Özet

Senkronizasyon, birbirinden uzakta çalışırken bir de aynı bağlamda çalışmak zorunda olan aygıtlar mevzu bahis olunca gereklilik olmaya başlıyor. Böyle durumlarda, bir yerel saat ya da ana saat aynı sistem içerisinde şebekelenmiş aygıt saatleriyle senkronize olur. Senkronizasyona bu ihtiyaçtan dolayı IEEE1588 protokol standardı olarak 2002’de piyasaya sürüldü. Bununla birlikte eğer iki saat aynı oranda kurulduysa, onların senkronizasyonda kalacaklarına dair garanti yoktur. Bu senkronizasyon işleminin sürekli olmasının nedenidir.Değişik faktörler iki özdeş saatin senkronizasyon kaybetmesine neden olabilir. Sıcaklıktaki değişiklikler, saatlerin kendi ömürlerive frekans oranı gibi faktörlerin hepsi senkronizasyonun kalitesini etkileyebilir. Bu faktörlerin hepsi saat senkronizasyonunun ihtiyacının ortaya çıkması için gerekli sebeplerdir.

SENKRONİZASYON

IEEE 1588 farklı saatler için aynı ağ boyunca hata toleransı sağlar. Çok az bant genişliği tüketimi, işlemci gücü ve kurulum vardır. IEEE 1588’e hassas zaman protokolü veya PTP diyebiliriz. Zaman protokolü bir ağdaki tüm saatleri en yüksek kalite saate uyarlayarak senkronize eder. IEEE 1588 saat karakteristiklerinin standart ayarı için değer aralıkları tanımlar. BMC (Best Master Clock) algoritması, ağ içerisindeki en yüksek kaliteli saatin hangisi olduğunu belirler. BMC (Master saat)sonrasında bütün diğer saatleri (master saate tabi saatler)s enkronize eder. Eğer BMC ağdan çıkarılırsa veya BMC algoritması tarafından en yüksek kalite saat olmayacağı belirtilirse , sonrasında algoritma yeni BMC yi ve buna uygun olarak diğer tüm saatleri tanımlar.Bu yeniden ayarlama için bir yönetici gereksinmez, çünkü algoritma hataya dayanıklılık sağlar.

Çift Yönlü Multicast İletişim, master-slave eden saatler tarafından Master saat IEEE-1588 e senkronize olmak için kullanılır. Master saatten zaman bilgisi içeren bir ‘senkronize’ paket master saatin bıraktığı zaman bilgisi olan hatasız zamanı alır. Bir ‘follow up’ paketi, ‘senkronize’ paketin zaman bilgisini içeren master saat tarafından gönderilmiş olabilir. Master saat tarafından ‘senkronize’ paketin doğru bir zaman bilgisi almasına müsaade edilir. Kesin iletim zamanının bilinir olmasının engellendiği tüm paket olmadan ve çarpışmalar yakalanana kadar gönderilmeyen zamanlar vardır. Bu çarpışma yakalama ve Ethernet/IP iletişiminin rasgele geri çekme mekanizması sebebiyle böyledir.Bir kere paket tamamen gönderildikten sonra, paketin bileşenlerini değiştirmek mümkün değil.

Master ve slave saatler ‘sync’ paketlerini ileri ve geri takas yapar ve veri paketi içerisine iletim gönderimlerini damgalar. Slave’in offsetini master saat ve ağ yayılım gecikmesinden kombine ederek, ‘sync’ paketlerinin farklılığındaki ayrılış ve varış damgalaması hesaplanabilir. Bu noktada uygun offset kullanarak saat kendisini yeniden ayarlayabilir ve offset master saat ile slave arasında sadece ağ yayılım gecikmesine döndürülebilir. Master saat ve slave ‘sync’ paketleri arasındaki gecikme şunu kasteder; ağ yayılım gecikmesi varsayımında çalışan IEEE 1588 simetriktir. Bu şu varsayımdan ötürüdür , slave yayılım gecikmesini belirleyebilir ve yeniden ayarlayabilir Bunu yapmak amacıyla, slave bir “geç istek” paketi oluşturur ve gidiş üstüne damgalar. Master saat bu durumda paketin üstüne damgalar ve slave’e bunu geri gönderir, bir “geç yanıt” paketi. Ağ yayılım gecikmesi bu iki zaman pulu arasındaki gecikmeyi bularak çok geçmeden ortaya çıkarır. Senkronizasyon paketlerinin gönderme ve alma süreci , slave eden saatlere kesin olarak ölçme ve slave’in kendi saati ile master saat arasında denge oluşturmasına izin verir. Saat ayarı uygulamasının standart yöntemleri IEEE 1588 tarafından taslağı çizilmez; o sadece saatler arasındaki mesajların değişimi için standart bir protokol sunar. Bunun faydası şudur, farklı imalatlardan saatler hatasız birbirleriyle senkronize olabilirler.

SENKRONİZASYONUN KALİTESİ

IEEE 1588 ağında saatler arasındaki senkronizasyonun kusursuzluğunu etkileyebilecek birkaç faktör vardır. Bir saatin lokal zamanlama kaynağındaki frekans değişiklikleri, sync paketleri arasında meydana gelmesi muhtemel, aynı sistem içinde bir saatin diğer saatlerden senkronizasyonunu kaybetmesine sebep olabilir. Mümkün olabilecek herhangi bir senkronizasyon kaybını etkisiz hale getirmek için yüksek tutarlılıklı zamanlama kaynakları kullanılabilir. Bununla beraber sync paketleri arasındaki zaman kısaltılabilir. Senkronizasyonun zaman çizelgesini daha ileri geliştirmek için, Sıcaklık Kontrollü Kristal Osilatörler (TXCOs) ve Fırın Kontrollü Kristal Osilatörler (OCXOs) kullanılabilir. Diğer taraftan bir saatin netliği PTP’de (kesin zaman protokolü) gönderilen zaman damgalamasının doğruluğunu da etkileyebilir. Saatin netliği ne kadar yüksekse ‘sync’ paketleri üzerindeki zaman damgalaması da o kadar doğrudur. Bir orta derece ağ kurma aygıtından kaynaklanan gecikme de (Hublar ve switchler gibi) sistemin senkronizasyon doğruluğunu etkileyebilir.

IEEE 1588 sistem tabanlı ethernetin kalitesi ve nasıl set up edildiği senkronizasyonunda kalitesini etkileyebilir. En iyi senkronize edilmiş sistemi ayarlamak için, senkronizasyonun doğruluğu arasında maliyet ve uzaklık ihtiyaçları bir kere değiş-tokuş olmalı. Düşük hız olayları için bu, zamana bağlı değildir,internet üzerinde standart bir NTP senkronizasyonu , milisaniye düzeyinde senkronizasyon sağlar ve yeterli olacaktır. IEEE 1588 coğrafi olarak düzenlenmiş sistemlerde alt mikro saniye senkronizasyon ihtiyacı duyan sistemler için hala mükemmel bir alternatiftir.

Ağ Hiyerarşileri

IEEE 1588 boundary clocks, bir Ethernet tabanlı IEEE 1588 de bulunan gecikmeyi azaltmak için etkili bir yoldur. Kısıtlı bir saat gibi davranan bir switch , PTP protokolünü çalıştırır ve master saate senkronize olur. Bu kısıtlı saat sırasıyla slave saatlere karşı aynı ağ içerisinde master saat gibi davranır. Bu düzeni kullanarak, tüm iç gecikme ve dış gecikme telafi edilebilir ve bu senkronizasyonun doğruluğunu etkilemez.

Delay_Resp, Delay_Req, Follow_up, ve Sync mesajları kısıtlı saatler tarafından geçirilmez. Kısıtlı saat portu senkronizasyona ve bir alt kümesindeki en iyi ana saat algoritmasına uygun olarak sıradan bir saat gibi davranacaktır. Hangi sınır saatin parçası master saati belirlerse slave port olarak seçilecektir. Seçili alt ağ içerisinde bu port slave’dir. Bu daha sonra sınır saatin tüm diğer portlarının slave porta senkronize olmasına sebebiyet verir. Master-slave saatlerin bir ebeveyn çocuk hiyerarşisi sınır saatlerce belirlenir. Eğer ağ hiyerarşisi içinde çevrimsel yol meydana gelirse,en iyi mastır saat algoritması mantıksal hiyerarşiyi çevrimsel olmayan bir grafiğe indirir.

Sınır saatlere bir alternatif olarak transparan switchlerin kullanımı vardır. Bir transparan switch bir IEEE 1588 sistemi içerisinde PTP düğümü gibi tutum sergilemez. Bunun yerine, transparan switch PTP paketlerinin zamanlama bileşenlerini switch tarafından sebebiyet verilen gecikme için telafi ederek değiştirir. Bir transparan switch daha sonrasında bir “sync” paketinin switch içerisinde ne kadar zaman harcadığını hesaplar ve gecikmeyi telafi etmek için sonraki hazır paketin zaman damgasını modifiye eder. PTP düğümleri ,transparan switchleri kullanarak, hublar tarafından bağlantılanmış geniş bir LAN segmentinin parçalarıymış gibi işlem yapabilirler.

IEEE 1588 KULLANIM ALANLARI
Hassas senkronizasyon aşağıdaki uygulamalarda değerli olacaktır: