IEEE 802.1AS הוא תקן יסוד עבור תזמון מדויק וסינתזה ברשתות רגישות לזמן (TSN) הוא מאפשר מכשירים ברחבי רשת לשתף תחושה משותפת של זמן עם מיקרו-שני או אפילו דיוק תת-מיקרו-שני, יכולת חיונית ליישומים החל מאוטומציה תעשייתית למערכת הרכב ו אודיו / וידאו מקצועי. כמו הביקוש לתקשורת ⁇ , נמוכה גדל, הבנה, יישומים, ו -2, ו -2, 000 של פיתוח רשת קריטי.

המונחים: Historical Context

IEEE 802.1AS הוא חלק ממשפחת IEEE 802.1 של סטנדרטים שמטפלים ברשת, גירוד וניהול. זה פותח במקור כפרופיל של פרוטוקול זמן של IEEE 1588 Precision (PTP), המותאם במיוחד עבור רשתות מקומיות מגשרות.הגרסה הראשונה, IEEE 802.1AS-2011, פורסמה לתמיכה באפליקציות אודיו/פרסום (AVB), ומספקת את בסיס התזמון עבור הזרמת רשתות תקשורתיות הדוקות יותר, כולל דרישות אבטחה של שימוש אלחוטיות, בעיקר ב-2.1AS, כולל תקן אלחוטיות, כולל יישומים אלחוטיות, כולל תקן אבטחה, כולל תקן אבטחה ו-2.1AS, כולל יישומים סטנדרטיים ו-2.1AS, כולל יישומים אלחוטיים, כולל יישומים סטנדרטיים, כולל יישומים סטנדרטיים, כולל יישומים אלחוטיים ו-2.1AS, שיפור, כולל יישומים של שימוש נרחב יותר ויותר רחב יותר ויותר, כולל יישומים של שימוש באפליקציות של שימוש באפליקציות של שימוש באפליקציות של שימוש באפליקציות של שימוש באפליקציות של שימוש באפליקציות של יישומים של שימוש באפליקציות של יישומים של יישומים של שימוש באפליקציות של יישומים של יישומים של קבצי אודיו/וידאו (AVB רחב יותר רחב יותר ויותר רחב יותר ויותר רחב יותר ויותר רחב יותר ויותר רחב יותר ויותר רחב יותר ויותר, כולל יישומים של שימוש ב-2.1AS.

התקן מגדיר "כלל" PTP (gPTP) אשר מניח את כל המכשירים ברשת הם PTP-capable וכי התנועה רגישה לזמן יש לטפל עם ג'יטר נמוך.בניגוד תקן ההורה שלה IEEE 1588, אשר מגדיר מסגרת כללית, IEEE 802.1AS מפרט דרישות תאימות חובה ומבחר ספציפי של ערכים כדי להבטיח יכולת הדדית על פני פריסות מרובות-NTS.

מכניזם Core של IEEE 802.1AS

פרוטוקול זמן (PTP) בלב

IEEE 802.1AS מסתמכת על מנגנון PTP שירשה מ- IEEE 1588.PTP פועל על ידי החלפת הודעות בין מקור זמן (שעון המאסטר) ומקבלים (שעוןי זחל) הפרוטוקול משתמש בתהליך של שני שלבים: Sync ו Follow Up הודעות לשאת את זמן היציאה המדויק מן המאסטר, בעוד דאלי Request ו-Delay Response מודד את ה-Proagation מעיכובים אלה כדי לשלב את השעון המקומי.

ברשת IEEE 802.1AS, אלגוריתם השעון הטוב ביותר (BMCA) בוחר באופן אוטומטי את מקור השעון המדויק ביותר. BMCA רואה איכות שעון, עדיפות, ומזהה כדי להבטיח היררכיה יציבה ללא תצורה ידנית.

Master-Slave Hierarchy ו-Boundary clocks

IEEE 802.1AS מבסס היררכיה אד-עבד נוקשה.שעון הסבתא יושב בראש, מפיץ את התזמון במורד הזרם דרך שעונים גבול (BCs) פרוסים במגים וגשרים. שעון גבול פועל כעבד על הקישור במעלה הזרם וכאדון על כל קישור במורד הזרם, ביעילות מדביק את הרשת לתחומים בודדים של PTP.

לדוגמה, ברשת אוטומציה במפעל, שעון מאסטר בשרת הבקרה מסנכרן מתגים מרובים הפועלים כשעוןי גבול, שכל אחד מהם מסנכרן מכשירים שדה כגון חיישנים, מתעמלים וכוננים מנועים.אדריכלות ההיררכית הזו מקנה גם כן, תומכת בעשרות או מאות צמתים תוך שמירה על דיוק סינכרוני בתוך מיקרו-שני אחד.

שעון חתלתול ושעוןי טראנס

בנוסף לשעון הגבול, IEEE 802.1AS מגדיר גם שעונים שקופה (TCs) שעון שקוף לא מבצע התאמות שעון עצמו אלא מודד באופן פסיבי את זמן המגורים של הודעות PTP כפי שהם עוברים דרך מתג.זמן מגורים זה נוסף לשדה תיקון בהודעת PTP, תוך מתן אישור לעיכוב עיבוד פנימי. גישה זו מקטין את מספר synSyncization הנדרש והוא פופולרי במיוחד ברשתות פריסה רחבות של השעון.

תקן מפרט שני סוגים של שעונים שקופה: שעונים שקופה מקצה לקצה (E2E-TC) ו שעונים שקופה עמיתים (P2P-TC) בהקשר של IEEE 802.1AS, P2P-TC הוא המודל המועדף כי זה מודד עיכוב על כל קישור באופן עצמאי, מה שהופך את המערכת הכוללת יותר גמישה לשינויים טופלוגיים.

מדידה עיכוב היא קריטית כי כבלי רשת ומגים מציגים לא צפויים.על ידי כל הזמן מדידה של עיכובים עגולים, IEEE 802.1AS יכול לפצות על וריאציות שנגרמו על ידי טמפרטורה, אורך כבל, והחלפת עומס.התוצאה היא דיוק סינכרוני המתפתל חסד אפילו תחת עומס רשת transient.

פרופיל GPTP - What Sets It חוץ

בעוד IEEE 802.1AS נקרא לעתים קרובות gPTP (כלל PTP), זה מתואר בצורה מדויקת יותר כ"פרופיל PTP" אשר מטיל דרישות ספציפיות מעבר למפרט הליבה IEEE 1588.

  • (FLT:0) תמיכתה בעיכובים עמיתים: FLT:1 כל קישור משתמש חישוב עיכוב משלו, ביטול הצורך בבקשות עיכובים מקצה לקצה על פני מספר רב של תקווה.
  • (FLT:0)Fixed הודעות מרווחים:FLT:1 gPTP מגדיר מרווח ברירת מחדל של 125 מ"מ עבור הודעות סנכרון, אם כי יישום עשוי להשתמש בערכים שונים בתוך תחום נתון.
  • (FLT:0) השימוש בשכבת הקישור במקום UDP/IPIR:FLT:1 gPTP מועבר ישירות מעל Ethernet באמצעות EtherType ייעודי (0x88F7), עקיפה IP ו- UDP שכבות כדי להפחית את פני השטח ואת הג'טר.
  • (FLT:0)Support עבור מספר רשתות:FreaLT:1 , תקן מכסה Ethernet, WiFi (IEEE 802.11), וממשקי backhaul ניידים בתוך דומיין אחד.

שילוב הדוק זה עם שכבת הקישור מקבל GPTP מתאים במיוחד עבור רשתות ⁇ שבו כל מיקרו-שני ספירה. זה גם מבטיח כי זרימת הסינכרון אינם מושפעים מהחלטות ניתוק או פיצול IP.

רשת להתנצלות ושיקולי סודיות

IEEE 802.1AS יכול להיות פרוס במגוון רחב של התנצלויות: כוכב, טבעת, daisy-chain, טבעות מחוספסות.הבחירה תלויה בזמינות של היישום ואת דרישות הגינות.לדוגמה, בטופולוגיה טבעת, BMCA יבחר סבתא ואת התחנות הגבול יתמוך את הזמן בשני הכיוונים.

