مقدمة إلى PTP
كيف يعمل البروتوكول:
تم التقاط أربعة طوابع زمنية بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave). تُستخدم هذه الطوابع الزمنية لحساب الانحراف للساعة التابعة. الطوابع الزمنية عادة ما يُشار إليها بالرموز T1 وT2 و T3 و T4.
يجب حساب مسارين للتأخير، من الساعة الرئيسية (Master) إلى الساعة التابعة (Slave) ومن الساعة التابعة إلى الساعة الرئيسية.
أولاً، يجب إيجاد الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave):
- الطابع الزمني الأول هو T1. وهو الوقت الدقيق لرسالة التزامن من الساعة الرئيسية (Master). يتم إرسال هذا الطابع الزمني في رسالة المتابعة لأن وقت T1 تم تسجيله عندما تم إرسال رسالة التزامن عبر منفذ الإيثرنت.
- الطابع الزمني الثاني هو T2. وهو الوقت الدقيق لرسالة التزامن عند استلامها في الساعة التابعة (Slave).
- يمكن حساب الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave) بمجرد أن تصبح الطوابع الزمنية T1 و T2 متوفرة في الساعة التابعة.
- الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave)
ثانيًا، يجب إيجاد الفرق بين الساعة التابعة (Slave) والساعة الرئيسية (Master):
- الطابع الزمني الثالث هو T3. وهو الوقت الدقيق لرسالة طلب التأخير من الساعة التابعة (Slave). أما الطابع الزمني الرابع فهو T4، وهو الوقت الدقيق لرسالة طلب التأخير عند استلامها في الساعة الرئيسية (Master).
- يمكن حساب الفرق بين الساعة التابعة (Slave) والساعة الرئيسية (Master) بمجرد أن تصبح الطوابع الزمنية T3 و T4 متوفرة في الساعة التابعة.
- الفرق بين الساعة التابعة (Slave) والساعة الرئيسية (Master)
يمكن حساب التأخير في اتجاه واحد بمجرد أن يصبح الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave) والفرق بين الساعة التابعة (Slave) والساعة الرئيسية (Master) متاحًا في الساعة التابعة.
التأخير في اتجاه واحد =الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave) + الفرق بين الساعة التابعة (Slave) والساعة الرئيسية (Master)) / 2
يتم استخدام الانحراف لتصحيح ساعة التابع (Slave):
الانحراف = الفرق بين الساعة الرئيسية (Master) والساعة التابعة (Slave) – التأخير في اتجاه واحد
الانحراف = ((T2 – T1) – (T4 – T3)) / 2
بناءً على ذلك، فإن العبارات التالية صحيحة فيما يتعلق بهذا الخوارزمية، بافتراض أن تأخيرات الانتشار في الشبكة ثابتة وظروف التشغيل تتغير تدريجيًا مثل درجة الحرارة: تستخدم ساعة التابع (Slave) الانحراف لضبط الوقت بحيث يتوافق مع ساعة الرئيسي (Master). عادةً ما تستخدم ساعة التابع خوارزمية لضبط الساعة التي يمكنها أخذ تأخيرات الانتشار في الشبكة بعين الاعتبار، بالإضافة إلى تأثير درجة حرارة بلورة ساعة التابع وشيخوختها على استقرارها.
المفاتيح الشفافة
المفتاح الشفاف هو مفتاح Ethernet يعامل حزم IEEE-1588 بشكل مختلف مقارنة بالمفتاح العادي. يقوم الساعة
الشفافة بقياس الوقت الذي يتم فيه تخزين الحزمة داخل المفتاح، ثم تضيف الوقت المقاس إلى حقل التصحيح في رسالة المتابعة. ولحساب تأخير الحزمة، يستخدم التابع الساعة الطابع الزمني الأصلي وحقل التصحيح.
