стандарт на центры

стандарт на телекоммуникационную инфраструктуру центров обработки данных (ЦОД)
-
[Интент]

Стандарт TIA/EIA-942

Ассоциация TIA завершает разработку стандарта на телекоммуникационную инфраструктуру ЦОД—TIA/EIA-942 (Telecommunications Infrustructure Standard for Data Centers), который, по всей вероятности, будет опубликован в начале 2005 г. Основная цель данного стандарта — предоставить разработчикам исчерпывающую информацию о проектировании инфраструктуры ЦОД, в том числе сведения о планировке его помещений и структуре кабельной системы. Он призван способствовать взаимодействию архитекторов, инженеров-строителей и телекоммуникационных инженеров.

Помимо рекомендаций по проектированию, в стандарте содержатся приложения с информацией по широкому кругу тем, связанных с организацией ЦОД. Вот некоторые из них: выбор места для развертывания ЦОД; администрирование его кабельной системы; архитектурные вопросы; обеспечение безопасности и защита от огня; электрические, заземляющие и механические системы; взаимодействие с операторами сетей общего пользования.

Кроме того, в спецификациях стандарта отражены принятые в отрасли уровни надежности ЦОД. Уровень 1 обозначает отсутствие резервирования подсистем, а значит, низкую степень отказоустойчивости, а уровень 4 — высочайшую степень отказоустойчивости.

Помещения и участки ЦОД

Стандарт TIA/EIA-942 определяет ЦОД как здание или его часть, предназначенные для организации компьютерного зала и необходимых для функционирования последнего вспомогательных служб. Компьютерный зал — это часть ЦОД, основным предназначением которой является размещение оборудования обработки данных.

В стандарте обозначены требования к компьютерному залу и комнатам для ввода кабелей (от сетей общего пользования). Так, для этих помещений определены: высота потолка (2,6 м); покрытие полов и стен; характеристики освещения; нагрузка на полы (минимальная — 732 кг/м2, рекомендуемая — 1220 кг/м2); параметры систем нагревания, вентиляции и кондиционирования воздуха; температура воздуха (20—25 °С), относительная влажность (40—55%); характеристики систем электропитания, заземления и противопожарной защиты.

В число телекоммуникационных помещений и участков ЦОД входят:

• Комната для ввода кабелей.

• Главный распределительный пункт (Main Distribution Area — MDA).

• Распределительный пункт горизонтальной подсистемы кабельной системы ЦОД (Horizontal Distribution Area — HDA).

• Распределительный пункт зоны (Zone Distribution Area — ZDA).

• Распределительный пункт оборудования (Equipment Distribution Area — EDA).

Комната для ввода кабелей — это помещение, в котором кабельная система ЦОД соединяется с кабельными системами кампуса и операторов сетей общего пользования. Она может находиться как снаружи, так и внутри компьютерного зала. При организации соединения названных кабельных систем внутри компьютерного зала соответствующие средства можно оборудовать в MDA.

С целью резервирования элементов инфраструктуры ЦОД или соблюдения ограничений на максимальную длину каналов связи в ЦОД можно организовать несколько комнат для ввода кабелей. Например, максимальная длина канала T-1, как правило, не должна превышать 200 м, тогда как типичное ограничение на длину канала T-3 составляет 137 м. Однако использование тех или иных типов кабеля и промежуточных коммутационных панелей в ряде случаев суще-ственно уменьшает максимально допустимую длину линии. В стандарте TIA/EIA-942 имеются рекомендации по максимальной длине кабельных каналов в ЦОД.

MDA содержит главный кросс, являющийся центром коммутации каналов кабельной системы ЦОД. В помещении MDA могут находиться и горизонтальные кроссы, предназначенные для коммутации горизонтальных кабелей, идущих к оборудованию, которое напрямую взаимодействует с оборудованием MDA. Кроме того, в помещении MDA обычно устанавливают маршрутизаторы и магистральные коммутаторы локальной сети и сети SAN ЦОД. Согласно стандарту, ЦОД должен иметь по крайней мере один MDA, а в целях резервирования допускается организация второго MDA.

Помещение HDA предназначено для установки горизонтального кросса, с помощью которого осуществляется коммутация горизонтальных кабелей, идущих к оборудованию EDA, а также переключателей KVM и коммутаторов ЛВС и SAN, взаимодействующих с оборудованием HDA.

ZDA — факультативный элемент горизонтальной подсистемы, располагающийся между HDA и EDA. Он призван обеспечить гибкость реконфигурации этой подсистемы. В ZDA горизонтальные кабели терминируются в зоновых розетках или точках консолидации. Подключение оборудования к зоновым розеткам осуществляется посредством соединительных кабелей. Стандарт не рекомендует размещать в ZDA коммутационную панель или активное оборудование, за исключением устройств подачи электропитания по горизонтальным кабелям.

EDA — это участок ЦОД, выделенный для размещения оконечного оборудования, в том числе компьютеров и телекоммуникационных устройств. В EDA горизонтальные кабели терминируются на розетках, которые обычно располагают на коммутационных панелях, устанавливаемых в монтажных стойках или шкафах. Стандартом допускается и соединение устройств EDA напрямую друг с другом (например, blade-серверы могут напрямую подключаться к коммутаторам, а обычные серверы — к периферийным устройствам).

В составе ЦОД вне пределов компьютерного зала можно оборудовать телекоммуникационную комнату, предназначенную для поддержки горизонтальных кабелей, проложенных к офисам обслуживающего персонала, центру управления, помещениям с механическим и электрическим оборудованием и другим помещениям или участкам ЦОД, расположенным вне стен компьютерного зала. Типичный ЦОД имеет одну или две комнаты для ввода кабелей, одну или несколько телекоммуникационных комнат, один MDA и несколько HDA.

Кабельная система ЦОД состоит из следующих элементов:

• горизонтальная подсистема;

• магистральная подсистема;

• входной кросс, находящийся в комнате для ввода кабелей или в помещении MDA (если комната ввода кабелей объединена с MDA);

• главный кросс, установленный в MDA;

• горизонтальный кросс, размещенный в HDA, MDA или в телекоммуникационной комнате;

• зоновая розетка или точка консолидации, смонтированная в ZDA;

• розетка, установленная в EDA.

Горизонтальная подсистема — это часть кабельной системы ЦОД, проходящая между розеткой в EDA (или зоновой розеткой в ZDA) и горизонтальным кроссом, который находится в HDA или MDA. В состав горизонтальной подсистемы может входить факультативная точка консолидации. Магистральная подсистема связывает MDA с HDA, телекоммуникационными комнатами и комнатами для ввода кабелей.

Топология кабельной системы

Горизонтальная и магистральная подсистемы кабельной системы ЦОД имеют топологию типа “звезда”. Горизонтальные кабели подключаются к горизонтальному кроссу в HDA или MDA. С целью резервирования путей передачи данных разные розетки в EDA или ZDA можно соединять (горизонтальными кабелями) с разными горизонтальными кроссами.

В звездообразной топологии магистральной подсистемы каждый горизонтальный кросс, расположенный в HDA, подключен напрямую к главному кроссу в MDA. Промежуточных кроссов в кабельной инфраструктуре ЦОД не предусмотрено.

Чтобы повысить надежность работы инфраструктуры, как уже отмечалось, допускается резервирование HDA. В этом случае все горизонтальные кроссы должны быть связаны с основным и резервным HDA.

Стоит также отметить, что для резервирования элементов инфраструктуры и поддержки приложений, которые не могут функционировать из-за того, что длина путей передачи данных в рамках звездообразной топологии превышает максимальную дальность связи с использованием этих приложений, допускается организация прямых кабельных соединений между HDA. Кроме того, для соблюдения ограничений на максимальную длину кабельных каналов разрешено организовывать прямые соединения между второй комнатой для ввода кабелей и помещениями HDA.

Типы кабелей

Для поддержки разнообразных приложений стандарт TIA/EIA-942 допускает установку самых разных типов кабелей, но при этом в новых инсталляциях рекомендует использовать кабели с максимально широкой полосой пропускания. Это весьма значительно увеличивает возможный срок службы кабельной инфраструктуры ЦОД.

К разрешенным стандартом типам кабелей относятся:

• 100-Ом кабель из витых пар, соответствующий стандарту ANSI/TIA/EIA-568-B.2; рекомендуется использовать кабель категории 6, специфицированный в приложении ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1.

• Кабель с 62,5/125-мкм или 50/125-мкм многомодовым волокном, соответствующий стандарту ANSI/TIA/EIA-568-B.3; рекомендуется использовать 50/125-мкм многомодовое волокно, оптимизированное для работы с 850-нм лазером и специфицированное в документе ANSI/TIA-568-B.3-1.

• Одномодовый оптоволоконный кабель стандарта ANSI/TIA/EIA-568-B.3.

• 75-Ом коаксиальный кабель (типа 734 или 735), соответствующий документу GR-139-CORE фирмы Telcordia Technologies, и коаксиальные разъемы стандарта ANSI T1.404. Эти кабели и разъемы рекомендованы для организации каналов T-3, E-1 и E-3.

Прокладка кабелей и размещение оборудования

Для прокладки кабелей в ЦОД стандарт TIA/EIA-942 разрешает использовать самые разные полости и конструкции, включая пространство под фальшполом и верхние кабельные лотки, уже получившие широкое распространение в ЦОД. Стандарт рекомендует реализовывать фальшполы в тех ЦОД, где предполагается высокая концентрация оборудования с большим энергопотреблением, или устанавливать большую компьютерную систему, сконструированную для подвода кабелей снизу. Под фальшполом телекоммуникационные кабели следует размещать в кабельных лотках, причем они не должны мешать потоку воздуха и иметь острых краев.

Верхние кабельные лотки стандарт рекомендует подвешивать к потолку, а не прикреплять их к верхним частям монтажных стоек или шкафов. Это обеспечивает большую гибкость применения монтажного оборудования разной высоты. И еще. Размещать осветительные приборы и водораспыляющие головки нужно в проходах между рядами стоек или шкафов с оборудованием, а не прямо над ними.

Согласно стандарту, для организации так называемых холодных и горячих проходов между рядами стоек или шкафов с оборудованием их следует устанавливать таким образом, чтобы стойки или шкафы соседних рядов были обращены либо передними, либо задними сторонами друг к другу. Холодные проходы образуются впереди стоек или шкафов — в этих проходах плиты фальшпола имеют отверстия, через которые в помещение ЦОД поступает холодный воздух. Силовые кабели обычно прокладывают под холодными проходами. Соседние с ними проходы называются горячими — в ту сторону обращены задние части шкафов или стоек. Лотки с телекоммуникационными кабелями, как правило, располагают под горячими проходами.

