LTE筆記: 5G Time Sensitive Communications ~ NTP 協定

在5G工業物聯網的應用中, 其中一項重要的應用就是低延遲網路,

低延遲網路可用於智慧工廠中, 特別是對於精密控制的工業機台,

在 3GPP 的架構中, 這些應用屬於工業 4.0 的範疇,

並將需要精密時間同步的工業物聯網服務稱為 Time Sensitive Communications (TSC),

其中, 用以支持精密同步的通訊協定為 802.1AS.

802.1AS 繼承自 IEEE 1588v2, 也稱為 PTP (Precision Time Protocol),

PTP 的基本同步架構沿襲自 NTP (Network Time Protocol),

但考量了大型網路的複雜度, 對於網路中介裝置 (Bridge 或 Switch),

加入修正的機制, 以及對時鐘 (Grand Master, GM) 的選擇機制,

主要目標在於服務無法以 GPS 對時, 但需要比 NTP 更精確同步的場域,

其同步精確度的設計為 500 ns (七個網路節點, 時脈飄移小於 1PPM).

考慮到 802.1AS 是源自於 NTP 的設計,

我們在此篇文章中, 先介紹 NTP 的對時設計,

在 NTP 的基本想法中, 透過兩裝置封包交換, 計算兩者的通訊延遲,

並透過此延遲時間的估算 (下圖的 \delta), 用以同步兩個裝置的時間,

在NTP中, 假設兩個裝置互相傳送封包 (上行/下行) 的延遲一致,

因此 \delta = ((t3-t2)+(t1-t0)) = 65 (ms)

\delta 代表的是藍色部分的漂移時間 (propagation time),

其值除以二就代表著封包從 Server 到 Client 所需的單向漂移時間,

因此, Client 可以參考從 Server 送出的參考時間, 加上單向漂移時間,

用以作為本地校正的時間數值.

在 NTP 的架構下, 兩點之間的時間同步不成問題,

因為在同一個區網下, 同一網路媒介下, 上行和下行的時間差異不大,

但對於一個大型網路而言, 則會有以下兩個問題:

在 802.1AS 中, 針對以上兩個問題設計了校正的機制,

使得此架構可在大型網路中提供精確的時間同步,

我們會在下次文章中進行說明.

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