Protocoles de synchronisation horaire : NTP, IRIG, AFNOR. NTP – horloge atomique sur chaque table Protocole de synchronisation des données

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Pékin fait chuter Wall Street

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Le chef de Rostec, Sergueï Chemezov, dans une interview avec RBC, a répondu à des questions urgentes : sur le système Platon, les problèmes et les perspectives d'AVTOVAZ, les intérêts de la société d'État dans le secteur pharmaceutique, a parlé de la coopération internationale dans le contexte des sanctions. pression, substitution des importations, réorganisation, stratégie de développement et nouvelles opportunités dans des moments difficiles.

Rostec « s'auto-clôture » et empiète sur les lauriers de Samsung et de General Electric

Le conseil de surveillance de Rostec a approuvé la « Stratégie de développement jusqu'en 2025 ». Les principaux objectifs sont d'augmenter la part des produits civils de haute technologie et de rattraper General Electric et Samsung dans les indicateurs financiers clés.

De nombreux articles ont été écrits sur le célèbre Network Time Protocol (NTP), certains d'entre eux mentionnent le Precision Time Protocol, qui permettrait d'obtenir une précision de synchronisation temporelle de l'ordre de la nanoseconde (par exemple, et ). Voyons ce qu'est ce protocole et comment une telle précision est obtenue. Nous verrons également les résultats de mon travail avec ce protocole.

Introduction

Pourquoi l'horloge s'inverse-t-elle ?

Que voulons-nous atteindre?

La différence entre une implémentation purement logicielle et une implémentation avec « support matériel »

Passons à la norme IEEE 1588

Langue d'échange

Synchronisation/Suivi, DelayResp, PDelayResp/PDelayFollowUp– sont envoyés par le maître ; nous les examinerons ci-dessous plus en détail.

DelayReq, PDelayReq– Requêtes des appareils esclaves.

Comme vous pouvez le constater, l'appareil Slave n'est pas verbeux : le Master fournit lui-même presque toutes les informations. L'envoi s'effectue vers des adresses Multicast (si vous le souhaitez, vous pouvez utiliser le mode Unicast) strictement définies dans la norme. Pour PDelay les messages ont une adresse distincte (01-80-C2-00-00-0E pour Ethernet et 224.0.0.107 pour UDP). Les autres messages sont envoyés au 01-1B-19-00-00-00 ou au 224.0.1.129. Les paquets diffèrent selon les champs HorlogeIdentité(ID de l'horloge) et ID de séquence(identifiant du colis).

Séance de travail

1. Tout commence lorsque le Maître envoie un message Synchroniser et enregistre simultanément l'heure d'envoi t1. Il existe des modes de fonctionnement à une et deux étapes. Il est très simple de les distinguer : s'il y a un message Suivi– alors nous avons affaire à une implémentation en deux étapes, la flèche en pointillé montre des messages optionnels
2. Suivi le message est envoyé après Synchroniser et contient le temps t1. Si le transfert est effectué en une seule étape, alors Synchroniser contient t1 dans le corps du message. Dans tous les cas, t1 sera reçu par notre appareil. Au moment de recevoir le message Synchroniser L'horodatage t2 est généré sur l'esclave. On obtient donc t1, ​​t2
3. L'esclave génère un message RetardReq simultanément avec la génération t3
4. Le maître reçoit RetardReq message lors de la génération de t4
5. t4 est envoyé au dispositif Salve dans RetardResp message

Une session d'échange comme celle présentée ci-dessus ne peut réussir que si le quartz génère des fréquences parfaitement égales pour les appareils synchronisés. En fait, il s'avère que la fréquence d'horloge est différente, c'est-à-dire Sur un appareil, en 1 seconde, la valeur de l'horloge augmentera de 1 seconde, et sur un autre, par exemple, de 1,000001 seconde. C'est là qu'apparaît la divergence d'horloge.
La norme décrit un exemple de calcul du rapport du temps écoulé sur le Maître et sur l'Esclave pour un certain intervalle. Ce rapport sera le coefficient de la fréquence du périphérique esclave. Mais certains éléments indiquent que l'ajustement peut être effectué de différentes manières. Examinons-en deux :

1. Changement fréquence d'horloge Appareils esclaves (exemple en standard)
2. Ne changez pas la fréquence d'horloge, mais pour chaque tick de durée T, la valeur de l'horloge n'augmentera pas de T, mais de T+∆t (utilisé dans mon implémentation)

Fréquence – fréquence du processeur, par exemple 25 MHz – un cycle de processeur dure 1/(25*10 6) = 40 ns.
En fonction des capacités de l'appareil, la méthode la plus adaptée est sélectionnée.
Pour passer à la section suivante, exprimons le décalage un peu différemment :

Modes de fonctionnement PTP

• En mode E2E le délai de livraison est calculé à partir des messages arrivant via de nombreux appareils, dont chacun entre dans le champ de correction des messages Synchroniser ou Suivi(si transmission en deux étapes) le temps pendant lequel le paquet a été retardé sur cet appareil (si les appareils sont connectés directement, aucune correction n'est effectuée, nous ne les examinerons donc pas en détail). Messages utilisés : Synchronisation/Suivi, DelayReq/DelayResp
• En mode P2P Dans le champ de correction, non seulement le temps pour lequel le paquet a été retardé est saisi, mais (t2-t1) y est ajouté (vous pouvez le lire dans la norme). Messages utilisés Synchronisation/Suivi, PDelayReq/PDelayResp/PDelayRespFollowUp

Erreur de délai de livraison

Ce qui doit être filtré :

1. Délai de livraison
2. Biais

Calcul d'ajustement

Résultat du travail

Les systèmes modernes tels que les systèmes de surveillance des transitoires (TSMS), ainsi que relais de protection et l'automatisation (RPA) utilisant un bus de processus nécessitent une grande précision de synchronisation temporelle à moins de 1 μs. Ces exigences sont plus strictes que celles des autres systèmes d'automatisation de sous-stations (1 à 2 ms). Parallèlement, aujourd'hui, dans le cadre des systèmes d'automatisation des installations électriques, les réseaux Ethernet se généralisent, à travers lesquels l'échange d'informations s'effectue entre les systèmes SCADA et les dispositifs de protection à relais, ainsi qu'entre les dispositifs de protection à relais individuels. Le Precision Time Protocol (PTP) est un protocole de synchronisation temporelle qui fonctionne sur un réseau Ethernet sans utiliser de lignes de communication dédiées et peut fournir la synchronisation temporelle précise requise pour les dispositifs de protection à relais, les enregistreurs de transitoires, les coupleurs de bus de processus et d'autres dispositifs nécessitant une haute précision. précision, synchronisation du temps.

Problèmes avec les protocoles de synchronisation de l'heure existants

Dans les centrales électriques, la synchronisation horaire des appareils est effectuée depuis de nombreuses années. Il faut notamment s’assurer de la possibilité de corréler les événements enregistrés par différents appareils. Dans le même temps, le plus grand nombre de méthodes de synchronisation temporelle offrent une précision inférieure à 1 ms. Avec le début de l'introduction des systèmes SMPR et de protection par relais utilisant un bus de processus, il devient nécessaire d'assurer une plus grande précision de synchronisation de l'heure des appareils - à moins de 1 μs.

Il existe deux approches pour effectuer la synchronisation temporelle des appareils secondaires :

• Utilisation d'un système indépendant comprenant des canaux de transmission d'informations et des répéteurs dédiés.
• Utilisation d'un réseau Ethernet, via lequel les informations d'application sont également échangées entre les appareils de l'installation électrique.

Les sections suivantes présentent les méthodes de synchronisation temporelle les plus largement utilisées, en soulignant leurs avantages et leurs inconvénients.

Utilisation de systèmes de synchronisation horaire indépendants

Historiquement, les systèmes de synchronisation temporelle dans les installations électriques reposaient sur l'utilisation de lignes de communication dédiées (lignes de communication coaxiales, à paires torsadées et à fibre optique (FOCL)). Deux protocoles ont été utilisés :

• IRIG-B, qui fournit des informations sur l'heure et la date ainsi que des impulsions de synchronisation.
• 1-PPS, fournissant une impulsion de synchronisation horaire précise sans informations sur l'heure et la date.

Lors de l'utilisation de ces protocoles, l'échange de données entre les dispositifs de protection à relais et le système SCADA, ainsi qu'entre les dispositifs de protection à relais individuels, n'affecte pas la précision de la synchronisation. Cependant, il convient de noter que les systèmes indépendants nécessitent des coûts de mise en œuvre élevés en raison de la nécessité d'utiliser des produits de câble supplémentaires, des borniers, des répéteurs, etc. Le développement d'un ensemble de documentation technique appropriée est également nécessaire. Les coûts peuvent être importants, notamment lors de la mise en œuvre de systèmes de synchronisation de l'heure sur site haute tension.

Riz. La figure 1 illustre l'utilisation du protocole IRIG-B pour synchroniser les appareils dans le temps et du réseau Ethernet pour organiser les échanges d'informations entre appareils. Au lieu d'un réseau Ethernet, il est possible d'utiliser des lignes de communication RS-485, ce qui est typique des installations électriques plus anciennes.

Riz. 1. Illustration de la séparation des systèmes de synchronisation temporelle et d'échange de données au sein d'un système d'automatisation de sous-station.

ProtocoleIRIG– B

Le protocole de synchronisation horaire le plus couramment utilisé dans les installations électriques est le protocole IRIG-B. Lors de la mise en œuvre de systèmes de synchronisation basés sur ce protocole, l'utilisation de lignes de communication dédiées est requise. Le protocole peut fonctionner dans l'un des formats suivants : avec transmission d'informations sous forme d'impulsions sur des connexions électriques (câble coaxial ou paire torsadée) ou des liaisons fibre optique, ou avec transmission d'un signal modulé avec une fréquence porteuse de 1 kHz sur câble coaxial. Au fil du temps, le protocole IRIG-B s'est élargi, principalement en raison de l'avènement des normes IEEE liées à la mise en œuvre du SMPR (IEEE Std 1344-1995, IEEE Std C37.118-2005 et IEEE Std C37.118.1-2011). Ces extensions offrent la possibilité de transmettre des informations sur l'année, le décalage horaire par rapport au temps universel coordonné (UTC), l'heure d'été et la qualité des informations. Toutes ces informations sont utilisées par les dispositifs du système d'automatisation des sous-stations. Le signal IRIG-B non modulé permet d'obtenir une précision de synchronisation temporelle de l'ordre de la microseconde, mais la plupart des appareils clients ne peuvent pas fournir une précision supérieure à 1 à 2 ms en raison de leurs caractéristiques techniques.

IRIG-B décrit plusieurs options pour les formats de transmission d'informations. Cependant, les caractéristiques des interfaces de synchronisation temporelle des relais de protection et d'automatisation des différents fabricants diffèrent, ce qui ne permet pas au serveur de temps d'utiliser un seul format de transmission de code temporel IRIG-B. Parmi les différences les plus courantes figurent l'utilisation d'un signal modulé/non modulé, l'utilisation de l'heure locale ou universellement coordonnée (UTC) comme référence, etc.

Diverses implémentations du protocole IRIG-B sont identifiées par un code temporel. Par exemple:

• B003 : Extensions/extensions non modulées, sans année selon les normes IEEE.
• B004 : Non modulé, avec extensions/prolongations d'année selon les normes IEEE.
• B124 : avec modulation d'amplitude, avec extensions pour transmettre l'information sur l'année / avec extensions selon la norme IEEE.

Riz. La figure 2 montre une comparaison des signaux non modulés et modulés utilisés par les formats de code temporel (selon la norme IRIG 200-04).

Les réglages des appareils clients, tels que les relais de protection, doivent être cohérents avec les réglages de l'horloge mère : en termes d'heure universellement coordonnée (UTC)/heure locale, de fuseau horaire, etc. La flexibilité de mise en place des relais de protection est variable. de manière significative - même lorsque vous utilisez des appareils du même fabricant. Certains dispositifs de protection à relais peuvent être configurés pour accepter presque tous les formats de code temporel IRIG-B ; beaucoup ont des restrictions assez strictes en termes de paramétrage.

Les autres défis posés par le protocole IRIG-B incluent la charge du réseau de synchronisation temporelle, la protection EMI, l'isolation électrique et la maintenance des lignes de communication. La charge admissible sur l'horloge mère varie dans la plage de 18 à 150 mA, tandis que les dispositifs de protection à relais de différents fabricants ont une consommation différente (de 5 mA à 10 mA). Cela complique la conception de systèmes de synchronisation horaire pour un grand nombre de dispositifs de protection à relais - par exemple dans les sous-stations de distribution (6,6 - 33 kV).

1- P.P.S.(une impulsion par seconde)

1-PPS (une impulsion par seconde) peut être utilisé pour fournir une synchronisation temporelle assez précise, mais ne fournit pas d'informations temporelles astronomiques. Aujourd’hui, cela suffit pour mettre en œuvre des systèmes de protection par relais utilisant un bus de processus, mais des informations temporelles seront probablement nécessaires à l’avenir pour l’horodatage des événements ou l’authentification des messages cryptographiques.

Usage cette méthode La synchronisation temporelle est prévue dans la norme CEI 60044-8 et est également introduite dans la spécification pour la mise en œuvre d'une interface numérique pour les transformateurs de mesure (connue sous le nom de CEI 61850-9-2LE). La norme CEI 61869-9 en cours d'élaboration permet également l'utilisation cette méthode synchronisation temporelle des appareils via une ligne de communication à fibre optique dédiée.

Riz. 3 illustre les exigences d'impulsion 1PPS. Temps nécessaire au signal pour passer d'un niveau de puissance de 10 % à un niveau de puissance de 90 % (et vice versa) ( tF) le signal ne doit pas dépasser 200 ns. La durée de vie du signal à un niveau de puissance supérieur à 50 % ( th) doit être compris entre 10 µs et 500 ms.

1-PPS nécessite un réseau dédié pour la distribution du signal. Soit une ligne de communication électrique (coaxiale/paire torsadée) soit une ligne à fibre optique (multimode/monomode) peut être utilisée comme support physique de transmission de données.

Délai de synchronisation

La propagation des signaux IRIG-B et 1-PPS est beaucoup plus facile à organiser via des connexions électriques que via des liaisons fibre optique, puisque des connexions multipoints peuvent être prévues en tenant compte de la charge admissible sur l'horloge mère, mais cela peut conduire à un augmentation du potentiel entre les armoires. L'utilisation de lignes à fibres optiques assure l'isolation galvanique et élimine l'influence des interférences. Cependant, dans ce cas, l'utilisation de répéteurs spéciaux est nécessaire pour distribuer le signal à chacun des dispositifs de protection à relais de l'installation électrique. En particulier, la norme CEI 61850-9-2LE exige l'utilisation de liaisons à fibre optique pour transmettre le signal 1-PPS. Ceci nécessite à son tour l'utilisation d'une horloge à sorties multiples ou d'un séparateur pour transmettre le signal à plusieurs coupleurs de bus de processus.

Le délai de propagation du signal à travers les connexions électriques et les liaisons fibre optique est d'environ 5 ns par mètre. La valeur résultante peut être assez importante sur de longues distances et peut, à son tour, nécessiter une compensation de latence sur les appareils clients. La norme CEI 61850-9-2LE fixe la limite du délai de propagation du signal à 2 µs. Si cette valeur est dépassée, une compensation est requise. Une connexion d'environ 400 m entraînera un tel retard et, dans de nombreuses sous-stations à haute tension, ces distances ne constituent pas une limite. Rémunération - processus réglages manuels, au cours de laquelle il est nécessaire de prendre en compte avec précision le délai de propagation du signal non seulement le long de la ligne de communication, mais également via les répéteurs utilisés. Une étude plus détaillée des délais de propagation des signaux de synchronisation sur les protocoles 1-PPS, IRIG-B et PTP est donnée dans.

Synchronisation de l'heure sur le réseauEthernet

Les réseaux Ethernet, de plus en plus utilisés aujourd'hui dans les systèmes d'automatisation des sous-stations, peuvent également être utilisés pour transmettre des signaux de synchronisation temporelle. Cela élimine le besoin de poser des lignes de communication dédiées, mais nécessite des dispositifs de protection et d'automatisation de relais, des compteurs d'électricité et d'autres dispositifs secondaires pour prendre en charge des protocoles spéciaux.

Les deux protocoles de synchronisation temporelle les plus utilisés sont Network Time Protocol (NTP) et Precision Time Protocol (PTP). Les deux protocoles, lorsqu'ils sont utilisés dans les sous-stations, fonctionnent en échangeant des messages sur un réseau Ethernet. Les protocoles NTP et PTP compensent les retards dans la transmission des messages de synchronisation via un échange d'informations bidirectionnel. Le protocole NTP est une solution plus courante que le protocole PTP, cependant, une plus grande précision est assurée lors de l'utilisation de ce dernier grâce à l'utilisation d'un protocole spécial. matériel. En figue. La figure 4 illustre une topologie de réseau dans laquelle à la fois le protocole de réservation NTP et le protocole de réservation PTP peuvent être utilisés.

Le mécanisme de fonctionnement des deux protocoles permet la présence de plusieurs horloges mères, ce qui augmente la fiabilité du système de synchronisation horaire d'une installation électrique. De plus, la présence de plusieurs horloges mères permet d'entretenir l'une d'elles sans mettre l'ensemble du système hors service.

ProtocoleNTP

Au cours des dernières années, le protocole NTP a été largement utilisé dans les installations énergétiques. Lors de l'utilisation de serveurs de temps et de clients disponibles dans le commerce (par exemple, des dispositifs de protection à relais) prenant en charge ce protocole de communication, une précision de synchronisation de l'heure comprise entre 1 et 4 ms est obtenue. Cependant, l’une des conditions pour garantir une telle précision est le développement de la topologie locale correcte. réseau informatique Ethernet, qui assure la cohérence et la cohérence temporelle dans la propagation des messages de synchronisation temporelle du client vers le maître et vice versa.

Un avantage significatif du protocole NTP par rapport à IRIG-B est que l'heure est transmise au format UTC. Cela répond aux normes telles que CEI 61850 et IEEE 1815 (DNP), qui exigent la transmission des horodatages des événements au format UTC. S'il est nécessaire d'afficher l'heure locale sur l'afficheur du relais de protection, un réglage manuel du fuseau horaire est nécessaire en tenant compte du passage correspondant à l'heure d'été. Le protocole NTP permet à plusieurs serveurs de temps d'être utilisés simultanément par le même client pour une synchronisation de l'heure plus précise et plus fiable. Cependant, ce protocole ne fournit pas la précision de synchronisation à la microseconde, qui est requise pour les SMPR et les dispositifs d'interface avec le bus de processus CEI 61850-9-2.

protocole PTP

IEEE Std 1588-2008 définit une deuxième version du protocole PTP, connue sous le nom de PTPv2 ou 1588v2. Ce protocole fournit une synchronisation temporelle très précise, obtenue en corrigeant les horodatages des messages de synchronisation PTP sur les interfaces Ethernet au niveau matériel. L'utilisation de ces données permet de prendre en compte les heures auxquelles les messages de synchronisation sont distribués sur le réseau et traités par les serveurs de temps et les clients. La procédure de configuration des horodatages au niveau matériel n'affecte pas le fonctionnement des autres protocoles de communication existant dans le réseau Ethernet en question, donc le même port peut être utilisé pour transmettre des données conformément aux protocoles CEI 61850, DNP3, CEI 60870. -5-104, Modbus/IP et autres protocoles de communication. La possibilité d'horodater au niveau matériel entraîne une augmentation significative du coût des commutateurs Ethernet. Quant à la prise en charge du protocole PTP dans les appareils de protection à relais, seules les dernières modifications d'appareils de certains fabricants prennent en charge ce protocole, parfois il n'est disponible qu'en option.

Le protocole PTP permet d'avoir plusieurs appareils sur le réseau pouvant faire office de serveurs de temps ; dans ce cas, on suppose qu'ils participent tous au vote entre eux pour choisir la montre la plus précise - la montre de grand maître. Si une montre de grand maître tombe soudainement en panne ou si ses performances se détériorent, le rôle de montre de grand maître peut être repris par d'autres montres qui revendiquent ce rôle. La durée de cette procédure peut varier, mais si les paramètres du protocole PTP (également appelés profil) sont optimisés pour une utilisation dans les installations de production d'électricité, cela ne prend pas plus de 5 secondes.

Introduction au PTP

Le protocole PTP est extrêmement flexible et peut être utilisé dans diverses applications nécessitant une synchronisation temporelle, offrant une précision allant jusqu'à 10 ns.

Une plus grande précision est devenue possible avec l'avènement de la deuxième version du protocole, qui a introduit le concept d'horloges transparentes, dont le rôle est joué par les commutateurs Ethernet. Les horloges transparentes mesurent le temps nécessaire aux messages de synchronisation pour transiter par les commutateurs, qui peut varier en fonction de la charge de trafic du réseau. Les informations sur le temps mesuré sont transmises à d'autres appareils le long du chemin du message de synchronisation. Ce mécanisme vous permet d'obtenir une grande précision de synchronisation de l'heure au sein d'un réseau Ethernet local. L'utilisation d'horloges transparentes signifie que les messages du protocole de synchronisation PTP n'ont pas besoin d'être priorisés par rapport aux autres trafics sur le réseau, simplifiant ainsi le processus de conception du réseau et la configuration des équipements réseau.

Terminologie

La norme IEEE Std 1588-2008 définit plusieurs termes applicables aux systèmes fonctionnant sous le protocole PTP. Les principaux termes sont :

• Montre de grand maître– une horloge qui est la principale source de données horaires lors de la synchronisation selon le protocole PTP, qui, en règle générale, est équipée d'un récepteur de signal GPS (ou autre système) intégré.
• Horloge maîtresse– une horloge qui est une source de données temporelles par laquelle les autres horloges du réseau sont synchronisées.
• Horloge esclave– dispositif final qui se synchronise à l'aide du protocole PTP ; il peut s'agir d'un relais de protection avec support natif du protocole PTP ou d'un convertisseur qui, d'une part, reçoit des informations au format du protocole PTP et, d'autre part, génère des données au format du protocole IRIG-B ou 1-PPS .
• Horloge transparente– un commutateur Ethernet qui mesure le temps nécessaire à un message de synchronisation pour passer par lui-même et fournit la valeur mesurée à l'horloge qui reçoit ensuite le message de synchronisation.
• Heures limites– une horloge équipée de plusieurs ports PTP et pouvant faire office d'horloge maître ; par exemple, ils peuvent être esclaves par rapport aux sources de signaux horaires de niveau supérieur et agir en tant que maîtres par rapport aux appareils de niveau inférieur.

Le réseau doit disposer d'au moins une horloge grand maître et une horloge esclave. Cependant, dans de nombreux cas, étant donné la nécessité de combiner plusieurs appareils en un seul réseau, il sera nécessaire d'utiliser des commutateurs qui, dans le cas le plus simple, agiront comme une horloge transparente. Ils peuvent également agir comme des horloges limites, ce qui permet dans certains cas une synchronisation temporelle de plus grande précision (que cela soit vrai ou non dépend du fabricant spécifique). Riz. La figure 5 illustre un complexe dans lequel la synchronisation temporelle est mise en œuvre selon le protocole PTP. DANS dans cet exemple Les montres Grandmaster sont capables de recevoir des informations sur l'heure exacte non seulement du système de positionnement global, mais également d'un réseau externe via le protocole PTP. La solution spécifiée est mise en œuvre pour suppléer à la panne du récepteur de signal horaire ou des circuits de connexion externes correspondants. En cas de transition vers l'utilisation de signaux horaires précis provenant d'un réseau externe, l'horloge cesse d'être une horloge grand maître et assume le rôle d'horloge frontière. Le complexe représenté utilise également deux types d'horloges esclaves : des dispositifs de protection à relais avec prise en charge native du PTP et des convertisseurs aux formats IRIG-B et 1-PPS, qui fournissent des informations sur l'heure exacte pour les appareils finaux qui ne prennent pas en charge le protocole PTP.

Fonctionnement en mode à une et deux étapes

Le principe de fonctionnement du protocole PTP repose sur le fait que l'heure d'émission d'un message de synchronisation de type Sync est connue avec précision (c'est ce message qui véhicule une information temporelle) et l'heure de réception de ce message sur l'interface Ethernet de l'horloge esclave. L'heure exacte de transmission d'un message donné n'est connue qu'après son envoi. Les interfaces Ethernet prenant en charge PTP fournissent un horodatage des messages au niveau matériel, puis ces informations sont transmises au CPU montre de grand maître. Après cela, un message de suivi est généré, qui transmet l'horodatage exact de la transmission du message de synchronisation à tous les appareils esclaves. Dans ce cas, l'horloge transparente complète ce message avec une information sur le délai de transmission de ce message sur le réseau (la somme du délai du canal et du temps de redirection du message). L'utilisation d'une combinaison de messages Sync et Follow Up est appelée le mode de fonctionnement en deux étapes du protocole PTP.

La deuxième version du protocole PTP (PTPv2) a introduit la possibilité de modifier le contenu d'un message PTP lors de la transmission au niveau matériel. Lors de la mise en œuvre de cette méthode, le besoin de messages de suivi est éliminé ; ce mode de fonctionnement du protocole PTP est appelé mono-étape. Montre Grand Maître avec support ce mode transmettre des messages de type Sync avec des informations sur l'heure exacte de leur formation, des horloges transparentes estiment les délais de transmission des messages de ce genre(sur le réseau et via eux-mêmes) et inclure des données sur les retards mesurés dans les mêmes messages de synchronisation au lieu d'inclure ces données dans les messages de suivi. Ce mode de fonctionnement suppose une charge d'informations moindre sur le réseau, mais nécessite l'utilisation de dispositifs plus complexes et plus coûteux.

Les complexes fonctionnant selon les termes du protocole PTP peuvent inclure des horloges grand maître capables de fonctionner en modes à un et deux étages. Dans de tels complexes, les horloges esclaves doivent être capables de prendre en compte les informations sur les retards résultant dans la transmission des messages de synchronisation directement à partir de ces messages générés par les horloges transparentes à un étage, ainsi que des messages de suivi générés par les horloges transparentes à deux étages. horloges.

ProfilPTP pour l'industrie de l'énergie électrique (Pouvoir Profil)

La norme du protocole PTP implique plusieurs de ses modifications, qui s'excluent mutuellement. La deuxième version du protocole PTP (PTPv2) introduit la notion de profils, qui limitent les valeurs d'un certain nombre de paramètres et nécessitent l'utilisation d'aspects spécifiques du protocole pour différentes applications.

Le profil de puissance est décrit dans la norme IEEE C37.238-2011, qui définit un certain nombre de paramètres pour garantir une précision de synchronisation temporelle inférieure à 1 μs pour les topologies les plus courantes dans les systèmes d'automatisation de sous-stations. Ce profil définit également la base d'informations de gestion (MIB) pour le protocole SNMP, qui offre la possibilité de contrôler les paramètres clés du périphérique lors de l'utilisation programmes standards surveillance. Grâce à cela, il devient possible de surveiller le fonctionnement du système de synchronisation horaire en temps réel avec la formation d'alarmes en cas de situations d'urgence.

Le profil de puissance exige que les erreurs introduites par chaque horloge transparente individuelle ne dépassent pas 50 ns. Ceci est nécessaire pour garantir une précision de synchronisation ne dépassant pas 1 µs lors de l'organisation d'une topologie de réseau local comprenant 16 commutateurs Ethernet (par exemple, dans le cadre d'une topologie en anneau). Dans ce cas, l'erreur tolérée pour montre GPS est fixée à 200 ns.

Le profil PTP nécessite l'utilisation d'une horloge transparente qui prend en charge un mécanisme peer-to-peer pour déterminer les délais de liaison et que tous les messages PTP soient transmis au niveau de la couche liaison en mode multidiffusion. Un mécanisme de latence peer-to-peer signifie que chaque appareil compatible PTP échange des messages avec des appareils adjacents pour mesurer les délais de transmission des messages entre eux. Le délai total dans la transmission des messages de synchronisation est défini comme la somme des retards de canal et des retards de traitement des messages par des horloges transparentes qui se produisent le long de la route de propagation des messages depuis le grand maître vers les horloges esclaves. Ce mode de fonctionnement présente deux avantages :

1. Le trafic réseau vu par l'horloge grand maître n'augmente pas à mesure que le réseau se développe. L'horloge grand maître échange des messages uniquement avec le commutateur Ethernet adjacent (horloge transparente ou Edge).
2. Les retards de transmission des messages sont automatiquement compensés si la route de communication principale tombe en panne et qu'une route de secours est activée. Les délais de canal sont mesurés sur chaque ligne de communication, y compris ceux qui peuvent être bloqués par les protocoles de la famille STP.

Tous les fabricants d'équipements compatibles PTP ne prennent pas en charge le profil de service public d'alimentation, mais il convient de noter que le profil standard décrit dans l'annexe J.4 de la norme ou dans la norme IEEE 1588-2008 peut fournir la précision requise si le système est configuré correctement. Lors de l'utilisation d'un profil autre que celui du service public d'électricité, il n'y a aucune garantie que les informations requises pour les dispositifs du système d'automatisation des sous-stations, telles que l'erreur de synchronisation et le fuseau horaire applicable, puissent être mises à la disposition des clients. Il n'est pas non plus garanti qu'il satisfasse aux spécifications de performances du protocole requises (l'Annexe J.4 ne spécifie pas les exigences de performances).

Les horloges limites peuvent être utilisées pour effectuer des conversions entre différents profils. Par exemple, l'horloge limite peut assurer une conversion entre le profil de télécommunications (Profil de télécommunications de la Rec. ITU-T G.82651.1) et le profil de puissance (Profil de puissance IEEE Std C37.238). Recevoir des informations sur l'heure exacte depuis un réseau externe via un profil de télécommunications peut fournir une sauvegarde en cas de panne du récepteur de signal GPS sur la montre grand maître. Dans ce cas, comme indiqué précédemment, ils joueront le rôle d’horloge limite.

Types de messages de protocolePTP

Le profil de protocole PTP pour l'industrie de l'énergie électrique prévoit l'utilisation de 4 classes de messages :

1. Des messages commeSynchroniser . Les données du message comprennent des informations temporelles transmises par l'horloge mère au format nombre de secondes et nanosecondes depuis minuit le 1er janvier 1970.
2. Des messages commePair Retard. Ces messages sont échangés entre des appareils adjacents pour estimer le délai de propagation des messages de synchronisation le long de la liaison de communication entre eux. Deux ou trois types de messages différents sont utilisés pour mesurer la latence, selon que l'opération en une ou deux étapes est utilisée.
3. Des messages commeSuivre En haut. Les données du message incluent l'horodatage exact envoyé message précédent Type de synchronisation, ainsi qu'une valeur de correction. La valeur de correction est la somme des temps de traitement des messages par l'horloge transparente et des retards de canal le long du chemin de propagation des messages entre l'horloge grand maître et un point de réseau donné. Représenté au format nanosecondes et fractions de nanosecondes.
4. Des messages commeAnnoncer. La transmission de ces messages est effectuée par l'horloge grand maître, qui fournit des données sur l'erreur de fonctionnement de la source (par exemple, un récepteur GPS) et d'autres informations de service du protocole PTP.

Riz. Les figures 6 à 8 illustrent comment les messages sont échangés sur un petit réseau à l'aide d'une horloge fonctionnant en mode à deux étages (puisque la plupart des appareils ne prennent pas en charge le fonctionnement à un étage). Les messages de synchronisation sont transmis inchangés par l'horloge transparente. tun– indication de l’heure sur la montre grand maître. Les messages d'annonce sont également transmis de la même manière.

Type de message Pair Retard (Pair Retard Demande, Pair Retard Réponse et Pair Retard Suivre En haut) est effectué uniquement entre appareils voisins.

Chaque horloge transparente détermine le délai de canal de transmission des messages entre elle-même et les appareils adjacents. Lorsque les messages Sync passent par des horloges transparentes, ils calculent une valeur de correction locale en additionnant le retard du canal le long de l'itinéraire d'arrivée du message et le temps nécessaire au message Sync pour les traverser. Cette valeur de correction calculée localement est ensuite ajoutée à la valeur de correction du message de suivi entrant correspondant. Lorsqu'un message de suivi arrive à l'horloge esclave pour corriger la valeur, la valeur de retard de canal déterminée par celle-ci est ajoutée. La valeur de correction résultante sera le temps total nécessaire pour qu'un message de synchronisation soit transmis sur le réseau du périphérique maître au périphérique esclave.

Puisque chaque élément du réseau le long du chemin de propagation d'un message de type Sync contribue à ce temps total, le mécanisme peer-to-peer de mesure des délais de canal du Power Profile, décrit ci-dessus, assure le bon fonctionnement du protocole dans des conditions de changement de topologie du réseau.

Il est important de noter que même si les messages de suivi peuvent sembler identiques, ils seront différents à chaque point du réseau. L'horloge transparente modifie le contenu de ces messages, gardant inchangée l'adresse de l'horloge grand maître.

En figue. 8 tb– l'heure réelle de formation du message de synchronisation par l'horloge grand maître, qui est proche en valeur, mais pas identique à l'heure tun. Chaque horloge esclave enregistre le moment de réception des messages Sync et, en enregistrant l'heure de transmission des messages via l'horloge transparente et les retards de canal, dont la somme est une valeur de correction, peut prendre en compte des retards variables dans la transmission des messages Sync. .

Avantages et inconvénients de l'utilisation d'un profil PTP pour l'industrie électrique

L'utilisation du profil de puissance PTP offre un certain nombre d'avantages :

• La précision de la synchronisation temporelle ne dépend pas du volume du trafic réseau. Lorsque l'équipement réseau est surchargé, les messages PTP ne sont pas perdus. Cela vous permet d'utiliser la même infrastructure de réseau local lors de la mise en œuvre de systèmes SMPR et de protection par relais en utilisant à la fois le bus de processus conformément à la norme CEI 61850-9-2 et le bus de station conformément à la norme CEI 61850-8-1 (avec trafic GOOSE). et/ou MMS), ainsi que des complexes fonctionnant sur la base d'autres protocoles de communication (DNP3, etc.).
• Le débit des messages PTP a été optimisé pour fournir une précision de synchronisation de l'ordre de la microseconde sans surcharger le réseau ni nécessiter d'horloges esclaves complexes.
• Les lignes de communication optiques et électriques (paire torsadée) peuvent être utilisées comme support physique de transmission de données - tout dépend de la configuration des commutateurs sélectionnés.
• Utilisé un système référence temporelle, il n'y a donc aucun problème à régler les appareils sur le temps universel coordonné (UTC)/l'heure locale. Tous les appareils prenant en charge le profil Electrical Utilities utilisent l’heure atomique internationale (TAI), qui ne présente pas les problèmes de secondes intercalaires et d’heure d’été.
• Le profil de puissance permet la transmission du décalage horaire local, il n'est donc pas nécessaire de configurer l'heure locale sur les dispositifs de protection à relais. De plus, toute modification concernant le passage à l'heure d'été peut être effectuée sur l'horloge grand maître sans modifier les réglages des dispositifs de protection des relais. Ce mécanisme est défini Norme IEEE 1588, garantissant ainsi la compatibilité avec les appareils qui ne prennent pas en charge le profil PTP pour le secteur des services publics d'électricité.
• L'utilisation d'horloges de grand maître de réserve peut être prévue c commutation automatique sur celles-ci en cas de rupture de communication avec l'horloge grand-maître existante ou en cas de détérioration de leur fonctionnement.
• Pour augmenter la fiabilité de l'échange d'informations entre les appareils prenant en charge le protocole PTP, des protocoles tels que Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), Parallel Redundancy Protocol (PRP) et High-availability Seamless Ring (HSR) peuvent être utilisés.
• Les réseaux peuvent être mis à l'échelle sans charge supplémentaire sur l'horloge grand maître.
• Les retards dans la propagation des messages de synchronisation temporelle sur de longues lignes de communication sont automatiquement compensés, éliminant ainsi le besoin d'ajuster les dispositifs d'interface de bus de processus et les enregistreurs de transitoires.

Plus des informations détaillées sur la vérification de la vitesse de passage à l'utilisation des horloges de grand maître de réserve est indiqué. Le matériel considère des scénarios tels que la perte d'un segment de réseau Ethernet avec une horloge grand maître valide et la perte d'un signal GPS.

Le protocole PTP est un protocole assez complexe, et afin de garantir la précision de synchronisation temporelle requise, un certain nombre de points doivent être pris en compte. De nouveaux risques apparaissent en outre au sein du système d’automatisation d’une centrale électrique. Les aspects suivants de l'utilisation du protocole PTP doivent être notés :

• Les commutateurs Ethernet doivent prendre en charge le profil PTP utilitaire avec la capacité de signaler des erreurs de performances inacceptables. Toutes les horloges transparentes prenant en charge PTP (et en particulier celles prenant en charge le peer-to-peer pour la détection du retard de canal) ne sont pas capables de fournir une erreur inférieure à 50 ns. De plus, toutes les montres transparentes ne sont pas capables d’évaluer les erreurs qui en résultent.
• Il existe sur le marché un nombre limité de dispositifs de protection à relais prenant en charge le profil PTP pour l'industrie électrique, mais la situation s'améliore. Un certain nombre de fabricants produisent des dispositifs de protection à relais avec prise en charge PTP depuis 2013, mais la prise en charge du protocole peut être facultative et sa nécessité est déterminée lors de la commande.
• Toutes les horloges maîtres ou esclaves (y compris les convertisseurs vers d'autres protocoles de synchronisation horaire) ne sont pas conçues pour être utilisées dans les sous-stations haute tension, bien qu'elles puissent prendre en charge le profil PTP du service public. L’immunité de l’équipement aux interférences électromagnétiques doit être testée selon les niveaux de gravité spécifiés.
• La synchronisation temporelle est d'une grande importance pour le SMPR et le bus de processus CEI 61850-9-2. Il est important que seul un personnel spécialement formé ait la possibilité de modifier la configuration des appareils compatibles PTP (soit à l'aide de configurateurs spéciaux, soit à l'aide d'un serveur Web, soit via le protocole SNMP). Si les appareils compatibles PTP peuvent être configurés via panneau avant, l'accès doit alors être restreint par un mot de passe.
• Il existe différents profils de protocole PTP, chacun optimisé pour des applications spécifiques. Le profil PTP pour l'industrie de l'énergie électrique (Power Profile) répond le mieux aux exigences des systèmes d'automatisation pour les installations électriques, mais le profil par défaut peut également être utilisé. Cependant, il n'est pas garanti qu'une précision de synchronisation temporelle suffisante soit fournie pour tous les systèmes. D'autres profils spécifiques, tels que le profil de télécommunications ou le profil pour les applications audio-vidéo (IEEE 802.1AS), ne fourniront probablement pas les performances requises.

Exemples d'utilisation du protocole PTP dans les installations électriques

Cette section présente deux exemples d'utilisation du protocole PTP dans les systèmes d'automatisation haute tension. sous-stations électriques. Le premier exemple décrit l'utilisation du protocole PTP dans le système d'automatisation d'une nouvelle sous-station de construction, le second - lors de la mise à niveau d'une sous-station existante. Les exemples couvrent également la structure réseau d'information Ethernet. On suppose que la conception du réseau prend non seulement en charge le protocole PTP, mais satisfait également à l'exigence de maintien des fonctionnalités en cas de panne unique (équipement ou ligne de communication).

Application du protocolePTP dans les nouvelles installations énergétiques de construction

De nombreux dispositifs de protection à relais ont des capacités d'enregistrement des transitoires conformément à la norme IEEE C37.118.1 (ou aux normes précédentes). La mise en œuvre pratique de cette fonctionnalité nécessite d'assurer la synchronisation temporelle des appareils avec une précision de la microseconde. Historiquement, la synchronisation temporelle IRIG-B était utilisée parce que NTP ne répondait pas aux exigences de précision. Aujourd'hui, un certain nombre de fabricants proposent des solutions prenant en charge le protocole PTP pour répondre aux exigences de précision. Dans le même temps, le protocole NTP peut également être utilisé pour synchroniser d'autres dispositifs de protection à relais de l'installation électrique qui remplissent les fonctions d'enregistrement des événements d'urgence.

Cet exemple considère une sous-station 330/132 kV de taille moyenne pour démontrer la facilité d'utilisation du protocole PTP. Dans ce cas, la mise en œuvre de fonctions d'enregistrement des transitoires est envisagée, bien que le protocole PTP puisse également être utilisé pour synchroniser les dispositifs d'interface avec le bus de processus au sein de la même installation électrique. Un schéma unifilaire de l'objet est présenté sur la Fig. 9.

En règle générale, les sociétés de réseau électrique acceptent l'une des deux options suivantes pour le placement des équipements : les dispositifs de protection à relais et d'automatisation sont situés dans une seule pièce ou dans plusieurs bâtiments modulaires (hautement préfabriqués) situés sur place. L'approche utilisée détermine la topologie du réseau local Ethernet et le niveau de fiabilité requis. Dans cet exemple, la topologie du réseau est développée sur la base du fait que les relais de protection pour les éléments 330 kV et 132 kV sont installés dans des bâtiments séparés. Par souci de simplicité, sur la Fig. 10 montre seulement certains des appareils. Les connexions redondantes ne sont pas utilisées et un seul ensemble de protections est affiché.

Les appareils de la série General Electric UR ont été sélectionnés pour une utilisation sur site et leur fonctionnalité inclut une fonction d'enregistrement des transitoires. Dans le même temps, les dispositifs de protection à relais prennent en charge le protocole PTP (au lieu de l'interface IRIG-B la plus utilisée). L'installation prévoit également l'utilisation d'un dispositif de protection de relais de batterie de condensateurs de la série REV615 d'ABB, qui prend en charge le protocole PTP.

La principale source de temps est une montre de grand maître équipée d'un récepteur de signal satellite. Il est recommandé que le Grandmaster PTP soit également une horloge maître NTP, car NTP peut être utilisé par des contrôleurs de communication, des passerelles, des compteurs d'énergie et des dispositifs de protection de relais qui nécessitent une synchronisation temporelle précise à la milliseconde.

Les commutateurs Ethernet sont utilisés pour distribuer des messages PTP avec d'autres trafics tels que CEI 61850, DNP3, HTTP, SNMP, etc. Le volume du trafic PTP est extrêmement faible, environ 420 octets/s, et n'a aucun impact sur le réseau. Riz. La figure 11 illustre le trafic PTP généré par une Tekron Grandmaster Watch. La figure montre que l'horloge grand maître génère des messages comme Sync (rouge), Follow Up (framboise), Announce (bleu) et Peer Delay Request (vert) une fois par seconde, et génère également des réponses comme Peer Delay Response (jaune) et Peer Delay. Suivi de la réponse (marron). Le mode en deux étapes illustré génère le plus de trafic – c'est le pire des cas.

Le commutateur racine est situé au centre de la topologie du réseau local Ethernet de la centrale électrique. Un serveur de communication et un poste de travail répartiteur sont connectés à ce commutateur. Le schéma ci-dessus prévoit également l'utilisation de deux autres interrupteurs : un dans le centre de contrôle 330 kV, le second dans le centre de contrôle 132 kV. Cette solution vous permet de réduire la quantité de câble nécessaire pour connecter les relais de protection et les dispositifs d'automatisation. Les interrupteurs installés dans chaque centre de contrôle offrent la possibilité d'échange d'informations entre les dispositifs de protection des relais (par exemple, messages GOOSE avec signaux de démarrage en cas de panne du disjoncteur, interdiction de réenclenchement automatique, etc.). Cela garantit la fonctionnalité des fonctions distribuées en cas d'échec de communication avec le commutateur central.

Le nombre de commutateurs utilisés est déterminé par l’équilibre entre les aspects suivants :

• Flexible : plus de commutateurs signifie plus de ports.
• Fiabilité : plus il y a de commutateurs dans le système, plus la probabilité de défaillance d'un seul commutateur est grande.
• Fiabilité opérationnelle : en cas de panne d'un interrupteur, sur combien d'éléments perdrez-vous le contrôle ?

L'utilisation du PTP s'intègre bien dans les solutions traditionnelles d'utilisation des réseaux locaux par les sociétés de réseau électrique. Le profil PTP pour l'industrie de l'énergie électrique (Power Profile) permet de fonctionner dans des conditions de présence de canaux de communication redondants lors de l'utilisation du protocole de redondance du protocole RSTP, puisque l'évaluation des retards des canaux est effectuée, y compris sur les lignes de communication logiquement bloquées. Lorsque les messages PTP sont propagés le long d'itinéraires réseau alternatifs, la valeur d'ajustement dans les messages de suivi PTP déterminera le délai le long du nouvel itinéraire.

L'une des décisions à prendre lors de la création d'un système de synchronisation temporelle est de savoir si les commutateurs doivent fonctionner en mode transparent ou en mode horloge de pointe. Le mode le plus simple est l'horloge transparente. Lorsque vous utilisez ce mode, le dépannage des dysfonctionnements du réseau à l'aide d'analyseurs de trafic (par exemple, l'application Wireshark) est beaucoup plus simple. L'avantage d'utiliser des horloges limites est qu'elles séparent l'horloge grand maître en fonctionnement de l'horloge esclave. Ceci est réalisé en gardant l'horloge limite à jour plutôt qu'en estimant simplement les heures des messages de synchronisation.

Considérons le scénario de défaillance de la ligne de communication entre le commutateur racine et le commutateur installé dans le centre de contrôle 132 kV, qui fait office d'horloge transparente. Dans ce cas, il y aura un écart entre les lectures de chaque horloge esclave (dispositifs de protection à relais) par rapport à l'heure réelle et entre elles en raison de la différence dans les caractéristiques des générateurs d'oscillations intégrés. La vitesse à laquelle l'écart augmente dépend de plusieurs facteurs, notamment de la qualité de l'oscillateur et des changements de température. Si la perturbation de la communication dure suffisamment longtemps, la différence entre les lectures de temps des relais de protection et des automatismes des éléments de niveau de tension 132 kV peut devenir significative. Cette situation est identique à la situation où la ligne de communication qui assure la synchronisation IRIG-B avec une solution traditionnelle est interrompue.

Si le commutateur du centre de contrôle 132 kV agit comme une horloge limite, alors les appareils esclaves seront synchronisés avec l'horloge limite. En fonctionnement normal, l'horloge limite sera synchronisée avec l'horloge grand maître. Si la connexion avec l'horloge grand maître est interrompue, les dispositifs de protection à relais restent synchronisés avec l'horloge limite. L'heure locale sur l'horloge limite s'écartera lentement de l'heure de l'horloge grand maître - cela se produira également sur l'horloge esclave, au même rythme. Dans ce cas, tous les dispositifs de protection à relais seront synchronisés entre eux. Dans cette situation, la qualité de l’horloge interne des dispositifs de protection à relais n’a pas d’importance.

Remplacement du système de synchronisation de l'heure :IRIG– B surPTP

Des situations peuvent survenir lorsqu'il est nécessaire de remplacer un système de synchronisation horaire existant, par exemple lors de l'introduction de complexes dotés de nouvelles fonctionnalités dans une centrale électrique. L'exemple donné considère un scénario d'agrandissement d'une sous-station dans lequel il est nécessaire de construire un centre de contrôle séparé. Dans la sous-station existante, le réseau Ethernet est utilisé pour mettre en œuvre l'échange de données entre les dispositifs de protection à relais, et le protocole IRIG-B est utilisé pour synchroniser les dispositifs dans le temps. En tant que support de transmission de données pour les deux Réseau local Ethernet, et pour le système de synchronisation temporelle, des lignes de communication à fibre optique sont utilisées, car ce support offre une immunité élevée au bruit et une isolation galvanique. Les répéteurs sont utilisés pour convertir les signaux IRIG-B transmis sur une liaison optique en signaux électriques IRIG-B, qui sont fournis directement aux interfaces des dispositifs de protection à relais.

Riz. La figure 12 illustre un schéma unifilaire d'une sous-station 330/132 kV, des bâtiments de salle de contrôle existants et des connexions de communication entre les bâtiments avant extension.

La société de réseau électrique met en œuvre un projet visant à étendre l'appareillage de commutation 330 kV avec l'installation d'un autre transformateur de puissance 330/132 kV. Il est prévu de construire une autre salle de contrôle dans laquelle seront installés des dispositifs de protection et d'automatisation des relais et d'autres équipements. Bien qu'il semble possible d'acheminer le signal IRIG-B depuis le centre de contrôle 132 kV, cela s'accompagnera d'erreurs de synchronisation temporelle supplémentaires en raison de la grande longueur de la ligne de communication. Cette extension de sous-station offre une bonne opportunité d'acquérir de l'expérience en utilisant le protocole PTP.

Dans le même temps, la quantité d’équipements à remplacer est assez faible. Si l'horloge mère connectée au GPS ne prend pas en charge le PTP, elle devra alors être remplacée. Dans ce projet, l'équipement Tekron a été choisi - le modèle TCG 01-G, qui prend en charge les protocoles PTP et NTP. Si le commutateur Ethernet racine ne prend pas en charge le profil PTP pour l'alimentation électrique (Power Profle), il doit alors être remplacé par un autre qui implémente cette prise en charge (dans ce projet, un remplacement a été effectué avec un commutateur GE Multilink ML3000). Dans ce cas, la configuration du switch précédent doit être documentée en termes de VLAN, de filtrage multicast, de configuration des ports et de protocole SNMP afin de les répliquer sur le nouveau switch.