В стойках или шкафах оборудование должно быть смонтировано так, чтобы его вентиляционные отверстия, через которые всасывается холодный воздух, находились в передней части шкафа или стойки, а выход горячего воздуха осуществлялся в задней части. В противном случае система охлаждения оборудования, основанная на концепции холодных и горячих проходов, не будет работать. Данная концепция ориентирована на устройства, в которых охлаждающий воздух перемещается от передней панели к задней.

Чтобы обеспечивать надлежащее охлаждение установленного оборудования, монтажные шкафы должны иметь средства воздухообмена. Если шкафы не оснащены вентиляторами, способствующими более эффективному функционированию горячих и холодных проходов, то в дверях шкафов должно быть большое число вентиляционных отверстий или прорезей, общая площадь которых составляла бы не менее половины площади двери.

Для удобства монтажа оборудования и прокладки кабелей проходы между рядами шкафов или стоек не должны быть слишком узкими. Рекомендуемое расстояние между передними сторонами стоек или шкафов (соседних рядов) — 1,2 м, а минимальное — 0,9 м. Расстояние между задними сторонами стоек или шкафов (опять же соседних рядов) должно составлять 0,9 м, а минимальное — 0,6 м.

Размещать ряды стоек или шкафов нужно так, чтобы можно было снимать плиты фальшпола спереди и сзади ряда. Таким образом, все шкафы следует выравнивать вдоль краев плит фальшпола. Чтобы резьбовые стержни, которыми монтажные стойки крепятся к межэтажным перекрытиям, не попадали на крепежные элементы плит фальшпола, стойки устанавливаются ближе к центру этих плит.

Размеры прорезей в плитах фальшпола, находящихся под стойками или шкафами, должны быть не больше, чем это необходимо, чтобы свести к минимуму снижение давления воздуха под фальшполом. Кроме того, для минимизации продольной электромагнитной связи между силовыми и телекоммуникационными кабелями из витых пар в стандарте TIA/EIA-942 оговорены требования к расстоянию между ними.

Стандарт TIA/EIA-942 разрабатывается с целью удовлетворения потребности ИТ-отрасли в рекомендациях по проектированию инфраструктуры для любого ЦОД независимо от его размеров (небольшой, средний или крупный) и характера использования (корпоративный ЦОД или ЦОД, в котором базируются Интернет-серверы разных компаний).

[ http://www.ccc.ru/magazine/depot/04_13/read.html?1102.htm]

Тематики

• ЦОДы (центры обработки данных)

EN

• telecommunications infrustructure standard for data centers

стандарт на телекоммуникационную инфраструктуру центров обработки данных (ЦОД)
-
[Интент]

Стандарт TIA/EIA-942

Ассоциация TIA завершает разработку стандарта на телекоммуникационную инфраструктуру ЦОД—TIA/EIA-942 (Telecommunications Infrustructure Standard for Data Centers), который, по всей вероятности, будет опубликован в начале 2005 г. Основная цель данного стандарта — предоставить разработчикам исчерпывающую информацию о проектировании инфраструктуры ЦОД, в том числе сведения о планировке его помещений и структуре кабельной системы. Он призван способствовать взаимодействию архитекторов, инженеров-строителей и телекоммуникационных инженеров.

Помимо рекомендаций по проектированию, в стандарте содержатся приложения с информацией по широкому кругу тем, связанных с организацией ЦОД. Вот некоторые из них: выбор места для развертывания ЦОД; администрирование его кабельной системы; архитектурные вопросы; обеспечение безопасности и защита от огня; электрические, заземляющие и механические системы; взаимодействие с операторами сетей общего пользования.

Кроме того, в спецификациях стандарта отражены принятые в отрасли уровни надежности ЦОД. Уровень 1 обозначает отсутствие резервирования подсистем, а значит, низкую степень отказоустойчивости, а уровень 4 — высочайшую степень отказоустойчивости.

Помещения и участки ЦОД

Стандарт TIA/EIA-942 определяет ЦОД как здание или его часть, предназначенные для организации компьютерного зала и необходимых для функционирования последнего вспомогательных служб. Компьютерный зал — это часть ЦОД, основным предназначением которой является размещение оборудования обработки данных.

В стандарте обозначены требования к компьютерному залу и комнатам для ввода кабелей (от сетей общего пользования). Так, для этих помещений определены: высота потолка (2,6 м); покрытие полов и стен; характеристики освещения; нагрузка на полы (минимальная — 732 кг/м2, рекомендуемая — 1220 кг/м2); параметры систем нагревания, вентиляции и кондиционирования воздуха; температура воздуха (20—25 °С), относительная влажность (40—55%); характеристики систем электропитания, заземления и противопожарной защиты.

В число телекоммуникационных помещений и участков ЦОД входят:

• Комната для ввода кабелей.

• Главный распределительный пункт (Main Distribution Area — MDA).

• Распределительный пункт горизонтальной подсистемы кабельной системы ЦОД (Horizontal Distribution Area — HDA).

• Распределительный пункт зоны (Zone Distribution Area — ZDA).

• Распределительный пункт оборудования (Equipment Distribution Area — EDA).

Комната для ввода кабелей — это помещение, в котором кабельная система ЦОД соединяется с кабельными системами кампуса и операторов сетей общего пользования. Она может находиться как снаружи, так и внутри компьютерного зала. При организации соединения названных кабельных систем внутри компьютерного зала соответствующие средства можно оборудовать в MDA.

С целью резервирования элементов инфраструктуры ЦОД или соблюдения ограничений на максимальную длину каналов связи в ЦОД можно организовать несколько комнат для ввода кабелей. Например, максимальная длина канала T-1, как правило, не должна превышать 200 м, тогда как типичное ограничение на длину канала T-3 составляет 137 м. Однако использование тех или иных типов кабеля и промежуточных коммутационных панелей в ряде случаев суще-ственно уменьшает максимально допустимую длину линии. В стандарте TIA/EIA-942 имеются рекомендации по максимальной длине кабельных каналов в ЦОД.

MDA содержит главный кросс, являющийся центром коммутации каналов кабельной системы ЦОД. В помещении MDA могут находиться и горизонтальные кроссы, предназначенные для коммутации горизонтальных кабелей, идущих к оборудованию, которое напрямую взаимодействует с оборудованием MDA. Кроме того, в помещении MDA обычно устанавливают маршрутизаторы и магистральные коммутаторы локальной сети и сети SAN ЦОД. Согласно стандарту, ЦОД должен иметь по крайней мере один MDA, а в целях резервирования допускается организация второго MDA.

Помещение HDA предназначено для установки горизонтального кросса, с помощью которого осуществляется коммутация горизонтальных кабелей, идущих к оборудованию EDA, а также переключателей KVM и коммутаторов ЛВС и SAN, взаимодействующих с оборудованием HDA.

ZDA — факультативный элемент горизонтальной подсистемы, располагающийся между HDA и EDA. Он призван обеспечить гибкость реконфигурации этой подсистемы. В ZDA горизонтальные кабели терминируются в зоновых розетках или точках консолидации. Подключение оборудования к зоновым розеткам осуществляется посредством соединительных кабелей. Стандарт не рекомендует размещать в ZDA коммутационную панель или активное оборудование, за исключением устройств подачи электропитания по горизонтальным кабелям.

EDA — это участок ЦОД, выделенный для размещения оконечного оборудования, в том числе компьютеров и телекоммуникационных устройств. В EDA горизонтальные кабели терминируются на розетках, которые обычно располагают на коммутационных панелях, устанавливаемых в монтажных стойках или шкафах. Стандартом допускается и соединение устройств EDA напрямую друг с другом (например, blade-серверы могут напрямую подключаться к коммутаторам, а обычные серверы — к периферийным устройствам).

В составе ЦОД вне пределов компьютерного зала можно оборудовать телекоммуникационную комнату, предназначенную для поддержки горизонтальных кабелей, проложенных к офисам обслуживающего персонала, центру управления, помещениям с механическим и электрическим оборудованием и другим помещениям или участкам ЦОД, расположенным вне стен компьютерного зала. Типичный ЦОД имеет одну или две комнаты для ввода кабелей, одну или несколько телекоммуникационных комнат, один MDA и несколько HDA.

Кабельная система ЦОД состоит из следующих элементов:

• горизонтальная подсистема;

• магистральная подсистема;

• входной кросс, находящийся в комнате для ввода кабелей или в помещении MDA (если комната ввода кабелей объединена с MDA);

• главный кросс, установленный в MDA;

• горизонтальный кросс, размещенный в HDA, MDA или в телекоммуникационной комнате;

• зоновая розетка или точка консолидации, смонтированная в ZDA;

• розетка, установленная в EDA.

Горизонтальная подсистема — это часть кабельной системы ЦОД, проходящая между розеткой в EDA (или зоновой розеткой в ZDA) и горизонтальным кроссом, который находится в HDA или MDA. В состав горизонтальной подсистемы может входить факультативная точка консолидации. Магистральная подсистема связывает MDA с HDA, телекоммуникационными комнатами и комнатами для ввода кабелей.

Топология кабельной системы

Горизонтальная и магистральная подсистемы кабельной системы ЦОД имеют топологию типа “звезда”. Горизонтальные кабели подключаются к горизонтальному кроссу в HDA или MDA. С целью резервирования путей передачи данных разные розетки в EDA или ZDA можно соединять (горизонтальными кабелями) с разными горизонтальными кроссами.

В звездообразной топологии магистральной подсистемы каждый горизонтальный кросс, расположенный в HDA, подключен напрямую к главному кроссу в MDA. Промежуточных кроссов в кабельной инфраструктуре ЦОД не предусмотрено.

Чтобы повысить надежность работы инфраструктуры, как уже отмечалось, допускается резервирование HDA. В этом случае все горизонтальные кроссы должны быть связаны с основным и резервным HDA.

Стоит также отметить, что для резервирования элементов инфраструктуры и поддержки приложений, которые не могут функционировать из-за того, что длина путей передачи данных в рамках звездообразной топологии превышает максимальную дальность связи с использованием этих приложений, допускается организация прямых кабельных соединений между HDA. Кроме того, для соблюдения ограничений на максимальную длину кабельных каналов разрешено организовывать прямые соединения между второй комнатой для ввода кабелей и помещениями HDA.

Типы кабелей

Для поддержки разнообразных приложений стандарт TIA/EIA-942 допускает установку самых разных типов кабелей, но при этом в новых инсталляциях рекомендует использовать кабели с максимально широкой полосой пропускания. Это весьма значительно увеличивает возможный срок службы кабельной инфраструктуры ЦОД.

