшить
Рис.7 это влияние, например проставление меток вре(cid:22)
подстройки представляет собой скачок времени,
мени на аппаратном уровне, уменьшение интер(cid:22)
то описанием переходных процессов на ее выхо(cid:22)
вала синхронизации, оснащение элементов сети
де служит соответствующая переходная характе(cid:22)
«прозрачными» и «граничными» часами [8]. Од(cid:22)
ристика
нако исследование этих возможностей выходит
за рамки данной статьи.
(6)
Литература
По формуле (6) можно вычислить, что замкну(cid:22) 1.ГайдаманчукВ. А., СавчукА.В. Особенности синхронизации сетей сле(cid:25)
тая петля подстройки практически сводит к нулю дующего поколения: новые проблемы и новые достижения // Зв’язок.—
2006.—№4.— С.4–11.
переходные процессы по истечении времени уста(cid:22)
2. СавчукА., ШапошниковВ., ЧернякИ. Теоретические основы синхрони(cid:25)
новления, равного приближенно 3T после скач(cid:22) зации текущего времени в телекоммуникациях // Зв’язок.— 2007.— № 3.—
I
кообразного изменения опорного сигнала, так что С. 1–5.
h(t) ≅0,05 [11]. Однако эти скачки повторя(cid:22) 3. СавчукА., ШапошниковВ., ЧернякИ. Синхронизация текущего време(cid:25)
t=3TI ни: протокол сетевого времени // Зв’язок.— 2007.— № 6.— С. 10–15.
ются через интервал . Затухание переход(cid:22) 4. СавчукА., ШапошниковВ., ЧернякИ. Синхронизация текущего време(cid:25)
ни: протокол прецизионного времени // Зв’язок.— 2008.— № 2.—
ного процесса на этом интервале составит С.28–33.
5.Vital Role of Timing and Synchronization in the NGN // ATIS Techthink
Webinar.— 2006.— November, 9.— www.atis.org.
. (7)
6.LamportL. Time, clocks and the ordering of events in distributed system
// Commun. ACM— 1978.— 21(7).— P.558–565.
7.Mills D. L. Computer Network Time Synchronization: the Network Time
∗ ∗ ∗ Protocol.— CRC Press, 2006.— 304 p.
Протокол прецизионного времени IEEE 1588, 8.John C. Eidson. Measurement, Control, and Communication Using IEEE
1588.— Springer(cid:25)Verlag New York, Inc.,— 2006.—283 p.
разработанный специально для систем промыш(cid:22)
9.ОдуанК., ГиноБ. Измерение времени. Основы GPS.— М.: Техносфера,
ленной автоматики [8], предназначен, в отличие 2002.— 400 с.
от NTP, не только для сличения времени, но и 10.KhotimskyD.A. Hierarhical vector clock // United States Patent US
для восстановления частоты в транспортной сре(cid:22) 6,574,665 B.—2003.—Jun. 3.— 10p.
11.Брени С. Синхронизация цифровых сетей связи: Пер с англ.— М.: Мир,
де с коммутацией пакетов. Соотношения (3) и
2003.— 456с.
18
ЗВ’ЯЗОК, № 1, 2009