IEEE 802.1AS, endüstriyel otomasyondan otomotiv sistemlerine ve profesyonel ses/videolara kadar uzanan temel bir standarttır (TSNs). Bir ağdaki cihazlara ortak bir zaman hissi kazandırmak için mikrosaniye veya hatta alt-mikrosaniye doğruluğu, endüstriyel otomasyondan otomotiv sistemlerine ve profesyonel ses/videolara kadar uzanan uygulamalar için gerekli hale gelir.

Genel Bakış ve Tarihsel Context

IEEE 802.1AS, ağlayan ilk sürüm IEEE 802.1 ailesinin bir parçasıdır ve ağlayan (AVB) uygulamaları desteklemek için öncelikle IEEE 1588 Hassas Zaman Protokolü (PTP), özellikle köprülü yerel alan ağları için tasarlanmış olan IEEE 802.1AS-2011, kablosuz arayüzler ve kritik endüstriyel ve otomotiv kullanım koşulları ile medya akışı için sağlamlığı sağlamak için standart olarak geliştirildi.

Standart, genel çerçeveyi tanımlayan bir "genelleştirilmiş" PTP (gPTP) tanımlar ve çok değerli olan TSN dağıtımlarında yardımcı olmak için tüm cihazları varsayar.

IEEE 802.1AS'ın Temel Mekanizmaları

Kalp Saat Protokolü (PTP) Kalp

IEEE 802.1AS, PTP mekanizmasından IEEE 1588'den miras alınan PTP'nin zaman kaynağı (öğrenme saat) ve alıcıları (slave saatlerini) kullanarak, protokol iki adımlı bir süreçtir: Sen ve Takip Up mesajları, o zaman doğru kalkış zamanını ustadan taşırken, gecikme Request ve Gecikme Response mesajları, bu zaman alıcıdan mastera kadar gecikme gecikmeyi ölçerek.

Bir IEEE 802.1AS ağı, en iyi master saat algoritması (BMCA) otomatik olarak en doğru saat kaynağını seçer. BMCA, manuel yapılandırma olmadan istikrarlı bir hiyerarşi sağlamak için saat kalitesini, önceliği ve tanımlayıcıyı düşünün. Bu dinamik seçim özellikle cihazlar eklenebilir veya kaldırılabilir.

Master-Slave Hierarchy ve Boundary Clocks

IEEE 802.1AS sıkı bir usta hiyerarşisi oluşturur. Büyükanne saati üst üste oturur, sınır saatlerini (BCs) birçok umut ve köprüleri kullanarak zamanlamayı önler. Bir sınır saati her bir alt bağlantıda bir köle olarak davranır ve ağ izole PTP alanlarına etkili bir şekilde şerit eder.

Örneğin, bir fabrika otomasyon ağı, kontrol sunucusunda bir usta saat, bir mikrosaniye içinde senkronizasyonu yaparken her biri, sensörler, hareketleyiciler ve motor sürücüleri gibi senkronize edilen ve motor sürücüleri gibi alan cihazlarının her biri.Bu hiyerarşik mimari ölçekler iyi, bir mikrosaniye içinde senkronizasyonu devam ederken onlarca veya yüzlerce düğümü destekler.

Gecikme ve Say Saatleri

Sınır saatlerine ek olarak, IEEE 802.1AS ayrıca şeffaf saatlerini (TC) tanımlar, şeffaf bir saat, saat ayarlamalarını gerçekleştirir, ancak PTP mesajlarının geçişleri sırasındaki konut zamanlarını büyük ölçüde ölçer.Bu oturma süresi PTP mesajında düzeltme alanına eklenir, iç işleme gecikmesi için hesaplamak için eklenir.Bu yaklaşım gerekli olan senkronizasyon domainlerini azaltır ve özellikle de sınır saati dağıtımının maliyetinin yüksek ölçekli ağlarında popülerdir.

Standart iki tür şeffaf saat belirtir: son derece şeffaf saatler (E2E-TC) ve a-to-peer şeffaf saatler (P2P-TC) IEEE 802.1AS bağlamında, P2P-TC tercih edilen modeldir, çünkü her bağlantıda bağımsız olarak gecikmektedir.

Gecikme ölçümü önemlidir, çünkü ağ kabloları ve anahtarlar öngörülemeyen latencies'u sürekli olarak ölçümle, IEEE 802.1AS sıcaklık, kablo uzunluğu ve geçiş yüküne yol açan değişiklikler için telafi edilebilir. Sonuç, geçici ağ sıkışıklığı altında bile mükemmelleştirme doğruluğudur.