К разрешенным стандартом типам кабелей относятся:

• 100-Ом кабель из витых пар, соответствующий стандарту ANSI/TIA/EIA-568-B.2; рекомендуется использовать кабель категории 6, специфицированный в приложении ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1.

• Кабель с 62,5/125-мкм или 50/125-мкм многомодовым волокном, соответствующий стандарту ANSI/TIA/EIA-568-B.3; рекомендуется использовать 50/125-мкм многомодовое волокно, оптимизированное для работы с 850-нм лазером и специфицированное в документе ANSI/TIA-568-B.3-1.

• Одномодовый оптоволоконный кабель стандарта ANSI/TIA/EIA-568-B.3.

• 75-Ом коаксиальный кабель (типа 734 или 735), соответствующий документу GR-139-CORE фирмы Telcordia Technologies, и коаксиальные разъемы стандарта ANSI T1.404. Эти кабели и разъемы рекомендованы для организации каналов T-3, E-1 и E-3.

Прокладка кабелей и размещение оборудования

Для прокладки кабелей в ЦОД стандарт TIA/EIA-942 разрешает использовать самые разные полости и конструкции, включая пространство под фальшполом и верхние кабельные лотки, уже получившие широкое распространение в ЦОД. Стандарт рекомендует реализовывать фальшполы в тех ЦОД, где предполагается высокая концентрация оборудования с большим энергопотреблением, или устанавливать большую компьютерную систему, сконструированную для подвода кабелей снизу. Под фальшполом телекоммуникационные кабели следует размещать в кабельных лотках, причем они не должны мешать потоку воздуха и иметь острых краев.

Верхние кабельные лотки стандарт рекомендует подвешивать к потолку, а не прикреплять их к верхним частям монтажных стоек или шкафов. Это обеспечивает большую гибкость применения монтажного оборудования разной высоты. И еще. Размещать осветительные приборы и водораспыляющие головки нужно в проходах между рядами стоек или шкафов с оборудованием, а не прямо над ними.

Согласно стандарту, для организации так называемых холодных и горячих проходов между рядами стоек или шкафов с оборудованием их следует устанавливать таким образом, чтобы стойки или шкафы соседних рядов были обращены либо передними, либо задними сторонами друг к другу. Холодные проходы образуются впереди стоек или шкафов — в этих проходах плиты фальшпола имеют отверстия, через которые в помещение ЦОД поступает холодный воздух. Силовые кабели обычно прокладывают под холодными проходами. Соседние с ними проходы называются горячими — в ту сторону обращены задние части шкафов или стоек. Лотки с телекоммуникационными кабелями, как правило, располагают под горячими проходами.

В стойках или шкафах оборудование должно быть смонтировано так, чтобы его вентиляционные отверстия, через которые всасывается холодный воздух, находились в передней части шкафа или стойки, а выход горячего воздуха осуществлялся в задней части. В противном случае система охлаждения оборудования, основанная на концепции холодных и горячих проходов, не будет работать. Данная концепция ориентирована на устройства, в которых охлаждающий воздух перемещается от передней панели к задней.

Чтобы обеспечивать надлежащее охлаждение установленного оборудования, монтажные шкафы должны иметь средства воздухообмена. Если шкафы не оснащены вентиляторами, способствующими более эффективному функционированию горячих и холодных проходов, то в дверях шкафов должно быть большое число вентиляционных отверстий или прорезей, общая площадь которых составляла бы не менее половины площади двери.

Для удобства монтажа оборудования и прокладки кабелей проходы между рядами шкафов или стоек не должны быть слишком узкими. Рекомендуемое расстояние между передними сторонами стоек или шкафов (соседних рядов) — 1,2 м, а минимальное — 0,9 м. Расстояние между задними сторонами стоек или шкафов (опять же соседних рядов) должно составлять 0,9 м, а минимальное — 0,6 м.

Размещать ряды стоек или шкафов нужно так, чтобы можно было снимать плиты фальшпола спереди и сзади ряда. Таким образом, все шкафы следует выравнивать вдоль краев плит фальшпола. Чтобы резьбовые стержни, которыми монтажные стойки крепятся к межэтажным перекрытиям, не попадали на крепежные элементы плит фальшпола, стойки устанавливаются ближе к центру этих плит.

Размеры прорезей в плитах фальшпола, находящихся под стойками или шкафами, должны быть не больше, чем это необходимо, чтобы свести к минимуму снижение давления воздуха под фальшполом. Кроме того, для минимизации продольной электромагнитной связи между силовыми и телекоммуникационными кабелями из витых пар в стандарте TIA/EIA-942 оговорены требования к расстоянию между ними.

Стандарт TIA/EIA-942 разрабатывается с целью удовлетворения потребности ИТ-отрасли в рекомендациях по проектированию инфраструктуры для любого ЦОД независимо от его размеров (небольшой, средний или крупный) и характера использования (корпоративный ЦОД или ЦОД, в котором базируются Интернет-серверы разных компаний).

[ http://www.ccc.ru/magazine/depot/04_13/read.html?1102.htm]

Тематики

• ЦОДы (центры обработки данных)

EN

• telecommunications infrustructure standard for data centers

информационный центр сети
—
[Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо-русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• network information center
• NIC

почти мгновенное компандирование
Метод адаптивного компандирования в PCM кодере, при котором сигнал с выхода АЦП разбивается на блоки по N отсчетов в каждом (обычно N =8-16). Из N отсчетов в каждом блоке определяется тот, который имеет максимальный уровень: относительно него осуществляется перекодирование всех остальных (N-1) отсчетов. Такой метод позволяет снизить скорость передачи по сравнению с РСМ-64 до 32-56 кбит/с при сохранении заданного качества передачи.
[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• near instantaneous companding
• NIC

Сетевой Информационный Центр
Изначально этот центр был единственным, располагался при SRI International и решал задачи управления сетью сообщества ARPANET (позднее и DDN). Сегодня существует множество центров на уровне локальных, региональных и национальных сетей по всему миру. Такие центры обеспечивают поддержку пользователей, доступ к документам, обучение и многое другое. 
[ http://www.lexikon.ru/dict/net/index.html]

Тематики

• сети вычислительные

EN

• network information center
• NIC

сетевая интерфейсная карта (плата)
Плата, реализующая определенный стандарт ЛВС и системный интерфейс ПЭВМ, например Ethernet и AT-bus, и поддерживаемая соответствующей сетевой ОС, например Netware фирмы Novell.
[Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо-русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• network interface card
• NIC

сетевая интерфейсная плата
Сетевой адаптер, устанавливаемый в компьютер и позволяющий осуществить связь в локальной сети. Типовая плата адаптера имеет 6-байтовый номер: первые три цифры указывают на производителя, а следующие три являются ее уникальным номером.
[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• NIC
• Network Interface Card

сетевая карта
сетевой адаптер
сетевой интерфейс
Компонент компьютера для подключения к вычислительной сети.
[ http://www.morepc.ru/dict/]

сетевой адаптер
Периферийное устройство (плата), обеспечивающее соединение компьютера и ЛВС. 
[ http://www.lexikon.ru/dict/net/index.html]

Сетевой адаптер (NIC: Network Interface Card) -
устройство, выполняющее функции сопряжения ЭВМ с каналами связи; они реализуют ввод-вывод данных с оконечного оборудования в сеть.

Сетевые адаптеры (другие названия - сетевые карты, интерфейсные карты, сетевые платы) имеют передающую и принимающую части, которые в случае поддержки полного дуплекса должны быть независимы друг от друга.

Функции сетевых адаптеров

Функции передающей части:

• принять от центрального процессора блок данных и адрес назначения;
• сформировать кадр (добавить свой адрес в поле адреса источника, CRC-код и пр.);
• получить доступ к среде передачи;
• передать кадр;
• в случае обнаружения коллизии повторить передачу;
• сообщить процессору об успехе или невозможности передачи.

Функции приемной части:

• просмотр заголовков всех кадров, проходящих в линии;
• извлечение из линии кадров, адресованных данному узлу;
• помещение кадра в собственный буфер памяти;
• проверка кадра на отсутствие ошибок (проверка по длине кадра, по CRC);
• уведомление центрального процессора о приеме кадра;
• передача кадра из локального буфера адаптера в системную память.

Архитектура сетевых адаптеров

Обязательные узлы адаптеров:

• физический интерфейс подключения к среде передачи и схемы организации доступа к среде передачи;
• буферная память для передаваемых и принимаемых кадров;
• схема прерываний для уведомления центрального процессора об асинхронных событиях (таких, как завершение передачи, прием кадра);
• средства доставки кадра между буфером кадров и системной памятью;
• устройство управления, реализующее логику работы адаптера.

Дополнительные узлы адаптеров:

• микросхема ПЗУ удаленной загрузки:
  на плате адаптера может располагаться микросхема постоянного запоминающего устройства (так же называемая Boot ROM) для создания т.н. бездисковых рабочих станций. Это компьютеры, в которых нет ни винчестера, ни флоппи-дисководов. Загрузка операционной системы выполняется из сети, и выполняет ее программа, записанная в микросхеме дистанционной загрузки;
• средства "пробуждения" по сети;
• собственный процессор.

Факторы, влияющие на скорость обмена данными
Скорость обмена данными по сети зависит от нескольких факторов:

1. от скорости передачи данных между локальной памятью адаптера и системной памятью;
2. от возможности параллельного выполнения нескольких операций;

Скорость передачи данных между локальной памятью адаптера и системной памятью, в свою очередь, зависит от средств "доставки". Существуют различные средства "доставки" данных между локальным буфером и системной памятью:

• каналы прямого доступа к памяти (DMA) - это довольно медленная транспортировка данных;
• программный ввод/вывод (PIO) - данное средство действует более быстро, но полностью загружает центральный процессор на время передачи;
• прямое управление шиной - это средство наиболее эффективно при наличии собственного процессора (не загружается центральный процессор, что особенно важно для серверов).

Классификация адаптеров

Адаптеры можно подразделить на адаптеры для рабочих станций и адаптеры для серверов.
Адаптеры для рабочих станций проще и дешевле, скорость - до 100 Мбит/с, полный дуплекс используется редко. Распространены двухскоростные адаптеры: 10/100 Мбит/с. Часто имеют функцию "пробуждения по сети" (remote wake up).
Адаптеры для серверов наделяются интеллектом для прямого управления шиной и параллельной работы узлов адаптера. Выполняют некоторые задачи управления трафиком. Типовая скорость - 100 Мбит/с.