כאשר פריסת שעונים גבולות, כל מתג חייב להיות אווציל מקומי יציב.שימוש ב-TC במקום לפני הספירה מפחית את העלות החומרית אבל מגביר את העומס חישובי כי כל הודעה חייבת להיות מוקרן ומתוקנת. TSN רבים היום ליישם הן לפני הספירה והן פונקציונליות TC, ומאפשר מעצב הרשת לבחור את הצורה הטובה ביותר עבור כל צומת.

Scalability הוא אתגר מרכזי.כפי שמספר ההזות גדל, הג'יטר המצטבר והאי דיוקנות גדל.עם מדידה של עמיתים עמיתים לעיכוב, רשת מעוצבת היטב של עד 30 הופות עדיין יכולה לשמור על דיוק תת-מיקרו-שני.עבור רשתות גדולות יותר, מספר רב של סבתות עם תחומים סינכרוניים נפרדים ניתן להשתמש, אבל זה מציג גבולות כי יש לנהל בזהירות.

דרישות נהיגה ב- IEEE 802.1AS

אוטומציה תעשייתית ובקרה

במפעלים מודרניים, לולאות בקרה מבוזרות דורשות סינכרוניזציה בין גרזן מבוזר רבים. כונן סרבו טיפוסי חייב לקבל פקודות עמדה כל 125 מיקרון עם Jitter מתחת 1 μs. IEEE 802.1AS מספק את בסיס התזמון עבור פרוטוקולים כגון FLT:0 PROFI IRTFLT:1 ו FLT2: EtherCATFalripper 3:3 כאשר הם פועלים על ידי TP, באמצעות בסיס משותף, ללא שימוש ב-T.

מערכות רכב ונהגים אוטונומיים

כלי רכב מודרניים מכילים עשרות יחידות בקרה אלקטרוניות (ECUs) אשר חייבות לתאם פעולות כמו braking, ההגה, ומיזוג חיישן. במערכות נהיגה אוטונומיות, מצלמות, LiDAR, ו מכ"ם לייצר זרמי נתונים שיש לטבול עם דיוק גבוה. IEEE 802.1AS, לעתים קרובות משולב לתוך מתגים vehiclelele, מבטיח כי כל הנתונים קשורים עם אותם פעמים גלובליות, המאפשר אלגוריתם סטנדרטי של LTFi נכון של אלגוריתם:

אודיו מקצועי / וידאו ורדיו

IEEE 802.1AS מקורו בקבוצת המשימה Audio Video Bridging (AVB) במערכות AV מקצועיות, מיקרופון מרובים, מצלמות, מגבר, ורמקולים חייבים להישאר מסנכרנים כדי להימנע משגיאות מסן שפתיים ו- אודיו phasing. gPTP מספק את התזמון נמוך ג'יטר המאפשר זרם אודיו 96 kHz להיות מבוזר על רשת Ethernet סטנדרטית עם דגימות מקצועיות רבות.

5G Fronthaul ו- Radio Access Networks

ב-5G רשתות, יחידת רדיו של תחנת בסיס (RU) ו-DU מבוזרת (DU) חייבת להיות מסונכרנת בתוך כמה מאות ננו השניות כדי לתמוך בסדר גבוה MIMO ו- נושאת הגירציה. IEEE 802.1AS משמש פרוטוקול התזמון ב-TSN-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-thalthalthalthalthalthalthalth, אשר מעביר תזמון מדויק על פני Ethernet מהפך של Ethernet, ולא על גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי גבי איתמרורבגדילה ייעודי של סיבים ייעודיים.

Power Grid ו Smart Grid Applications

תת-קרקעיות חשמליות מסתמכות על תקן IEC 61850 לאוטומציה. בתוך תת-קרקעית, ממסרי הגנה חייבים לטעום מתח וגלי גל נוכחיים בו-זמנית כדי לזהות תקלות. IEEE 802.1AS מאומצת יותר לסנכרן sampling בתקני אלקטרוניקה חכמים (IEDs) על פני מטוס Ethernet משותף, תקן תומך גם ברגישי זמן עבור GOOS (אוריינטציה אובייקטיבית קיצונית), כמה הודעות לשנייה המבטיחות).