GPTP Profili - Hangi Setler It Apart

IEEE 802.1AS genellikle gPTP olarak adlandırılırken (genelleştirilmiş PTP), temel IEEE 1588 özelliğinin ötesinde belirli gereksinimleri sağlayan "PTP profili" olarak daha doğru tanımlanabilir.

  • [FONT:0)Mandatory support for a-to-peer gecikme ölçümü için:[Dönem: 1) Her bağlantı kendi gecikme hesaplamasını kullanır, son gecikme isteklerini birden çok umutla ortadan kaldırır.
  • [[Dönemli mesaj aralıkları:[[Dönemli mesaj aralığı:0) gPTP, belirli bir alanda farklı değerleri kullanabilmesine rağmen, belirli bir alan içinde 125 ms varsayılan aralığı tanımlar.
  • [FONT/IP yerine Link Katmanı Kullanımı: gPTP mesajları doğrudan Ethernet üzerinden belirli bir EtherType (0x88F7 kullanarak taşınır, IP ve UDP tabakalarını dengelemek için, üst ve jitter'i azaltmak için.
  • [[Dönetici:0) Birden fazla ağ medya için destek: Standart tell teld Ethernet, WiFi (IEEE 802.11), ve tek bir alan içinde mobil geri dönüş arabirimleri.

Bu sıkı entegrasyon, gPTP'yi özellikle her mikrosaniyenin sayıldığı belirsiz ağlar için uygun hale getirir. Ayrıca senkronizasyon akışlarının karar veya IP parçalama ile etkilenmediğini de sağlar.

Network Topologys and Deployment Thinkations

IEEE 802.1AS geniş çeşitlilikteki topolojilerde kullanılabilir: yıldız, ring, daisy-chain ve reddant halkalar. Seçim, uygulamanın kullanılabilirliği ve geç kalmış gereksinimlerine bağlıdır. Örneğin, bir ring topolojide BMCA bir büyükanneyi seçecek ve sınır saatlerini her iki yönde deşifre edecek.

Sınır saatlerini dağıtırken, her bir geçişin her bir BC yerine bir TC kullanılarak, donanım maliyeti azaltır ancak hesaplama yükü artırır, çünkü her mesaj zaman kesintili ve düzeltilmelidir. Birçok TSN anahtarı bugün her bir düğüm için en iyi modu seçmesine izin verir.

Scalability önemli bir meydan okumadır.Uygunluk sayısı arttıkça, ayrı senkronizasyon alanları ile birden çok büyükannesi kullanılabilir, ancak bu alan sınırları dikkatlice yönetilmelidir.

Uygulamalar IEEE 802.1AS için ihtiyaç duyuyor

Industrial Otomasyon ve Hareket Kontrolü

Modern fabrikalarda, merkezi olmayan kontrol döngüleri birçok dağıtılmış eksenler arasında senkronizasyon gerektirir. Tipik bir servo sürücü 1 μs'nin altında jitter ile her 125 μs. IEEE 802.1AS, hareket kontrol ve tüm sürücüler için zaman temelini sağlar:0)PROFIFINET IRT).EtherCAT) TSN'yi çalıştırdığında, gPTP'yi kullanarak, hareket kontrol cihazı ve tüm sürücüler ortak bir zaman üssünü paylaşmaları sağlar.

Otomotiv Sistemleri ve Özerk Araba

Modern araçlar, frenleme, direksiyon ve sensör füzyon gibi eylemleri koordine etmek zorunda olan düzinelerce elektronik kontrol ünitesi (ECUs) içerir ve radarlar, LiDAR ve radar yüksek hassasiyetle zamanlarız hale getirmeli veri akışları oluşturur. IEEE 802.1AS, genellikle en-vehicle anahtarları ile entegre edilmiştir, tüm sensör verilerinin aynı küresel zamanlayıcı ile ilişkilendirilmesini sağlar.

Profesyonel Audio/Video ve Yayın

IEEE 802.1AS Audio Video Bridging (AVB) görev grubundan kaynaklanmaktadır. Profesyonel AV sistemleri, birden fazla mikrofon, kamera, yükselteçler ve konuşmacılar dudak-seni hataları ve ses fasing. gPTP, 96 kHz ses akışının örnek doğru oyun gerisinde dağıtılmasına izin veren düşük maliyetlidir. Birçok profesyonel Mix konsolları ve dijital ses ağ protokolleri (örneğin, Dante, AV,B/TSN) güvenmektedir.

5G Fronthaul ve Radyo Access Networks

5G ağlarında, bir temel istasyonun radyo ünitesi (RU) ve dağıtılmış bir fiber yerine geçiş yapan bir Ethernet kumaşı üzerinden dağıtılmalıdır.[Dönemli MIMO ve taşıyıcı aggregation. IEEE 802.1AS, TSN özellikli ön ağlarında zamanlama protokolü olarak kullanılır, çünkü yüksek çözünürlükte bir Ethernet kumaşı üzerinde kesin bir zamanlaması gerekir.