Разъемы адаптеров
Адаптеры могут иметь по нескольку (обычно не более 2) разъемов:

• BNC - байонетный разъем для коаксиального кабеля;
• AUI - розетка для подключения внешнего адаптера (трансивера);
• RJ-45 - восьмиконтактное гнездо для подключения кабеля "витая пара";
• SC - оптический разъем для подключения оптоволоконного кабеля.

При наличии нескольких разъемов одновременно они использоваться не могут.

Многопортовые серверные карты имеют несколько независимых адаптеров, каждый - со своим интерфейсом.

BNC-разъем предназначен для подключения Т-коннектора (тройниковый соединитель). Т-коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах.

На открытых концах сети помещаются специальные заглушки - терминаторы, которые подключаются к свободным конца Т-коннекторов (коаксиальные разъемы, в корпусе которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом). Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. В каждом сегменте сети можно соединять только один терминатор.

AUI-розетка предназначена для подключения трансиверного кабеля. Этот многожильный экранированный кабель соединяет рабочую станцию с устройством, называемым трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому коаксиальном кабелю. На корпусе трансивера имеется 3 разъема: два - для подключения толстого коаксиального кабеля и один - для подключения трансиверного кабеля.

Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными разъемами.

Системные ресурсы
Сетевые карты потребляют следующие системные ресурсы компьютера:

• Пространство ввода-вывода -
  используется для обращения к регистрам адаптера при инициализации, текущем управлении, опросе состояния, передаче данных.
• Запрос прерывания -
  это одна линия (IRQ 3, 5, 7, 9, 10, 11, 12 или 15), активизируемая по приему кадра, адресованного данному узлу, а также по окончании передачи кадра. Прерывания - самый дефицитный ресурс ПК, из-за него часто возникают конфликты. Без прерываний сетевые карты работать не могут, при некорректном назначении обращения к сети - "зависают". Используемый номер прерывания должен быть с помощью CMOS Setup компьютера закреплен за шиной, на которой установлен адаптер.
• Канал прямого доступа к памяти (DMA) -
  используется в некоторых старых картах ISA/EISA.
• Разделяемая память адаптера (adapter RAM) -
  буфер для передаваемых и принимаемых кадров. Для карт ISA обычно приписывается к области верхней памяти (UMA). Карты PCI могут располагаться в любом месте адресного пространства, не занятого оперативной памятью компьютера. Разделяемую память используют не все модели карт.
• Постоянная память адаптера (adapter ROM) -
  область адресов для модулей расширения ROM BIOS. Используется для установки ПЗУ удаленной загрузки и антивирусной защиты.

Конфигурирование
Конфигурирование адаптера - настройка на использование системных ресурсов компьютера и выбор среды передачи. Способы конфигурирования зависят от модели карты:

• с помощью переключателей (джамперов), установленных на карте. Используется на адаптерах первых поколений шины ISA;
• Если сетевой адаптер не поддерживает стандарт Plug&Play, то, перед тем как вставить сетевой адаптер в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью переключателей, расположенных на плате адаптера задать правильные значения для портов ввода/вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной загрузки бездисковой станции.
• с помощью специальных утилит - для карт на шинах ISA, EISA, MCA;
• автоматическое конфигурирование - P&P для шин ISA и PCI. Распределение ресурсов осуществляется на этапе загрузки ОС.

[ http://sharovt.narod.ru/l09.htm]

Тематики

• сети вычислительные

Синонимы

• сетевой адаптер
• сетевой интерфейс

EN

• Network Interface Card
• NIC

сетевой информационный центр
Узел, ответственный за информационное обеспечение сети и предоставление услуг, связанных с регистрацией абонентов, организацией доступа к сетевому каталогу и др.
[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• NIC
• Network Information Center

система управления ядерным оборудованием АЭС
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

EN

• nuclear island control
• NIC

ядерный информационный центр
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

EN

• nuclear information center
• NIC

синхронизация времени
-
[ ГОСТ Р МЭК 60870-5-103-2005]

Также нормированы допустимые временные задержки для различных видов сигналов, включая дискретные сигналы, оцифрованные мгновенные значения токов и напряжений, сигналы синхронизации времени и т.п.
[Новости Электротехники №4(76) | СТАНДАРТ МЭК 61850]

Широковещательное сообщение, как правило, содержит адрес отправителя и глобальный адрес получателя. Примером широковещательного сообщения служит синхронизация времени.
[ ГОСТ Р 54325-2011 (IEC/TS 61850-2:2003)]

Устройства последних поколений дают возможность синхронизации времени с точностью до микросекунд с помощью GPS.

С помощью этого интерфейса сигнал синхронизации времени (от радиоприемника DCF77 сигнал точного времени из Braunschweig, либо от радиоприемника iRiG-B сигнал точного времени  глобальной спутниковой системы GPS) может быть передан в терминал для точной синхронизации времени.
[Герхард Циглер. ЦИФРОВАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА. ПРИНЦИПЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с английского ]

В  том  случае  если  принятое  сообщение  искажено ( повреждено)  в  результате неисправности  канала  связи  или  в  результате  потери  синхронизации  времени, пользователь имеет возможность...

2.13 Синхронизация часов реального времени сигналом по оптовходу 
В современных системах релейной защиты зачастую требуется синхронизированная работа часов всех реле в системе для восстановления хронологии работы разных реле.
Это может быть выполнено с использованием сигналов синхронизации времени   по интерфейсу IRIG-B, если  реле  оснащено  таким  входом  или  сигналом  от  системы OP
[Дистанционная защита линии MiCOM P443/ ПРИНЦИП  РАБОТЫ]

СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕНИ СОГЛАСНО СТАНДАРТУ IEEE 1588

Автор: Андреас Дреер (Hirschmann Automation and Control)

Вопрос синхронизации устройств по времени важен для многих распределенных систем промышленной автоматизации. При использовании протокола Precision Time Protocol (PTP), описанного стандартом IEEE 1588, становится возможным выполнение синхронизации внутренних часов устройств, объединенных по сети Ethernet, с погрешностями, не превышающими 1 микросекунду. При этом к вычислительной способности устройств и пропускной способности сети предъявляются относительно низкие требования. В 2008 году была утверждена вторая редакция стандарта (IEEE 1588-2008 – PTP версия 2) с рядом внесенных усовершенствований по сравнению с первой его редакцией.

ЗАЧЕМ НЕОБХОДИМА СИНХРОНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ ПО ВРЕМЕНИ?

Во многих системах должен производиться отсчет времени. О неявной системе отсчета времени можно говорить тогда, когда в системе отсутствуют часы и ход времени определяется процессами, протекающими в аппаратном и программном обеспечении. Этого оказывается достаточно во многих случаях. Неявная система отсчета времени реализуется, к примеру, передачей сигналов, инициирующих начало отсчета времени и затем выполнение определенных действий, от одних устройств другим.

Система отсчета времени считается явной, если показания времени в ней определяются часами. Указанное необходимо для сложных систем. Таким образом, осуществляется разделение процедур передачи данных о времени и данных о процессе.

Два эффекта должны быть учтены при настройке или синхронизации часов в отдельных устройствах. Первое – показания часов в отдельных устройствах изначально отличаются друг от друга (смещение показаний времени друг относительно друга). Второе – реальные часы не производят отсчет времени с одинаковой скоростью. Таким образом, требуется проводить постоянную корректировку хода самых неточных часов.

ПРЕДЫДУЩИЕ РЕШЕНИЯ

Существуют различные способы синхронизации часов в составе отдельных устройств, объединенных в одну информационную сеть. Наиболее известные способы – это использование протокола NTP (Network Time Protocol), а также более простого протокола, который образован от него – протокола SNTP (Simple Network Time Protocol). Данные методы широко распространены для использования в локальных сетях и сети Интернет и позволяют обеспечивать синхронизацию времени с погрешностями в диапазоне миллисекунд. Другой вариант – использование радиосигналов с GPS спутников. Однако при использовании данного способа требуется наличие достаточно дорогих GPS-приемников для каждого из устройств, а также GPS-антенн. Данный способ теоретически может обеспечить высокую точность синхронизации времени, однако материальные затраты и трудозатраты обычно препятствуют реализации такого метода синхронизации.

Другим решением является передача высокоточного временного импульса (например, одного импульса в секунду) каждому отдельному устройству по выделенной линии. Реализация данного метода влечет за собой необходимость создания выделенной линии связи к каждому устройству.

Последним методом, который может быть использован, является протокол PTP (Precision Time Protocol), описанный стандартом IEEE 1588. Протокол был разработан со следующими целями:

• Обеспечение синхронизация времени с погрешностью, не превышающей 1 микросекунды.
• Предъявление минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности линии связи, что позволило бы обеспечить реализацию протокола в простых и дешевых устройствах.
  • Предъявление невысоких требований к обслуживающему персоналу.
  • Возможность использования в сетях Ethernet, а также в других сетях.
  • Спецификация его как международного стандарта.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Протокол PTP может быть применен в различного рода системах. В системах автоматизации, протокол PTP востребован везде, где требуется точная синхронизация устройств по времени. Протокол позволяет синхронизировать устройства в робототехнике или печатной промышленности, в системах осуществляющих обработку бумаги и упаковку продукции и других областях.

В общем и целом в любых системах, где осуществляется измерение тех или иных величин и их сравнение с величинами, измеренными другими устройствами, использование протокола PTP является популярным решением. Системы управления турбинами используют протокол PTP для обеспечения более эффективной работы станций. События, происходящие в различных частях распределенных в пространстве систем, определяются метками точного времени и затем для целей архивирования и анализа осуществляется их передача на центры управления. Геоученые используют протокол PTP для синхронизации установок мониторинга сейсмической активности, удаленных друг от друга на значительные расстояния, что предоставляет возможность более точным образом определять эпицентры землетрясений. В области телекоммуникаций рассматривают возможность использования протокола PTP для целей синхронизации сетей и базовых станций. Также синхронизация времени согласно стандарту IEEE 1588 представляет интерес для разработчиков систем обеспечения жизнедеятельности, систем передачи аудио и видео потоков и может быть использована в военной промышленности.

В электроэнергетике протокол PTPv2 (протокол PTP версии 2) определен для синхронизации интеллектуальных электронных устройств (IED) по времени. Например, при реализации шины процесса, с передачей мгновенных значений тока и напряжения согласно стандарту МЭК 61850-9-2, требуется точная синхронизация полевых устройств по времени. Для реализации систем защиты и автоматики с использованием сети Ethernet погрешность синхронизации данных различных устройств по времени должна лежать в микросекундном диапазоне.

Также для реализации функций синхронизированного распределенного векторного измерения электрических величин согласно стандарту IEEE C37.118, учета, оценки качества электрической энергии или анализа аварийных событий необходимо наличие устройств, синхронизированных по времени с максимальной точностью, для чего может быть использован протокол PTP.

Вторая редакция стандарта МЭК 61850 определяет использование в системах синхронизации времени протокола PTP. Детализация профиля протокола PTP для использования на объектах электроэнергетики (IEEE Standard Profile for Use of IEEE 1588 Precision Time Protocol in Power System Applications) в настоящее время осуществляется рабочей группой комитета по релейной защите и автоматике организации (PSRC) IEEE.

ПРОТОКОЛ PTP ВЕРСИИ 2

В 2005 году была начата работа по изменению стандарта IEEE1588-2002 с целью расширения возможных областей его применения (телекоммуникации, беспроводная связь и в др.). Результатом работы стало новое издание IEEE1588-2008, которое доступно с марта 2008 со следующими новыми особенностями:

• Усовершенствованные алгоритмы для обеспечения погрешностей в наносекундном диапазоне.
• Повышенное быстродействие синхронизации времени (возможна более частая передача сообщений синхронизации Sync).
• Поддержка новых типов сообщений.
• Ввод однорежимного принципа работы (не требуется передачи сообщений типа FollowUp).
• Ввод поддержки функции т.н. прозрачных часов для предотвращения накопления погрешностей измерения при каскадной схеме соединения коммутаторов.
• Ввод профилей, определяющих настройки для новых областей применения.
• Возможность назначения на такие транспортные механизмы как DeviceNet, PROFInet и IEEE802.3/Ethernet (прямое назначение).
• Ввод структуры TLV (тип, длина, значение) для расширения возможных областей применения стандарта и удовлетворения будущих потребностей.
• Ввод дополнительных опциональных расширений стандарта.

ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА PTP

В системах, где используется протокол PTP, различают два вида часов: ведущие часы и ведомые часы. Ведущие часы, в идеале, контролируются либо радиочасами, либо GPS-приемниками и осуществляют синхронизацию ведомых часов. Часы в конечном устройстве, неважно ведущие ли они или ведомые, считаются обычными часами; часы в составе устройств сети, выполняющих функцию передачи и маршрутизации данных (например, в Ethernet-коммутаторах), считаются граничными часами.

Процедура синхронизации согласно протоколу PTP подразделяется на два этапа. На первом этапе осуществляется коррекция разницы показаний времени между ведущими и ведомыми часами – то есть осуществляется так называемая коррекция смещения показаний времени. Для этого ведущее устройство осуществляет передачу сообщения для целей синхронизации времени Sync ведомому устройству (сообщение типа Sync). Сообщение содержит в себе текущее показание времени ведущих часов и его передача осуществляется периодически через фиксированные интервалы времени. Однако поскольку считывание показаний ведущих часов, обработка данных и передача через контроллер Ethernet занимает некоторое время, информация в передаваемом сообщении к моменту его приема оказывается неактуальной.   Одновременно с этим осуществляется как можно более точная фиксация момента времени, в который сообщение Sync уходит от отправителя, в составе которого находятся ведущие часы (TM1). Затем ведущее устройство осуществляет передачу зафиксированного момента времени передачи сообщения Sync ведомым устройствам (сообщение FollowUp). Те также как можно точнее осуществляют измерение момента времени приема первого сообщения (TS1) и вычисляют величину, на которую необходимо выполнить коррекцию разницы в показаниях времени между собою и ведущим устройством соответственно (O) (см. рис. 1 и рис. 2). Затем непосредственно осуществляется коррекция показаний часов в составе ведомых устройств на величину смещения. Если задержки в передачи сообщений по сети не было, то можно утверждать, что устройства синхронизированы по времени.

На втором этапе процедуры синхронизации устройств по времени осуществляется определение задержки в передаче упомянутых выше сообщений по сети между устройствами. Указанное выполняется  при использовании сообщений специального типа. Ведомое устройство отправляет так называемое сообщение Delay Request (Запрос задержки в передаче сообщения по сети) ведущему устройству и осуществляет фиксацию момента передачи данного сообщения. Ведущее устройство фиксирует момент приема данного сообщения и отправляет зафиксированное значение в сообщении Delay Response (Ответное сообщение с указанием момента приема сообщения). Исходя из зафиксированных времен передачи сообщения Delay Request ведомым устройством и приема сообщения Delay Response ведущим устройством производится оценка задержки в передачи сообщения между ними по сети. Затем производится соответствующая коррекция показаний часов в ведомом устройстве. Однако все упомянутое выше справедливо, если характерна симметричная задержка в передаче сообщения в обоих направлениях между устройствами (то есть характерны одинаковые значения в задержке передачи сообщений в обоих направлениях).

Задержка в передачи сообщения в обоих направлениях будет идентичной в том случае, если устройства соединены между собой по одной линии связи и только. Если в сети между устройствами имеются коммутаторы или маршрутизаторы, то симметричной задержка в передачи сообщения между устройствами не будет, поскольку коммутаторы в сети осуществляют сохранение тех пакетов данных, которые проходят через них, и реализуется определенная очередность их передачи. Эта особенность может, в некоторых случаях, значительным образом влиять на величину задержки в передаче сообщений (возможны значительные отличия во временах передачи данных). При низкой информационной загрузке сети этот эффект оказывает малое влияние, однако при высокой информационной загрузке, указанное может значительным образом повлиять на точность синхронизации времени. Для исключения больших погрешностей был предложен специальный метод и введено понятие граничных часов, которые реализуются в составе коммутаторов сети. Данные граничные часы синхронизируются по времени с часами ведущего устройства. Далее коммутатор по каждому порту является ведущим устройством для всех ведомых устройств, подключенных к его портам, в которых осуществляется соответствующая синхронизация часов. Таким образом, синхронизация всегда осуществляется по схеме точка-точка и характерна практически одинаковая задержка в передаче сообщения в прямом и обратном направлении, а также практическая неизменность этой задержки по величине от одной передачи сообщения к другой.

Хотя принцип, основанный на использовании граничных часов показал свою практическую эффективность, другой механизм был определен во второй  версии протокола PTPv2 – механизм использования т. н. прозрачных часов. Данный механизм  предотвращает накопление погрешности, обусловленной изменением величины задержек в передаче сообщений синхронизации коммутаторами и предотвращает снижение точности синхронизации в случае наличия сети с большим числом каскадно-соединенных коммутаторов. При использовании такого механизма передача сообщений синхронизации осуществляется от ведущего устройства ведомому, как и передача любого другого сообщения в сети. Однако когда сообщение синхронизации проходит через коммутатор фиксируется задержка его передачи коммутатором. Задержка фиксируется в специальном поле коррекции в составе первого сообщения синхронизации Sync или в составе последующего сообщения FollowUp (см. рис. 2). При передаче сообщений Delay Request и Delay Response также осуществляется фиксация времени задержки их в коммутаторе. Таким образом, реализация поддержки т. н. прозрачных часов в составе коммутаторов позволяет компенсировать задержки, возникающие непосредственно в них.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Если необходимо использование протокола PTP в системе, должен быть реализован стек протокола PTP. Это может быть сделано при предъявлении минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности сети. Это очень важно для реализации стека протокола в простых и дешевых устройствах. Протокол PTP может быть без труда реализован даже в системах, построенных на дешевых контроллерах (32 бита).

Единственное требование, которое необходимо удовлетворить для обеспечения высокой точности синхронизации, – как можно более точное измерение устройствами момента времени, в который осуществляется передача сообщения, и момента времени, когда осуществляется прием сообщения. Измерение должно производится максимально близко к аппаратной части (например, непосредственно в драйвере) и с максимально возможной точностью. В реализациях исключительно на программном уровне архитектура и производительность системы непосредственно ограничивают максимально допустимую точность.

При использовании дополнительной поддержки аппаратного обеспечения для присвоения меток времени, точность может быть значительным образом повышена и может быть обеспечена ее виртуальная независимость от программного обеспечения. Для этого необходимо использование дополнительной логики, которая может быть реализована в программируемой логической интегральной схеме или специализированной для решения конкретной задачи интегральной схеме на сетевом входе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Компания Hirschmann – один из первых производителей, реализовавших протокол PTP и оптимизировавших его использование. Компанией был разработан стек, максимально эффективно реализующий протокол, а также чип (программируемая интегральная логическая схема), который обеспечивает высокую точность проводимых замеров.

В системе, в которой несколько обычных часов объединены через Ethernet-коммутатор с функцией граничных часов, была достигнута предельная погрешность +/- 60 нс при практически полной независимости от загрузки сети и загрузки процессора. Также компанией была протестирована система, состоящая из 30 каскадно-соединенных коммутаторов, обладающих функцией поддержки т.н. прозрачных часов и были зафиксированы  погрешности менее в пределах +/- 200 нс.

Компания Hirschmann Automation and Control реализовала протоколы PTP версии 1 и версии 2 в промышленных коммутаторах серии MICE, а также в серии монтируемых на стойку коммутаторов MACH100.

ВЫВОДЫ

Протокол PTP во многих областях уже доказал эффективность своего применения. Можно быть уверенным, что он получит более широкое распространение в течение следующих лет и что многие решения при его использовании смогут быть реализованы более просто и эффективно чем при использовании других технологий.

[ Источник]

Тематики

• релейная защита
• телемеханика, телеметрия

EN

• clock synchronization
• time synchronization

синхронизация времени
-
[ ГОСТ Р МЭК 60870-5-103-2005]

Также нормированы допустимые временные задержки для различных видов сигналов, включая дискретные сигналы, оцифрованные мгновенные значения токов и напряжений, сигналы синхронизации времени и т.п.
[Новости Электротехники №4(76) | СТАНДАРТ МЭК 61850]

Широковещательное сообщение, как правило, содержит адрес отправителя и глобальный адрес получателя. Примером широковещательного сообщения служит синхронизация времени.
[ ГОСТ Р 54325-2011 (IEC/TS 61850-2:2003)]

Устройства последних поколений дают возможность синхронизации времени с точностью до микросекунд с помощью GPS.

С помощью этого интерфейса сигнал синхронизации времени (от радиоприемника DCF77 сигнал точного времени из Braunschweig, либо от радиоприемника iRiG-B сигнал точного времени  глобальной спутниковой системы GPS) может быть передан в терминал для точной синхронизации времени.
[Герхард Циглер. ЦИФРОВАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА. ПРИНЦИПЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с английского ]

В  том  случае  если  принятое  сообщение  искажено ( повреждено)  в  результате неисправности  канала  связи  или  в  результате  потери  синхронизации  времени, пользователь имеет возможность...

2.13 Синхронизация часов реального времени сигналом по оптовходу 
В современных системах релейной защиты зачастую требуется синхронизированная работа часов всех реле в системе для восстановления хронологии работы разных реле.
Это может быть выполнено с использованием сигналов синхронизации времени   по интерфейсу IRIG-B, если  реле  оснащено  таким  входом  или  сигналом  от  системы OP
[Дистанционная защита линии MiCOM P443/ ПРИНЦИП  РАБОТЫ]

СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕНИ СОГЛАСНО СТАНДАРТУ IEEE 1588

Автор: Андреас Дреер (Hirschmann Automation and Control)

Вопрос синхронизации устройств по времени важен для многих распределенных систем промышленной автоматизации. При использовании протокола Precision Time Protocol (PTP), описанного стандартом IEEE 1588, становится возможным выполнение синхронизации внутренних часов устройств, объединенных по сети Ethernet, с погрешностями, не превышающими 1 микросекунду. При этом к вычислительной способности устройств и пропускной способности сети предъявляются относительно низкие требования. В 2008 году была утверждена вторая редакция стандарта (IEEE 1588-2008 – PTP версия 2) с рядом внесенных усовершенствований по сравнению с первой его редакцией.

ЗАЧЕМ НЕОБХОДИМА СИНХРОНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ ПО ВРЕМЕНИ?

Во многих системах должен производиться отсчет времени. О неявной системе отсчета времени можно говорить тогда, когда в системе отсутствуют часы и ход времени определяется процессами, протекающими в аппаратном и программном обеспечении. Этого оказывается достаточно во многих случаях. Неявная система отсчета времени реализуется, к примеру, передачей сигналов, инициирующих начало отсчета времени и затем выполнение определенных действий, от одних устройств другим.

Система отсчета времени считается явной, если показания времени в ней определяются часами. Указанное необходимо для сложных систем. Таким образом, осуществляется разделение процедур передачи данных о времени и данных о процессе.

Два эффекта должны быть учтены при настройке или синхронизации часов в отдельных устройствах. Первое – показания часов в отдельных устройствах изначально отличаются друг от друга (смещение показаний времени друг относительно друга). Второе – реальные часы не производят отсчет времени с одинаковой скоростью. Таким образом, требуется проводить постоянную корректировку хода самых неточных часов.

ПРЕДЫДУЩИЕ РЕШЕНИЯ

Существуют различные способы синхронизации часов в составе отдельных устройств, объединенных в одну информационную сеть. Наиболее известные способы – это использование протокола NTP (Network Time Protocol), а также более простого протокола, который образован от него – протокола SNTP (Simple Network Time Protocol). Данные методы широко распространены для использования в локальных сетях и сети Интернет и позволяют обеспечивать синхронизацию времени с погрешностями в диапазоне миллисекунд. Другой вариант – использование радиосигналов с GPS спутников. Однако при использовании данного способа требуется наличие достаточно дорогих GPS-приемников для каждого из устройств, а также GPS-антенн. Данный способ теоретически может обеспечить высокую точность синхронизации времени, однако материальные затраты и трудозатраты обычно препятствуют реализации такого метода синхронизации.

Другим решением является передача высокоточного временного импульса (например, одного импульса в секунду) каждому отдельному устройству по выделенной линии. Реализация данного метода влечет за собой необходимость создания выделенной линии связи к каждому устройству.

Последним методом, который может быть использован, является протокол PTP (Precision Time Protocol), описанный стандартом IEEE 1588. Протокол был разработан со следующими целями:

• Обеспечение синхронизация времени с погрешностью, не превышающей 1 микросекунды.
• Предъявление минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности линии связи, что позволило бы обеспечить реализацию протокола в простых и дешевых устройствах.
  • Предъявление невысоких требований к обслуживающему персоналу.
  • Возможность использования в сетях Ethernet, а также в других сетях.
  • Спецификация его как международного стандарта.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Протокол PTP может быть применен в различного рода системах. В системах автоматизации, протокол PTP востребован везде, где требуется точная синхронизация устройств по времени. Протокол позволяет синхронизировать устройства в робототехнике или печатной промышленности, в системах осуществляющих обработку бумаги и упаковку продукции и других областях.

В общем и целом в любых системах, где осуществляется измерение тех или иных величин и их сравнение с величинами, измеренными другими устройствами, использование протокола PTP является популярным решением. Системы управления турбинами используют протокол PTP для обеспечения более эффективной работы станций. События, происходящие в различных частях распределенных в пространстве систем, определяются метками точного времени и затем для целей архивирования и анализа осуществляется их передача на центры управления. Геоученые используют протокол PTP для синхронизации установок мониторинга сейсмической активности, удаленных друг от друга на значительные расстояния, что предоставляет возможность более точным образом определять эпицентры землетрясений. В области телекоммуникаций рассматривают возможность использования протокола PTP для целей синхронизации сетей и базовых станций. Также синхронизация времени согласно стандарту IEEE 1588 представляет интерес для разработчиков систем обеспечения жизнедеятельности, систем передачи аудио и видео потоков и может быть использована в военной промышленности.

В электроэнергетике протокол PTPv2 (протокол PTP версии 2) определен для синхронизации интеллектуальных электронных устройств (IED) по времени. Например, при реализации шины процесса, с передачей мгновенных значений тока и напряжения согласно стандарту МЭК 61850-9-2, требуется точная синхронизация полевых устройств по времени. Для реализации систем защиты и автоматики с использованием сети Ethernet погрешность синхронизации данных различных устройств по времени должна лежать в микросекундном диапазоне.

Также для реализации функций синхронизированного распределенного векторного измерения электрических величин согласно стандарту IEEE C37.118, учета, оценки качества электрической энергии или анализа аварийных событий необходимо наличие устройств, синхронизированных по времени с максимальной точностью, для чего может быть использован протокол PTP.

Вторая редакция стандарта МЭК 61850 определяет использование в системах синхронизации времени протокола PTP. Детализация профиля протокола PTP для использования на объектах электроэнергетики (IEEE Standard Profile for Use of IEEE 1588 Precision Time Protocol in Power System Applications) в настоящее время осуществляется рабочей группой комитета по релейной защите и автоматике организации (PSRC) IEEE.

ПРОТОКОЛ PTP ВЕРСИИ 2

В 2005 году была начата работа по изменению стандарта IEEE1588-2002 с целью расширения возможных областей его применения (телекоммуникации, беспроводная связь и в др.). Результатом работы стало новое издание IEEE1588-2008, которое доступно с марта 2008 со следующими новыми особенностями:

• Усовершенствованные алгоритмы для обеспечения погрешностей в наносекундном диапазоне.
• Повышенное быстродействие синхронизации времени (возможна более частая передача сообщений синхронизации Sync).
• Поддержка новых типов сообщений.
• Ввод однорежимного принципа работы (не требуется передачи сообщений типа FollowUp).
• Ввод поддержки функции т.н. прозрачных часов для предотвращения накопления погрешностей измерения при каскадной схеме соединения коммутаторов.
• Ввод профилей, определяющих настройки для новых областей применения.
• Возможность назначения на такие транспортные механизмы как DeviceNet, PROFInet и IEEE802.3/Ethernet (прямое назначение).
• Ввод структуры TLV (тип, длина, значение) для расширения возможных областей применения стандарта и удовлетворения будущих потребностей.
• Ввод дополнительных опциональных расширений стандарта.

ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА PTP

В системах, где используется протокол PTP, различают два вида часов: ведущие часы и ведомые часы. Ведущие часы, в идеале, контролируются либо радиочасами, либо GPS-приемниками и осуществляют синхронизацию ведомых часов. Часы в конечном устройстве, неважно ведущие ли они или ведомые, считаются обычными часами; часы в составе устройств сети, выполняющих функцию передачи и маршрутизации данных (например, в Ethernet-коммутаторах), считаются граничными часами.

Процедура синхронизации согласно протоколу PTP подразделяется на два этапа. На первом этапе осуществляется коррекция разницы показаний времени между ведущими и ведомыми часами – то есть осуществляется так называемая коррекция смещения показаний времени. Для этого ведущее устройство осуществляет передачу сообщения для целей синхронизации времени Sync ведомому устройству (сообщение типа Sync). Сообщение содержит в себе текущее показание времени ведущих часов и его передача осуществляется периодически через фиксированные интервалы времени. Однако поскольку считывание показаний ведущих часов, обработка данных и передача через контроллер Ethernet занимает некоторое время, информация в передаваемом сообщении к моменту его приема оказывается неактуальной.   Одновременно с этим осуществляется как можно более точная фиксация момента времени, в который сообщение Sync уходит от отправителя, в составе которого находятся ведущие часы (TM1). Затем ведущее устройство осуществляет передачу зафиксированного момента времени передачи сообщения Sync ведомым устройствам (сообщение FollowUp). Те также как можно точнее осуществляют измерение момента времени приема первого сообщения (TS1) и вычисляют величину, на которую необходимо выполнить коррекцию разницы в показаниях времени между собою и ведущим устройством соответственно (O) (см. рис. 1 и рис. 2). Затем непосредственно осуществляется коррекция показаний часов в составе ведомых устройств на величину смещения. Если задержки в передачи сообщений по сети не было, то можно утверждать, что устройства синхронизированы по времени.

На втором этапе процедуры синхронизации устройств по времени осуществляется определение задержки в передаче упомянутых выше сообщений по сети между устройствами. Указанное выполняется  при использовании сообщений специального типа. Ведомое устройство отправляет так называемое сообщение Delay Request (Запрос задержки в передаче сообщения по сети) ведущему устройству и осуществляет фиксацию момента передачи данного сообщения. Ведущее устройство фиксирует момент приема данного сообщения и отправляет зафиксированное значение в сообщении Delay Response (Ответное сообщение с указанием момента приема сообщения). Исходя из зафиксированных времен передачи сообщения Delay Request ведомым устройством и приема сообщения Delay Response ведущим устройством производится оценка задержки в передачи сообщения между ними по сети. Затем производится соответствующая коррекция показаний часов в ведомом устройстве. Однако все упомянутое выше справедливо, если характерна симметричная задержка в передаче сообщения в обоих направлениях между устройствами (то есть характерны одинаковые значения в задержке передачи сообщений в обоих направлениях).

