Повышение точности синхронизации времени за счет тактовой синхронизации в виртуализированных интегрированных системах

Актуальность. В последние годы для промышленной автоматизации в качестве базовой архитектуры все чаще находят применение виртуализированные интегрированные системы, в телекоммуникационных сетях которых используется технология TSN, как наиболее подходящая для критически важных приложений, предъявляющих жесткие требования по скорости и гарантированности доставки информации. Качественные параметры сетей TSN, в свою очередь, зависят от точности ее временно́й синхронизации, поэтому разработка методов повышения точности синхронизации времени устройств сети с коммутацией пакетов является актуальной научно-практической задачей.

Цель: рассмотреть способы повышения точности синхронизации времени в сетях виртуализированных интегрированных систем, использующих технологию TSN, и то, как влияет на это тактовая сетевая синхронизация, которую обеспечивает применение технологии синхронного Ethernet.

Методы: влияние тактовой сетевой синхронизации на точность привязки шкалы времени оценивается по результатам имитационного моделирования процессов временно́й и тактовой синхронизации в среде AnyLogic.

Результат: в работе показана цепочка взаимодействия информационных и телекоммуникационных технологий, а также обеспечивающих подсистем, показывающих в совокупности принципы работы сложных встраиваемых компьютерных систем и способ определения их характеристик на основе моделирования, также представлены результаты имитационного моделирования, показывающие, что высокая точность привязки шкалы времени и стабильность ее удержания может достигаться путем совместной реализации частотной и временно́й синхронизации, что играет важную роль в сценариях применения TSN.

Новизна: разработана имитационная модель процессов временно́й и тактовой синхронизации, позволяющая оценить преимущества использования тактовой сетевой синхронизации в сетях TSN с точки зрения повышения точности синхронизации времени сетевых устройств.

Практическая значимость. Реализация частотной синхронизации в сети с поддержкой технологии TSN позволяет достигать высокой точности синхронизации времени сетевых устройств при использовании меньшего количества синхросообщений, что уменьшает объем служебного трафика. При этом возможно использовать менее стабильные задающие генераторы, так как их частота постоянно корректируется, а это повлечет уменьшение затрат.

1. Pahlevan M. Time Sensitive Networking for Virtualized Integrated Real-Time Systems. D.Sc Dissertation. Siegen: University of Siegen, 2019. 188 p.

2. Галчихин В.И., Сторожук Н.Л., Шитников В.И. Расчет норм на показатели ошибок в действующих цифровых трактах взаимоувязанной сети связи России // Электросвязь. 2002. № 4. с. 17−20.

3. Kopetz H. Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications. Cham: Springer, 2011. DOI:10.1007/b116085

4. Сторожук М.Н. Мониторинг сетевого трафика в магистральных сетях для обеспечения работы сетей TSN // Первая миля. 2022. № 3(103). С. 30–33. DOI:10.22184/2070-8963.2022.103.3.30.33. EDN:WTTPBK

5. Craciunas S.S., Oliver R.S. Out-of-sync Schedule Robustness for Time-sensitive Networks // Proceedings of the 17th International Conference on Factory Communication Systems (WFCS, Linz, Austria, 09–11 June 2021). IEEE, 2021. PP. 75–82. DOI:10.1109/WFCS46889.2021.9483602

6. IEEE 802.1AS-2020. IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks--Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications.

7. Воробьев А.С., Сторожук Н.Л. Тенденции развития оборудования сетевой синхронизации // Радионавигация и время: труды СЗРЦ Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2022. № 10(18). C. 28−33. EDN:GTAMWD

8. Коган С. Сети 5G: Распределение сигналов синхронизации на сетевом оптическом транспортном уровне. Часть 2. Сетевая синхронизация по тактовой частоте // Первая миля. 2022. № 5(105) С. 44–58. DOI:10.22184/2070-8963.2022.105.5.44.58. EDN:STTKQU

9. ГОСТ Р 71148-2023. Требования по построению систем синхронизации сетей связи: сетей связи с коммутацией каналов, сетей связи с коммутацией пакетов. М.: Российский институт стандартизации, 2024.

10. Шварц М.Л., Рыжков А.В., Аладин В.М. Перспективный первичный эталон времени и частоты для систем частотно-временного обеспечения сетей связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Т. 16. № 8. С. 12–20. DOI:10.36724/2072-8735-2022-16-8-12-20. EDN:GFOETJ

11. Chowdhury D. NextGen Network Synchronization. Cham: Springer, 2018. 269 p. DOI:10.1007/978-3-030-71179-5

12. Menendez Y. Improving synchronization accuracy with help from SyncE. URL: https://www.nokia.com/blog/improving-synchronization-accuracy-with-help-from-synce (Accessed 30.01.2025)

13. Рекомендация МСЭ-T G.8262/Y.1362 Характеристики хронирования ведомых тактовых генераторов оборудования синхронного Ethernet. 2015.