IEEE 1588 – auch als Precision Time Protocol (PTP) bekannt – ist ein auf Ethernet beruhendes Synchronisationsverfahren für kabelgebundene lokale Netzwerke.

Das PTP-Protokoll ist ein fehlertolerantes Verfahren, mit dem sich Taktgeber in einem Netzwerk mit dem qualitativ höchsten Taktgeber synchronisieren lassen. Bei diesem Synchronisationsverfahren zwischen vernetzten Geräten findet die Kommunikation über Datenpakete statt und unterliegt trotz der für Ethernet-Verbindungen zulässigen langen Verbindungswege keinen Signalausbreitungsverzögerungen. IEEE 1588 hat viele verschiedene Profile – darunter IEEE 802.1AS-2011 – die sich in ihrem Funktionsumfang voneinander unterscheiden. Aufgrund der mangelnden Kompatibilität der Profile untereinander muss genau bekannt sein, welches Profil auf dem Gerät implementiert ist. Damit Geräte im Netzwerk über IEEE 1588 miteinander synchronisiert werden können, müssen alle Teilnehmergeräte mit dem gewünschten IEEE-1588-Profil kompatibel und an die ausgewählte Netzwerkinfrastruktur angeschlossen sein, die mit dem IEEE-1588-Profil arbeitet.

Die cRIO-904x Steuerungen sind mit folgenden Profilen kompatibel:

  • IEEE 802.1AS-2011 Profil
  • IEEE 1588-2008 (1588v2) Anfrage-Antwort-Profil

Jeder Netzwerkport muss jedoch individuell auf das für das Netzwerk benötigte Profil konfiguriert werden.

Unterschiede zwischen IEEE 802.1AS-2011 und IEEE 1588-2008

IEEE 802.1AS-2011, auch als generalisiertes Precision Time Protocol (gPTP) bekannt, ist ein Profil von IEEE 1588. Ein Controller kann durch Festlegen der Referenzuhr des Ports so konfiguriert werden, dass er entweder mit dem Profil IEEE 802.1AS-2011 oder IEEE 1588-2008 arbeitet. Wenn der Benutzer die Referenzuhr nicht explizit angibt, greift der Controller standardgemäß auf das IEEE 802.1AS-2011-Profil zurück. Zwischen dem IEEE 802.1AS-2011-Profil und dem IEEE 1588-2008-Profil existieren einige Unterschiede:

  • IEEE 802.1AS-2011 setzt voraus, dass die gesamte Kommunikation zwischen Geräten auf der OSI-Schicht 2 erfolgt, während IEEE 1588-2008 verschiedene Kommunikationsverfahren der Schicht 2 und 3-4 unterstützen kann. Das von NI auf dem Controller implementierte Profil IEEE 1588-2008 unterstützt nur die Kommunikationsverfahren der Schicht 3-4. Durch das Implementieren der Schicht 2 wird mit IEEE 802.1AS-2011 eine schnellere Arbeitsweise erzielt.
  • IEEE 802.1AS-2011 tauscht gPTP-Daten nur direkt mit anderen IEEE-802.1AS-Geräten in einem System aus. Daher muss auf der gesamten Verbindungsstrecke von einem IEEE-802.1AS-2011-Gerät zum anderen die Unterstützung von IEEE 802.1AS-2011 gewährleistet sein. Mit IEEE 1588-2008 können Switches, die nicht diesem Standard entsprechen, zwischen zwei IEEE-1588-2008 Geräten verwendet werden. Der Vorteil der Unterstützung von IEEE 802.1AS-2011 über die gesamte Verbindungsstrecke hinweg im Vergleich zu IEEE 1588-2008 ist eine schnellere Arbeitsweise und geringerer Jitter.
  • Bei IEEE 802.1AS-2011 gibt es nur zwei Arten zeitsensibler Systeme, und zwar zeitsensible Endstationen und Brücken. Bei IEEE 1588-2008 werden neben zeitsensiblen Brücken folgende zeitsensiblen Komponenten unterstützt: Ordinary Clock (gewöhnliche Uhr), Boundary Clock (Uhr, die Zeitangaben über die Netzwerkgrenze hinweg übermittelt) und Transparent Clock (durchgehend arbeitende Synchronisationssteuerung). Unter diesem Gesichtspunkt ist IEEE 802.1AS-2011 möglicherweise einfacher zu implementieren als IEEE 1588-2008. Ein Controller agiert für beide Protokolle als zeitsensible Endstation.

Anforderungen bezüglich externer Switches bei IEEE 1588

Um die Funktionen zur Netzwerksynchronisation des Controllers zu nutzen, muss gewährleistet sein, dass Ihre Netzwerkinfrastruktur bestimmte Anforderungen erfüllt, je nachdem, welches IEEE 1588-Profil für Ihre Anwendung implementiert ist.

  • Unterstützung für IEEE 802.1AS-2011—Aktiviert die Synchronisierung der Zeitbasen und ermöglicht die Verwendung von zeitbasierten Triggern und Zeitstempeln zwischen Geräten im Netzwerk. Die bei der Synchronisation erzielbaren Parameter entsprechen den NI-Produktspezifikationen.
  • Unterstützung für IEEE 1588-2008—Aktiviert die Synchronisierung der Zeitbasen und ermöglicht die Verwendung von zeitbasierten Triggern und Zeitstempeln zwischen Geräten im Netzwerk. Die bei der Synchronisation erzielbaren Parameter können variieren und entsprechen möglicherweise nicht den NI-Produktspezifikationen. Als Standardkonfiguration für IEEE 1588-2008 unterstützt NI das Profil IEEE 1588 (Delay Request-Response) unter Verwendung von UDP über IP (Schicht 3-4).