Задержка в передачи сообщения в обоих направлениях будет идентичной в том случае, если устройства соединены между собой по одной линии связи и только. Если в сети между устройствами имеются коммутаторы или маршрутизаторы, то симметричной задержка в передачи сообщения между устройствами не будет, поскольку коммутаторы в сети осуществляют сохранение тех пакетов данных, которые проходят через них, и реализуется определенная очередность их передачи. Эта особенность может, в некоторых случаях, значительным образом влиять на величину задержки в передаче сообщений (возможны значительные отличия во временах передачи данных). При низкой информационной загрузке сети этот эффект оказывает малое влияние, однако при высокой информационной загрузке, указанное может значительным образом повлиять на точность синхронизации времени. Для исключения больших погрешностей был предложен специальный метод и введено понятие граничных часов, которые реализуются в составе коммутаторов сети. Данные граничные часы синхронизируются по времени с часами ведущего устройства. Далее коммутатор по каждому порту является ведущим устройством для всех ведомых устройств, подключенных к его портам, в которых осуществляется соответствующая синхронизация часов. Таким образом, синхронизация всегда осуществляется по схеме точка-точка и характерна практически одинаковая задержка в передаче сообщения в прямом и обратном направлении, а также практическая неизменность этой задержки по величине от одной передачи сообщения к другой.

Хотя принцип, основанный на использовании граничных часов показал свою практическую эффективность, другой механизм был определен во второй  версии протокола PTPv2 – механизм использования т. н. прозрачных часов. Данный механизм  предотвращает накопление погрешности, обусловленной изменением величины задержек в передаче сообщений синхронизации коммутаторами и предотвращает снижение точности синхронизации в случае наличия сети с большим числом каскадно-соединенных коммутаторов. При использовании такого механизма передача сообщений синхронизации осуществляется от ведущего устройства ведомому, как и передача любого другого сообщения в сети. Однако когда сообщение синхронизации проходит через коммутатор фиксируется задержка его передачи коммутатором. Задержка фиксируется в специальном поле коррекции в составе первого сообщения синхронизации Sync или в составе последующего сообщения FollowUp (см. рис. 2). При передаче сообщений Delay Request и Delay Response также осуществляется фиксация времени задержки их в коммутаторе. Таким образом, реализация поддержки т. н. прозрачных часов в составе коммутаторов позволяет компенсировать задержки, возникающие непосредственно в них.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Если необходимо использование протокола PTP в системе, должен быть реализован стек протокола PTP. Это может быть сделано при предъявлении минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности сети. Это очень важно для реализации стека протокола в простых и дешевых устройствах. Протокол PTP может быть без труда реализован даже в системах, построенных на дешевых контроллерах (32 бита).

Единственное требование, которое необходимо удовлетворить для обеспечения высокой точности синхронизации, – как можно более точное измерение устройствами момента времени, в который осуществляется передача сообщения, и момента времени, когда осуществляется прием сообщения. Измерение должно производится максимально близко к аппаратной части (например, непосредственно в драйвере) и с максимально возможной точностью. В реализациях исключительно на программном уровне архитектура и производительность системы непосредственно ограничивают максимально допустимую точность.

При использовании дополнительной поддержки аппаратного обеспечения для присвоения меток времени, точность может быть значительным образом повышена и может быть обеспечена ее виртуальная независимость от программного обеспечения. Для этого необходимо использование дополнительной логики, которая может быть реализована в программируемой логической интегральной схеме или специализированной для решения конкретной задачи интегральной схеме на сетевом входе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Компания Hirschmann – один из первых производителей, реализовавших протокол PTP и оптимизировавших его использование. Компанией был разработан стек, максимально эффективно реализующий протокол, а также чип (программируемая интегральная логическая схема), который обеспечивает высокую точность проводимых замеров.

В системе, в которой несколько обычных часов объединены через Ethernet-коммутатор с функцией граничных часов, была достигнута предельная погрешность +/- 60 нс при практически полной независимости от загрузки сети и загрузки процессора. Также компанией была протестирована система, состоящая из 30 каскадно-соединенных коммутаторов, обладающих функцией поддержки т.н. прозрачных часов и были зафиксированы  погрешности менее в пределах +/- 200 нс.

Компания Hirschmann Automation and Control реализовала протоколы PTP версии 1 и версии 2 в промышленных коммутаторах серии MICE, а также в серии монтируемых на стойку коммутаторов MACH100.

ВЫВОДЫ

Протокол PTP во многих областях уже доказал эффективность своего применения. Можно быть уверенным, что он получит более широкое распространение в течение следующих лет и что многие решения при его использовании смогут быть реализованы более просто и эффективно чем при использовании других технологий.

[ Источник]

Тематики

• релейная защита
• телемеханика, телеметрия

EN

• clock synchronization
• time synchronization

синхронизация по тактам
тактовая синхронизация
—
[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

• информационные технологии в целом

Синонимы

• тактовая синхронизация

EN

• clock synchronization

синхронизация времени
-
[ ГОСТ Р МЭК 60870-5-103-2005]

Также нормированы допустимые временные задержки для различных видов сигналов, включая дискретные сигналы, оцифрованные мгновенные значения токов и напряжений, сигналы синхронизации времени и т.п.
[Новости Электротехники №4(76) | СТАНДАРТ МЭК 61850]

Широковещательное сообщение, как правило, содержит адрес отправителя и глобальный адрес получателя. Примером широковещательного сообщения служит синхронизация времени.
[ ГОСТ Р 54325-2011 (IEC/TS 61850-2:2003)]

Устройства последних поколений дают возможность синхронизации времени с точностью до микросекунд с помощью GPS.

С помощью этого интерфейса сигнал синхронизации времени (от радиоприемника DCF77 сигнал точного времени из Braunschweig, либо от радиоприемника iRiG-B сигнал точного времени  глобальной спутниковой системы GPS) может быть передан в терминал для точной синхронизации времени.
[Герхард Циглер. ЦИФРОВАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА. ПРИНЦИПЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с английского ]

В  том  случае  если  принятое  сообщение  искажено ( повреждено)  в  результате неисправности  канала  связи  или  в  результате  потери  синхронизации  времени, пользователь имеет возможность...

2.13 Синхронизация часов реального времени сигналом по оптовходу 
В современных системах релейной защиты зачастую требуется синхронизированная работа часов всех реле в системе для восстановления хронологии работы разных реле.
Это может быть выполнено с использованием сигналов синхронизации времени   по интерфейсу IRIG-B, если  реле  оснащено  таким  входом  или  сигналом  от  системы OP
[Дистанционная защита линии MiCOM P443/ ПРИНЦИП  РАБОТЫ]

СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕНИ СОГЛАСНО СТАНДАРТУ IEEE 1588

Автор: Андреас Дреер (Hirschmann Automation and Control)

Вопрос синхронизации устройств по времени важен для многих распределенных систем промышленной автоматизации. При использовании протокола Precision Time Protocol (PTP), описанного стандартом IEEE 1588, становится возможным выполнение синхронизации внутренних часов устройств, объединенных по сети Ethernet, с погрешностями, не превышающими 1 микросекунду. При этом к вычислительной способности устройств и пропускной способности сети предъявляются относительно низкие требования. В 2008 году была утверждена вторая редакция стандарта (IEEE 1588-2008 – PTP версия 2) с рядом внесенных усовершенствований по сравнению с первой его редакцией.

ЗАЧЕМ НЕОБХОДИМА СИНХРОНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ ПО ВРЕМЕНИ?

Во многих системах должен производиться отсчет времени. О неявной системе отсчета времени можно говорить тогда, когда в системе отсутствуют часы и ход времени определяется процессами, протекающими в аппаратном и программном обеспечении. Этого оказывается достаточно во многих случаях. Неявная система отсчета времени реализуется, к примеру, передачей сигналов, инициирующих начало отсчета времени и затем выполнение определенных действий, от одних устройств другим.

Система отсчета времени считается явной, если показания времени в ней определяются часами. Указанное необходимо для сложных систем. Таким образом, осуществляется разделение процедур передачи данных о времени и данных о процессе.

Два эффекта должны быть учтены при настройке или синхронизации часов в отдельных устройствах. Первое – показания часов в отдельных устройствах изначально отличаются друг от друга (смещение показаний времени друг относительно друга). Второе – реальные часы не производят отсчет времени с одинаковой скоростью. Таким образом, требуется проводить постоянную корректировку хода самых неточных часов.

ПРЕДЫДУЩИЕ РЕШЕНИЯ

Существуют различные способы синхронизации часов в составе отдельных устройств, объединенных в одну информационную сеть. Наиболее известные способы – это использование протокола NTP (Network Time Protocol), а также более простого протокола, который образован от него – протокола SNTP (Simple Network Time Protocol). Данные методы широко распространены для использования в локальных сетях и сети Интернет и позволяют обеспечивать синхронизацию времени с погрешностями в диапазоне миллисекунд. Другой вариант – использование радиосигналов с GPS спутников. Однако при использовании данного способа требуется наличие достаточно дорогих GPS-приемников для каждого из устройств, а также GPS-антенн. Данный способ теоретически может обеспечить высокую точность синхронизации времени, однако материальные затраты и трудозатраты обычно препятствуют реализации такого метода синхронизации.

Другим решением является передача высокоточного временного импульса (например, одного импульса в секунду) каждому отдельному устройству по выделенной линии. Реализация данного метода влечет за собой необходимость создания выделенной линии связи к каждому устройству.

Последним методом, который может быть использован, является протокол PTP (Precision Time Protocol), описанный стандартом IEEE 1588. Протокол был разработан со следующими целями:

• Обеспечение синхронизация времени с погрешностью, не превышающей 1 микросекунды.
• Предъявление минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности линии связи, что позволило бы обеспечить реализацию протокола в простых и дешевых устройствах.
  • Предъявление невысоких требований к обслуживающему персоналу.
  • Возможность использования в сетях Ethernet, а также в других сетях.
  • Спецификация его как международного стандарта.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Протокол PTP может быть применен в различного рода системах. В системах автоматизации, протокол PTP востребован везде, где требуется точная синхронизация устройств по времени. Протокол позволяет синхронизировать устройства в робототехнике или печатной промышленности, в системах осуществляющих обработку бумаги и упаковку продукции и других областях.