المتطلبات الشبكية لتحقيق التزامن دون 100 نانو ثانية
الحصول على توقيت أقل من 100 نانو ثانية في شبكة المنطقة المحلية يتطلب بنية معمارية متوافقة تمامًا مع IEEE-1588. المكونات الرئيسية الثلاثة هي:
- ساعةGrandmaster GPS
- مفتاحEthernet
- التابعPTP
يجب أن تدعم جميع المكونات الطابع الزمني للأجهزة. تم مناقشة كل من Grandmaster و PTP Slave في قسم “تنفيذ PTP”. فيما يلي مناقشة للمفتاح Ethernet المطلوب.
مفاتيح Ethernet
يمكن تصنيف مفاتيح Ethernet إلى مفاتيح Ethernet عادية ومفاتيح Ethernet المدعومة بـ IEEE-1588. يقوم مفتاح Ethernet العادي بتخزين الحزم مؤقتًا قبل إرسالها. وقت تخزين الحزمة غير محدد ويعتمد على حمل الشبكة، مما يؤدي إلى تباين في تأخير الحزم. يعتبر تباين تأخير الحزم السبب الرئيسي في أن المفاتيح العادية تؤدي إلى تزامن وقت سيء حتى عندما تدعم الساعة الرئيسية والتابعة الطوابع الزمنية للأجهزة. أما مفتاح Ethernet المدعوم بـ IEEE-1588، فهو إما ساعة شفافة أو ساعة حدودية. استخدام ساعة شفافة أو ساعة حدودية يحسن التزامن بين الساعة الرئيسية والتابعة ويضمن أن كلا من الرئيسية والتابعة غير متأثرتين بتأثيرات تباين تأخير الحزم.
الساعات الحدودية
الساعة الحدية هي مفتاح إيثرنت يعالج حزم IEEE-1588 بشكل مختلف مقارنة بالمفاتيح العادية أو المفاتيح الشفافة. يجب على الشبكات الفرعية أن تعزل حزم PTP عند تثبيت ساعة حدية. تعمل الساعة الحدية مثل الساعة العادية على الشبكة وتصبح الساعة الرئيسية في الشبكات الفرعية المعزولة. تتعامل الساعة الحدية مع حزم PTP فقط، بينما تتعامل المفاتيح الإيثرنت العادية أو أجهزة التوجيه مع باقي حركة مرور الشبكة. يقوم التابع في الشبكة الفرعية المعزولة بالتزامن مع الساعة الحدية كما لو كانت الساعة الرئيسية.
مفاتيح عالية السرعة ومنخفضة التأخير
تتميز المفاتيح عالية السرعة ومنخفضة التأخير بأنها تعتبر مفاتيح عادية عندما يتعلق الأمر بالتوقيت. يمكن لمفاتيح التخزين والإرسال عالية السرعة والمنخفضة التأخير أن تحقق تزامنًا مستقرًا ودقيقًا تحت أحمال الشبكة الخفيفة؛ ومع ذلك، فإنها ستظل تخزن الحزم، مما يزيد من تباين تأخير الحزم الذي سيؤثر سلبًا على تزامن الوقت.
الساعات الرئيسية المزدوجة الاحتياطية
يتطلب إعداد شبكة توقيت 1588 باستخدام الساعات الرئيسية المزدوجة الاحتياطية تثبيت وتكوين كل من الساعتين الرئيسيتين وفقًا لخوارزمية “أفضل ساعة رئيسية” (BMC). يحدد معيار IEEE 1588-2008 (الإصدار 2) خوارزمية BMC.
تقارن خوارزمية BMC بيانات الساعة للساعتين الرئيسيتين وتحدد الساعة المفضلة. تعرف بيانات الساعة خصائص الساعة وتتوفر في حزمة الإعلان. تصبح الساعة التي تحتوي على بيانات الساعة المفضلة هي الساعة الرئيسية في الشبكة وتوفر التوقيت للتوابع. تقدم ساعة رئيسية واحدة فقط حزم التزامن في أي وقت. تستخدم خوارزمية BMC بيانات الساعة لتحديد أفضل ساعة رئيسية وفقًا للترتيب الهرمي التالي:
