Precision Time Protocol (PTP), que signifie ? | IoT Industriel Blog

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Precision Time Protocol (PTP)

Qu’est ce que le Precision Time Protocol (PTP) ?

Precision Time Protocol, tel qu’il est défini dans la norme IEEE-1588, fournit une méthode pour synchroniser avec précision les ordinateurs sur un réseau local (LAN). Le protocole PTP est capable de synchroniser plusieurs horloges avec une précision supérieure à 100 nanosecondes sur un réseau spécifiquement conçu pour la norme IEEE-1588.

Un serveur de temps réseau équipé du PTP est généralement désigné sous le nom de “IEEE-1588 Grandmaster” ou “PTP Grandmaster”.

 

Comment fonctionne le Precision Time Protocol (PTP) ?

Le protocole définit les messages de synchronisation utilisés entre une horloge maître et une horloge esclave, de manière similaire au mode serveur et client utilisé dans le protocole NTP (Network Time Protocol). Le maître est le fournisseur de temps, et l’esclave se synchronise sur le maître.

Un Grandmaster est un Master qui est synchronisé sur une référence temporelle telle que le GPS ou le CDMA.

Les messages du protocole comprennent le message de synchronisation du maître, le message de réponse au retard du maître et les messages de demande de retard de l’horloge de l’esclave. En plus des messages, l’algorithme de la meilleure horloge maître permet à plusieurs maîtres de négocier la meilleure horloge pour le réseau.

La synchronisation de l’horloge sur le réseau local nécessite au moins un maître et un esclave. Plusieurs esclaves peuvent se synchroniser sur un seul maître. L’horloge maître fournit des messages de synchronisation que les esclaves utilisent pour corriger leurs horloges locales.

Des horodatages précis sont capturés par les horloges maître et esclave. Ces horodatages sont utilisés pour déterminer la latence du réseau nécessaire à la synchronisation de l’esclave avec le maître. Un message de synchronisation est transmis toutes les deux secondes par le maître, et un message de demande de délai est transmis par l’esclave moins fréquemment, environ une demande par minute.

Quatre horodatages sont capturés entre l’horloge du maître et celle de l’esclave. Ces horodatages sont nécessaires pour le calcul du décalage de l’esclave. Les horodatages sont communément appelés T1, T2, T3 et T4.

Comment l’implémenter ?

La norme PTP IEEE 1588 ne définit pas comment mettre en œuvre le PTP dans un maître ou un esclave. Deux méthodes ont été adoptées pour le PTP sur Ethernet : les horodatages logiciels PTP et les horodatages matériels (Hardware) PTP. Le tableau suivant décrit ces méthodes :

Méthode

Descriptif

Grandmaster avec horodatage matériel (Hardware)

Lorsqu’elle est verrouillée au GPS, l’horloge Grandmaster peut fournir une résolution d’horodatage précise de l’ordre de la nanoseconde et une précision supérieure à 30 nanosecondes par rapport au GPS.

Une horloge Grandmaster intègre un oscillateur de référence local qui est discipliné au GPS. Cet oscillateur est l’horloge de référence utilisée avec un matériel dédié pour l’horodatage précis de la demande de délai entrant et des paquets de synchronisation sortants.

À l’aide d’un oscilloscope, la sortie 1PPS (1 impulsion par seconde) du Grandmaster peut être comparée à une sortie 1PPS d’un esclave matériel pour mesurer la précision de la synchronisation.

L’approche matérielle dédiée n’est pas affectée par la latence du système d’exploitation ou du trafic réseau.

Esclave avec horodatage matériel (Hardware)

Avec un matériel dédié généralement dans un facteur de forme PCIe, on peut atteindre une résolution précise de l’horodatage à la nanoseconde.

La solution de l’esclave matériel présente de nombreux avantages par rapport à l’esclave logiciel, tels qu’un oscillateur amélioré, une sortie 1PPS pour les mesures par rapport au maître, et un matériel dédié qui n’est pas affecté par la latence du système d’exploitation.

Une synchronisation meilleure que 100 nanosecondes est réalisable en utilisant un câble croisé ou un commutateur Ethernet 1588.

Esclave avec horodatage logiciel

Les implémentations purement logicielles utilisent le matériel informatique existant et un démon PTP.

La solution logicielle esclave doit compenser l’oscillateur interne de la carte mère de l’ordinateur en utilisant l’horodatage logiciel. L’oscillateur local de la carte mère est généralement de mauvaise qualité et l’horodatage logiciel est affecté par la latence du système d’exploitation.

La mesure de l’esclave logiciel par rapport au maître est limitée aux statistiques du fichier journal, car il n’y a pas de sortie 1PPS à comparer avec le maître.

La synchronisation de 10 microsecondes est réalisable avec un logiciel esclave par rapport à un maître avec des résultats typiques entre 10 et 100 microsecondes.

 

Pourquoi utiliser le Precision Time Protocol (PTP) ?

Utilisée correctement, cette technologie peut fournir une base de temps très précise et stable pour tous les types de signaux.

Tout comme les systèmes utilisant le protocole NTP, mais avec une précision nettement supérieure, la distribution précise du temps élimine la nécessité de régler les horloges sur plusieurs appareils. En outre, le protocole PTP offre un certain nombre d’autres avantages extrêmement intéressants pour les réseaux de médias, notamment :

  • Formats multimédias multiples
  • Pas de réseau superposé de synchronisation
  • Convient à tout appareil connecté à l’IP
  • Précision pour les applications média
  • Synchronisation de plusieurs sites
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