В общем и целом в любых системах, где осуществляется измерение тех или иных величин и их сравнение с величинами, измеренными другими устройствами, использование протокола PTP является популярным решением. Системы управления турбинами используют протокол PTP для обеспечения более эффективной работы станций. События, происходящие в различных частях распределенных в пространстве систем, определяются метками точного времени и затем для целей архивирования и анализа осуществляется их передача на центры управления. Геоученые используют протокол PTP для синхронизации установок мониторинга сейсмической активности, удаленных друг от друга на значительные расстояния, что предоставляет возможность более точным образом определять эпицентры землетрясений. В области телекоммуникаций рассматривают возможность использования протокола PTP для целей синхронизации сетей и базовых станций. Также синхронизация времени согласно стандарту IEEE 1588 представляет интерес для разработчиков систем обеспечения жизнедеятельности, систем передачи аудио и видео потоков и может быть использована в военной промышленности.

В электроэнергетике протокол PTPv2 (протокол PTP версии 2) определен для синхронизации интеллектуальных электронных устройств (IED) по времени. Например, при реализации шины процесса, с передачей мгновенных значений тока и напряжения согласно стандарту МЭК 61850-9-2, требуется точная синхронизация полевых устройств по времени. Для реализации систем защиты и автоматики с использованием сети Ethernet погрешность синхронизации данных различных устройств по времени должна лежать в микросекундном диапазоне.

Также для реализации функций синхронизированного распределенного векторного измерения электрических величин согласно стандарту IEEE C37.118, учета, оценки качества электрической энергии или анализа аварийных событий необходимо наличие устройств, синхронизированных по времени с максимальной точностью, для чего может быть использован протокол PTP.

Вторая редакция стандарта МЭК 61850 определяет использование в системах синхронизации времени протокола PTP. Детализация профиля протокола PTP для использования на объектах электроэнергетики (IEEE Standard Profile for Use of IEEE 1588 Precision Time Protocol in Power System Applications) в настоящее время осуществляется рабочей группой комитета по релейной защите и автоматике организации (PSRC) IEEE.

ПРОТОКОЛ PTP ВЕРСИИ 2

В 2005 году была начата работа по изменению стандарта IEEE1588-2002 с целью расширения возможных областей его применения (телекоммуникации, беспроводная связь и в др.). Результатом работы стало новое издание IEEE1588-2008, которое доступно с марта 2008 со следующими новыми особенностями:

• Усовершенствованные алгоритмы для обеспечения погрешностей в наносекундном диапазоне.
• Повышенное быстродействие синхронизации времени (возможна более частая передача сообщений синхронизации Sync).
• Поддержка новых типов сообщений.
• Ввод однорежимного принципа работы (не требуется передачи сообщений типа FollowUp).
• Ввод поддержки функции т.н. прозрачных часов для предотвращения накопления погрешностей измерения при каскадной схеме соединения коммутаторов.
• Ввод профилей, определяющих настройки для новых областей применения.
• Возможность назначения на такие транспортные механизмы как DeviceNet, PROFInet и IEEE802.3/Ethernet (прямое назначение).
• Ввод структуры TLV (тип, длина, значение) для расширения возможных областей применения стандарта и удовлетворения будущих потребностей.
• Ввод дополнительных опциональных расширений стандарта.

ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА PTP

В системах, где используется протокол PTP, различают два вида часов: ведущие часы и ведомые часы. Ведущие часы, в идеале, контролируются либо радиочасами, либо GPS-приемниками и осуществляют синхронизацию ведомых часов. Часы в конечном устройстве, неважно ведущие ли они или ведомые, считаются обычными часами; часы в составе устройств сети, выполняющих функцию передачи и маршрутизации данных (например, в Ethernet-коммутаторах), считаются граничными часами.

Процедура синхронизации согласно протоколу PTP подразделяется на два этапа. На первом этапе осуществляется коррекция разницы показаний времени между ведущими и ведомыми часами – то есть осуществляется так называемая коррекция смещения показаний времени. Для этого ведущее устройство осуществляет передачу сообщения для целей синхронизации времени Sync ведомому устройству (сообщение типа Sync). Сообщение содержит в себе текущее показание времени ведущих часов и его передача осуществляется периодически через фиксированные интервалы времени. Однако поскольку считывание показаний ведущих часов, обработка данных и передача через контроллер Ethernet занимает некоторое время, информация в передаваемом сообщении к моменту его приема оказывается неактуальной.   Одновременно с этим осуществляется как можно более точная фиксация момента времени, в который сообщение Sync уходит от отправителя, в составе которого находятся ведущие часы (TM1). Затем ведущее устройство осуществляет передачу зафиксированного момента времени передачи сообщения Sync ведомым устройствам (сообщение FollowUp). Те также как можно точнее осуществляют измерение момента времени приема первого сообщения (TS1) и вычисляют величину, на которую необходимо выполнить коррекцию разницы в показаниях времени между собою и ведущим устройством соответственно (O) (см. рис. 1 и рис. 2). Затем непосредственно осуществляется коррекция показаний часов в составе ведомых устройств на величину смещения. Если задержки в передачи сообщений по сети не было, то можно утверждать, что устройства синхронизированы по времени.

На втором этапе процедуры синхронизации устройств по времени осуществляется определение задержки в передаче упомянутых выше сообщений по сети между устройствами. Указанное выполняется  при использовании сообщений специального типа. Ведомое устройство отправляет так называемое сообщение Delay Request (Запрос задержки в передаче сообщения по сети) ведущему устройству и осуществляет фиксацию момента передачи данного сообщения. Ведущее устройство фиксирует момент приема данного сообщения и отправляет зафиксированное значение в сообщении Delay Response (Ответное сообщение с указанием момента приема сообщения). Исходя из зафиксированных времен передачи сообщения Delay Request ведомым устройством и приема сообщения Delay Response ведущим устройством производится оценка задержки в передачи сообщения между ними по сети. Затем производится соответствующая коррекция показаний часов в ведомом устройстве. Однако все упомянутое выше справедливо, если характерна симметричная задержка в передаче сообщения в обоих направлениях между устройствами (то есть характерны одинаковые значения в задержке передачи сообщений в обоих направлениях).

Задержка в передачи сообщения в обоих направлениях будет идентичной в том случае, если устройства соединены между собой по одной линии связи и только. Если в сети между устройствами имеются коммутаторы или маршрутизаторы, то симметричной задержка в передачи сообщения между устройствами не будет, поскольку коммутаторы в сети осуществляют сохранение тех пакетов данных, которые проходят через них, и реализуется определенная очередность их передачи. Эта особенность может, в некоторых случаях, значительным образом влиять на величину задержки в передаче сообщений (возможны значительные отличия во временах передачи данных). При низкой информационной загрузке сети этот эффект оказывает малое влияние, однако при высокой информационной загрузке, указанное может значительным образом повлиять на точность синхронизации времени. Для исключения больших погрешностей был предложен специальный метод и введено понятие граничных часов, которые реализуются в составе коммутаторов сети. Данные граничные часы синхронизируются по времени с часами ведущего устройства. Далее коммутатор по каждому порту является ведущим устройством для всех ведомых устройств, подключенных к его портам, в которых осуществляется соответствующая синхронизация часов. Таким образом, синхронизация всегда осуществляется по схеме точка-точка и характерна практически одинаковая задержка в передаче сообщения в прямом и обратном направлении, а также практическая неизменность этой задержки по величине от одной передачи сообщения к другой.

Хотя принцип, основанный на использовании граничных часов показал свою практическую эффективность, другой механизм был определен во второй  версии протокола PTPv2 – механизм использования т. н. прозрачных часов. Данный механизм  предотвращает накопление погрешности, обусловленной изменением величины задержек в передаче сообщений синхронизации коммутаторами и предотвращает снижение точности синхронизации в случае наличия сети с большим числом каскадно-соединенных коммутаторов. При использовании такого механизма передача сообщений синхронизации осуществляется от ведущего устройства ведомому, как и передача любого другого сообщения в сети. Однако когда сообщение синхронизации проходит через коммутатор фиксируется задержка его передачи коммутатором. Задержка фиксируется в специальном поле коррекции в составе первого сообщения синхронизации Sync или в составе последующего сообщения FollowUp (см. рис. 2). При передаче сообщений Delay Request и Delay Response также осуществляется фиксация времени задержки их в коммутаторе. Таким образом, реализация поддержки т. н. прозрачных часов в составе коммутаторов позволяет компенсировать задержки, возникающие непосредственно в них.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Если необходимо использование протокола PTP в системе, должен быть реализован стек протокола PTP. Это может быть сделано при предъявлении минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности сети. Это очень важно для реализации стека протокола в простых и дешевых устройствах. Протокол PTP может быть без труда реализован даже в системах, построенных на дешевых контроллерах (32 бита).

Единственное требование, которое необходимо удовлетворить для обеспечения высокой точности синхронизации, – как можно более точное измерение устройствами момента времени, в который осуществляется передача сообщения, и момента времени, когда осуществляется прием сообщения. Измерение должно производится максимально близко к аппаратной части (например, непосредственно в драйвере) и с максимально возможной точностью. В реализациях исключительно на программном уровне архитектура и производительность системы непосредственно ограничивают максимально допустимую точность.

При использовании дополнительной поддержки аппаратного обеспечения для присвоения меток времени, точность может быть значительным образом повышена и может быть обеспечена ее виртуальная независимость от программного обеспечения. Для этого необходимо использование дополнительной логики, которая может быть реализована в программируемой логической интегральной схеме или специализированной для решения конкретной задачи интегральной схеме на сетевом входе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Компания Hirschmann – один из первых производителей, реализовавших протокол PTP и оптимизировавших его использование. Компанией был разработан стек, максимально эффективно реализующий протокол, а также чип (программируемая интегральная логическая схема), который обеспечивает высокую точность проводимых замеров.

В системе, в которой несколько обычных часов объединены через Ethernet-коммутатор с функцией граничных часов, была достигнута предельная погрешность +/- 60 нс при практически полной независимости от загрузки сети и загрузки процессора. Также компанией была протестирована система, состоящая из 30 каскадно-соединенных коммутаторов, обладающих функцией поддержки т.н. прозрачных часов и были зафиксированы  погрешности менее в пределах +/- 200 нс.

Компания Hirschmann Automation and Control реализовала протоколы PTP версии 1 и версии 2 в промышленных коммутаторах серии MICE, а также в серии монтируемых на стойку коммутаторов MACH100.

ВЫВОДЫ

Протокол PTP во многих областях уже доказал эффективность своего применения. Можно быть уверенным, что он получит более широкое распространение в течение следующих лет и что многие решения при его использовании смогут быть реализованы более просто и эффективно чем при использовании других технологий.

[ Источник]

Тематики

• релейная защита
• телемеханика, телеметрия

EN

• clock synchronization
• time synchronization