Power Grid ve Smart Grid Uygulamaları

Elektrik alt istasyonlar, standart bir Ethernet arka planında, veri toplamaları için zaman duyarlı trafikte daha fazla kabul edilir.Akade 802.1AS, bu seyahat komutlarının birkaç milisaniye içinde gelmesini sağlamak için aynı anda otomatik olarak kabul edilir.

Meydanlar ve Sınırlar

Güçlü yönlerine rağmen, IEEE 802.1AS gerçek dünya dağıtımlarında birkaç zorlukla karşı karşıya:

  • [FONT:0) Sertware saat kalitesi:[Dönetici:[Dönetici:0) Doğru bütçe sadece anahtarlarda ve son cihazlardaki yerel osilatörler kadar iyidir. Low-cost cihazları hızla sürüklenebilir, sık sık senkronizasyon ve artan ağ yüküne zorlayabilir.
  • [FONT:0) Güvenlik: [Dönetici: 0:1] Zaman-kırık protokol olarak, gPTP, yeniden oyun ve hizmet içi saldırılarına karşı savunmasızdır. IEEE 802.1AS-2020 revizyonu opsiyonları (EE 802.1ASsec değişiklikleri ile) ancak onları karmaşıklaştırır ve geç saatler.
  • [FONT:0)Stoperability:[Dönetici:[Dönetici:0)) GPTP'nin Erken uygulamaları bazen BMCA davranışı veya zamanları ile hassas bir şekilde ince farklılıklara sahipti.Templeksiyon testi ile devam etti.[Dönetici[Döneticiler)AVnu Alliance) çok değerli bir uyum sağlamalarına yardımcı olur, ancak miras cihazlar hala sorunlara neden olabilir.
  • [FONT:0] Geniş ada ağlarına dikkat edin: IEEE 802.1AS köprüler için tasarlanmış ve internet üzerinden routing için değil.For coğrafi olarak dağıtılmış zamanlama için, NTP veya IEEE 1588 over IP, özel ağ geçitler gibi ek altyapı olmadan değiştirilemez.

IEEE 802.1AS'ın gelişimi IEEE 802.1 TSN Görev Grubu altında devam ediyor. Aktif çalışmanın temel alanları şunlardır:

  • [FONT:0) Diğer TSN bileşenleri ile ilgili olarak: Standart IEEE 802.1Qbv (time-aware scheduling) ve IEEE 802.1Qci (per-stream filtreleme) ile iletişim kurmak ve iletim kuyruklarının açılması ve kapatılması ile doğrudan en kötü zaman zaman zaman zaman zaman çizelgesini etkiler.
  • [FONT=0) Kablosuz uzantılara Destek: [Dönetici: [Dönetici:0] 802.1AS-2020 Güncellemesi WiFi için profiller ekledi (IEEE 802.11) ve mobil gerihaul (LTE/5G). Future çalışması Bluetooth ve diğer kısa menzilli kablosuz teknolojilere genişletilebilir.
  • [FONT:0) Yüksek doğruluk sınıfları:[Dönetici:[Dönetici:0) Telekomünikasyon endüstrisi 100 ns altında doğruluk için itiyor. Değişiklikler yeni saat modelleri ve zamanları tamamen geliştirmeleri değerlendiriyor.
  • [FONT:0) Red dışı ve hata toleransı: IEEE 802.1CB (Frame Replication ve Elimination) gibi Standartlar, bağlantı hatalarının varlığında sorunsuz bir zaman sağlamak için gPTP ile birleştirilebilir. Araştırma, hızla reeleksiyon olmadan büyükannelerin yeniden seçilmesine izin veren protokolleri devam eder.

IEEE'nin kendisi, AVnu Alliance ve Industrial Internet Consortium (IIC) gerçek dünyadaki IEEE 802.1AS'ın benimsenmesine yardımcı olan profiller ve test planlarını yayınlar. Örneğin, [[0TSN Profilleri Sanayi Otomasyonu).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

IEEE 802.1AS (gPTP) zaman duyarlı ağlar için zaman senkronizasyonunun temel taşıdır. master-slave hiyerarşisi, akran-peer gecikme ölçümü ve bağlantı-katılış taşıma, modern endüstriyel, otomotiv, ses/video ve telekomünikasyon sistemleri tarafından gerekli olan alt-mikrosaniye doğruluğunu dikkate almalıdır.

Daha fazla okuma için, resmi olarak )IEEE 802.1AS2020 standardı), PTP üzerinde ) ilgili zaman çizelgesine ve planlama standartlarına göre bir bakış açısı sağlar.