Czas jest fundamentem sieci TSN (Time Sensitive Networks). W przypadku takich sieci komunikacja odbywa się w czasie rzeczywistym, co wiąże się z wysokim wymaganiami w zakresie błędów czasu wnoszonych przez poszczególne urządzenia w sieci . Sprostanie tym kryteriom wymaga wspólnej referencji czasu urządzeń, czyli synchronizacji zegarów urządzeń pomiędzy sobą, aby każdy element sieci mógł wykonać swoją operację dokładnie w konkretnym, przydzielonym dla niego momencie. Tylko dzięki precyzyjnie zsynchronizowanym zegarom możliwa jest prawidłowa i ciągła praca sieci TSN, a im wrażliwsza sieć, tym wymaga ona lepszej dokładności i stabilności serwera czasu. Stąd też potrzeba monitorowania błędów czasowych – dzięki temu możliwe jest jakiekolwiek działanie zarówno przeciw ich przyczynom, jak i skutkom.
Synchronizacja, a błędy czasowe
Jeżeli chcemy synchronizować zegary, to głównym obiektem naszego zainteresowania jest błąd czasowy, czyli różnica czasu występująca pomiędzy zegarami dwu urządzeń, zegarem monitorowanym a zegarem referencyjnym. Na błąd czasowy składa się suma dwóch rodzajów błedów: zależnego od czasu, zwanego dynamicznym (dTE – dynamic Time Error) i niezależnego od czasu, zwanego stałym (cTE – constant Time Error).
cTE dotyczy wszystkich źródeł generujących stałe i przewidywalne błędy, spowodowane na przykład przez asymetrię łącza, opóźnienie kabla antenowego czy światłowodu. cTE są łatwiejsze do skorygowania. W przypadku braku kompensacji długości kabla anteny wystarczy zmierzenie opóźnienia takiej anteny i kabla. W przypadku światłowodu sprawa komplikuje się z powodu różnego opóźnienia dla stosowania różnych długości fal, ale wciąż jest to rzecz możliwa do skalibrowania.
dTE natomiast dotyczy wszystkich tych elementów, których dynamika powoduje, że nie mogą być przewidziane. Czynnikami powodującymi te błędy mogą być np. zmiany częstotliwości oscylatora w zależności od temperatury, zmiany gęstości jonosfery czy błędy czasu GNSS lub błędy znakowania czasem. W tym przypadku sposobem rozwiązania problemu jest stworzenie odpowiedniej architektury sieci i monitoring parametrów jej synchronizacji, co pozwoli na kompensację błędów czasu, które się pojawiły, a są możliwe do korekty.
Rysunek 1 Błąd czasowy, widok w aplikacji QuazarNet
Kumulacja błędu czasowego
Bardzo ważnym aspektem występowania błędów czasowych jest ich kumulacja. Z czego wynika w ogóle zjawisko kumulowania błędów czasowych? Z natury architektury sieci TSN. W tym akapicie po krótce omówimy budowę wrażliwych na czas sieci i za co odpowiadają najistotniejsze składowe. Jeżeli nie jesteś zainteresowany tym zagadnieniem to zapraszamy do następnego akapitu.
Rysunek 2 Architektura przykładowej sieci TSN
Głównym elementem sieci TSN jest ePRTC (enhanced Primary Reference Time Clock), synchronizowany przez GNSS, który pełni funkcję źródła referencji czasu. Synchronizacja jest propagowana w sieci za pośrednictwem Grand Master’a (GM). Natomiast ePRC dostarcza sygnał odniesienia do taktowania lub synchronizacji innych zegarów. Bardzo duży nacisk położono nie tyle na samą dokładność serwera czasu, co na utrzymanie stabilności częstotliwości i związany z tym holdover (podtrzymanie). ePRC (enhanced Primary Reference Clock), najczęściej zewnętrzny oscylator atomowy, czuwa nad najwyższą jakością holdover’a i dba o stabilność nie tylko w trakcie prawidłowej pracy sieci, ale również w momencie zaniku sygnału GNNS. Grand Master z kolei generuje timestamp’y PTP wspierany przez synchroniczny Ethernet.
A jak wygląda sieć z punktu kumulowania błędu czasowego?