אתגרים ומגבלות

למרות החוזקות שלה, IEEE 802.1AS מתמודדת עם מספר אתגרים בפריסה בעולם האמיתי:

  • איכות השעון:0 (FLT:1) תקציב הדיוק הוא רק טוב כמו אוספיטורים מקומיים מתגים ומכשירים קצה.
  • (FLT:0) סודיות:FLT:1 כפרוטוקול ביקורתי זמן, gPTP פגיע ל spoofing, replay, והכחשה-of-Service Attack.The IEEE 802.1AS-2020 הציג מנגנוני אימות אופציונליים (באמצעות תיקון IEEE 802.1ASsec), אך פריסת אותם מוסיפה מורכבות וגמישות.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]]] [ה]], [ה], [ה]], [ה]], [ה]][ה]]]]][ה]]]], [הההההההההההההההההההההתביעה הקדומה] הייתה לעיתים קרובות, אך מכשירים המורשתיים עדיין עלולים לגרום לבעיות.
  • (FLT:0) רשתות רחבות של: אנדרט 1 ( IEEE 802.1AS) תוכנן עבור LAN מגשר ולא עבור ניתוק ברחבי האינטרנט.עבור תזמון מבוזר גיאוגרפי, NTP או IEEE 1588 על IP לא ניתן להחליף על ידי gPTP ללא תשתית נוספת כגון שערים מיוחדים.

כיוונים עתידיים וסטנדרטים קשורים

הפיתוח של IEEE 802.1AS ממשיך תחת קבוצת IEEE 802.1 TSN. אזורי מפתח של עבודה פעילה כוללים:

  • (FLT:0) אינטגרציה עם רכיבים אחרים של TSN:03FLT 1:1 תקן הוא להיות מוזיק עם IEEE 802.1Qbv (זמן מודע לוח הזמנים) ו IEEE 802.1Qci (מסנן רגיל) כדי ליצור רשת ⁇ הוליסטית.Synchronization שערי פתיחת וסגירה של תורים, ואת הדיוק משפיע ישירות על התזמון הגרוע ביותר.
  • (FLT:0)Support for Wireless הרחבות:FIRLT:1) עדכון 802.1AS-2020 הוסיף פרופילים עבור WiFi (IEEE 802.11) ו-Backhaul הנייד (LTE/5G) עשוי להרחיב את Bluetooth וטכנולוגיות אלחוטיות קצרות טווח אחרות.
  • (FLT:0) שיעור דיוק גבוה יותר: FLT:1 תעשיית התקשורת דוחפת דיוק מתחת ל 100 ns. תיקונים הם הערכה של דגמי שעונים חדשים ושיפורים טמפל.
  • (FLT:0) רדונדנסיות וסובלנות אשמה: FLT:1 תקנים כמו IEEE 802.1CB (Frame Replication and Elimination) ניתן לשלב עם gPTP כדי לספק תזמון חלק בנוכחות כשלים קישור ממשיך מחקרים על פרוטוקולים המאפשרים בחירה חוזרת מהירה של אבות ללא פעילות סינכרונית מטרידה.

מעבר ל- IEEE עצמו, קונסורציונל תעשייתי כמו AVnu Alliance ו- Industrial Internet Consortium (IIC) מפרסם פרופילים ותוכניות מבחן המסייעות להאיץ את אימוץ IEEE 802.1AS במערכות בעולם האמיתי.לדוגמה, פרופילים של FLT:0TSN לאוטומציה תעשייתית של ה-FLT:1 (IEC/EE60802) דורשים במפורש GPTP, המבטיחים רשתות למפעלים מיצרנים שונים יכולים לעבוד.

מסקנה

IEEE 802.1AS (gPTP) הוא אבן הפינה של סינכרוניזציה של זמן עבור רשתות רגישות זמן. היררכיה אדונו-עבד, מדידה מעכבת עמיתים, והובלת קישורים לספק את הדיוק התת-מיקרו השני הנדרש על ידי מודרני תעשייתי, רכב, אודיו / וידאו, ומערכות תקשורת. בעוד אתגרים כגון אבטחה ורמת מתמשכים, סטנדרטים מתמשך פיתוח ושיתוף פעולה בתעשייה הם מטפלות בהתמדה מהנדסים אופציונליים.

(ב) לקראת ה[[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[