Rysunek 3 Kumulacja błędu czasowego w sieci
Na rysunku 3 przedstawiona została droga jaką musi pokonać timestamp z ePRTC, aby dotrzeć do aplikacji końcowej. Każdy element sieci potrzebuje swojego czasu na dalszy transport informacji o czasie, stąd każdy element wnosi pewne opóźnienie. Zgodnie ze standardem IEEE 1588 oraz zaleceniami ITU-T G.8271 dotyczącym aspektów synchronizacji czasu i fazy sieci telekomunikacyjnych oraz ITU-T G.8271.1 dotyczącym ograniczeń sieciowych do synchronizacji czasu w sieciach pakietowych z pełną obsługą taktowania z sieci, aby sieć telekomunikacyjna 5G działała prawidłowo, (aktualnie) czasowy budżet sieci musi wynosić ±1.1 µs, a opóźnienie komunikacji end-to-end musi być ograniczone do ±1.5 µs. Dla przyszłościowej technologii MIMO, takie opóźnienie będzie musiało wynosić maksymalnie ±130 ns, a nawet ±65 ns. To nie są wymogi dla klienta czy aplikacji, które 5G będzie obsługiwało, tylko wymogi by 5G w ogóle mogło działać. Tak małe i precyzyjne ramy czasowe nie mogą zostać osiągnięte bez dokładnego monitoringu sieci, a monitoring sieci nie może zostać osiągnięty bez dobrej sondy monitorującej.
Co można znaleźć w sondzie monitorująca…
Często spotykanym na rynku rozwiązaniem są sondy monitorujące wbudowane w serwer czasu. Jest to jednak rozwiązanie problematyczne ze względu na przysłowiowe osądzenie we własnej sprawie. O ile sondy nie są ze sobą połączone różnicowo, to w przypadku płynięcia błędnej referencja czasu sonda i tak podaje informacje, że wszystko jest dobrze. Rozwiązaniem problemu jest wybranie zewnętrznej sondzie monitorującej takiej jak Quazar 700, która daje 100% pewności, że dane jakie są nam prezentowane są oddaniem stanu faktycznego.
Każda sonda monitorująca w teorii powinna mieć zbliżone możliwości i podawać zbliżone wyniki. Jednak w praktyce występują duże różnice pomiędzy produktami od różnych producentów. W naszej ofercie znajdziecie sondę, która wykracza po te standardy i daje o wiele większe możliwości.
…, a co może Ci zaoferować Quazar-700?
Quazar-700 jest zarządzalną sondą monitorującą jakość synchronizacji sieci z funkcją serwera czasu, która miażdży większość sond konkurencji nie tylko ogromem, ale i przydatnością swoich funkcjonalności, którymi niewiele producentów może się pochwalić:
- Wysoka precyzja i stabilność, dzięki najlepszym oscylatorom (OCXO, DOCXO lub RUBID) i precyzji synchronizacji czasu z modułem GPS wynosi ±15ns (Clear Sky)
- Możliwość przeprowadzania monitorowania mierzonych parametrów w czasie rzeczywistym jest cechą, która mocno wyróżnia Quazara-700 na tle konkurencji. Na bieżąco z interfejsów zrzucane są dane, które można szybko i wygodnie poddać analizie.
- Szybkie wykrywanie błędów PTP/SyncE (miejsce i przyczyna) oraz niestabilnej pracy sieci 5G związanej z precyzyjną synchronizacją czasu i częstotliwości, to jedna w funkcji najbardziej zachwalanych przez naszych klientów. Dzięki możliwości skorelowania wykresów, Quazar-700 zapewnia dużą wygodę odczytu pomiarów.
- Quazar-700 umożliwia lokalną archiwizację pomiarów do 72h. Sonda umożliwia zapis i przechowywanie monitorowanych danych archiwalnych, a także oferuje przydatne umieszczenie tych danych na wykresach oraz eksportu ich do arkusza kalkulacyjnego dla łatwiejszego porównywania.
- Opcja wykrywania jammingu i spoofingu oraz raportowanie tych zdarzeń, to funkcje, które posiadają nieliczne sondy monitorujące.
- Specjalnie dla służb technicznych, Quazar-700 występuje dodatkowo w wersji mobilnej z wygodnym zestawem pomiarowym. W zestaw wchodzą torba, kabel, zasilacz i antena dwuzakresowa. Dzięki takiemu rozwiązaniu można podłączyć się wygodnie do routera lub bezpośrednio do BTSa i rozpocząć pomiary.
Po szczegółowe informacje o Quazarze-700 odsyłamy do podstrony urządzenia lub briefa, a także zapraszamy do kontaktu.
Podsumowanie
Monitorowanie błędów czasowych w sieciach wrażliwych na czas jest niezmiernie ważnym aspektem bezpieczeństwa i funkcjonowania sieci – zbyt duże błędy czasu mogą spowodować nieoperacyjność całego systemu. W celu zapobiegania takim zdarzeniom powstały sondy monitorujące, aby móc wartość ta było monitorowana i w razie konieczności korygowana. Tak ważne zadanie nie może zostać przedzielone jakiejkolwiek sondzie, która może po prostu zakłamywać rzeczywisty stan sieci. Warto poświęcić trochę więcej dla takiej sondy, która nie tylko prawidłowo wskaże zaistnienie (lub brak) problemu, ale również pomoże w jego lokalizacji i naprawieniu. Przecież w końcu na szali zostaje położone działanie krytycznych systemów…