Au stade final, il est envisagé d'utiliser un convertisseur du format de protocole PTP vers le format IRIG-B au sein du nouvel OPU. Le convertisseur spécifié offre la possibilité de connecter des dispositifs de protection à relais avec l'interface IRIG-B. Tous les commutateurs Ethernet à installer dans le nouveau GPU doivent prendre en charge soit le rôle d'horloge transparente, soit le rôle d'horloge limite conformément au profil PTP Power Utilities. Riz. La figure 13 illustre un schéma du poste après extension. Lors de l'extension de l'installation, il convient également de vérifier si les dispositifs de protection à relais installés peuvent prendre en charge le protocole PTP. Si tel est le cas, cela peut éliminer le besoin de convertisseurs et également fournir une expérience supplémentaire en utilisant PTP dans les appareils finaux.

Dans l'architecture proposée pour construire un système de synchronisation temporelle, il n'est pas nécessaire de compenser le temps de propagation des signaux de synchronisation pour les appareils situés dans le nouveau centre de contrôle, puisque celui-ci est assuré par le mécanisme peer-to-peer pour déterminer les délais du profil PTP pour l'industrie de l'énergie électrique (Power Profile). Cela simplifie la tâche de configuration des systèmes de contrôle et d'autres systèmes qui nécessitent une précision de synchronisation temporelle de l'ordre de la microseconde.

En termes de conception de l'armoire, il ne peut y avoir qu'un seul changement lié à la nécessité d'installer des convertisseurs PTP (un pour chaque armoire), dont le but est d'éliminer le besoin de poser des lignes de communication dédiées pour la transmission des signaux IRIG-B. Aujourd'hui déjà, de nombreuses sociétés de réseaux électriques abandonnent l'utilisation de connexions par câbles en cuivre entre les armoires de protection à relais et d'automatisation, combinant les appareils de l'armoire en un seul réseau Ethernet. Dans une telle situation, un autre avantage de cette approche peut être utilisé : l'utilisation du protocole PTP, dont les messages sont transmis sur le même réseau Ethernet que les signaux des dispositifs de protection relais.

Riz. La figure 14 illustre un système de synchronisation temporelle classique utilisant IRIG-B (modulé/bande de base). Tous les dispositifs de protection à relais sont connectés au système de contrôle de processus automatisé via des interfaces Ethernet. Cependant, dans les installations électriques plus anciennes, les appareils peuvent également être connectés via l'interface RS-485 (en utilisant les protocoles DNP3 ou CEI 60870-5-101).

Lors de l'utilisation du protocole PTP, il est conseillé d'organiser les communications entre les armoires via des lignes de communication à fibre optique. Une horloge esclave PTP, telle qu'un convertisseur PTP, est utilisée pour effectuer la conversion vers l'un des protocoles de synchronisation horaire standard (IRIG-B dans l'exemple illustré). La génération de signaux IRIG-B par ces convertisseurs dans chaque armoire individuelle permet d'avoir un format horaire différent et des fuseaux horaires différents par rapport au scénario d'utilisation d'un seul serveur horaire diffusant des données au format du protocole IRIG-B. Riz. La figure 15 illustre un exemple de la manière dont le protocole PTP peut être utilisé pour la synchronisation temporelle de dispositifs de protection à relais existants en utilisant un convertisseur du format PTP au format d'un des protocoles standards et une synchronisation temporelle simultanée. appareils modernes Protection de relais avec prise en charge PTP.

L'utilisation du protocole PTP lors de l'extension et de la modernisation des installations électriques existantes offre aux sociétés de réseaux électriques et aux intégrateurs la possibilité d'acquérir de l'expérience dans l'utilisation du protocole PTP. À l'avenir, l'expérience pourra également être acquise en utilisant des dispositifs de protection à relais avec prise en charge native du protocole PTP.

Si une entreprise de réseau électrique commence tout juste à mettre en œuvre la communication via un réseau Ethernet local entre les relais de protection et les appareils d'automatisation, vous devez alors faire attention à la possibilité que les commutateurs utilisés puissent prendre en charge le protocole PTP. Il est nécessaire de s'assurer que les commutateurs prennent en charge le protocole au niveau matériel - la prise en charge des profils PTP individuels peut être implémentée ultérieurement en modifiant le logiciel sous-jacent des commutateurs Ethernet.

Construire des réseaux redondants à l'aide du protocole PTP

Les aspects de l’utilisation du PTP dans une nouvelle installation électrique ont été abordés ci-dessus. Cette section aborde les principes de base de l'utilisation de PTP dans les réseaux Ethernet redondants. Il est important de noter les principes fondamentaux suivants :

• La défaillance de tout dispositif de réseau ou de ligne de communication ne doit pas entraîner la défaillance de la fonction de protection et de contrôle de plus d'une connexion de l'appareillage de commutation.
• Des kits de protection de relais principal et de secours sont utilisés, souvent appelés protection principale n° 1/protection principale n° 2, ensembles A/B ou X/Y.
• Les influences de contrôle sur les équipements de commutation sont générées directement par les dispositifs de protection et d'automatisation des relais, en contournant les contrôleurs/dispositifs de contrôle.

Vous pouvez effectuer des réservations de l'une des manières suivantes, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients :

• Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), qui offre la possibilité de créer des réseaux en anneau. Ce protocole est pris en charge par de nombreux commutateurs Ethernet, sinon tous. Le temps nécessaire pour rétablir la communication entre les appareils n'est pas constant et dépend d'un certain nombre de facteurs.
• Protocole de redondance parallèle (PRP). Lors de l'utilisation de ce protocole, la continuité de l'échange d'informations est assurée en cas de dysfonctionnement soit d'une ligne de communication distincte, soit d'un commutateur séparé. Nécessite une prise en charge particulière de ce protocole ou l'utilisation de dispositifs de redondance, ainsi que la duplication de l'infrastructure réseau Ethernet.
• Protocole de redondance transparente (HSR) haute fiabilité. La continuité de l'échange d'informations est assurée en cas de dysfonctionnement soit d'une ligne de communication distincte, soit d'un commutateur séparé. Cela ne nécessite pas l'utilisation de commutateurs supplémentaires. La portée du protocole est limitée aux topologies de réseau Ethernet en anneau, et une prise en charge particulière du protocole par les appareils connectés (par exemple, des horloges PTP ou des dispositifs de protection à relais) ou leur connexion est effectuée via des dispositifs de redondance spéciaux.

L'exemple donné dans cette section s'appuie sur l'utilisation du protocole PRP et élimine le besoin d'un interrupteur séparé par travée ou par diamètre d'un circuit et demi d'appareillage, qui sont souvent utilisés dans le but de maintenir la capacité de protection et de contrôle après un un seul échec. équipement de communication. Dans certains scénarios, l'utilisation de PRP peut réduire le nombre de commutateurs Ethernet utilisés par rapport à l'utilisation de RSTP.

La protection X (ou protection principale n°1) est mise en œuvre lors de l'utilisation de dispositifs de protection à relais de la série General Electric UR, car cet appareil prend en charge les protocoles PTP et PRP. Protection X fournit des fonctions de contrôle et d'enregistrement des transitoires en plus des fonctions de protection des relais. La protection Y (ou protection principale n°2) est mise en œuvre lors de l'utilisation de dispositifs de protection à relais d'un autre fabricant prenant en charge le protocole PTP ou NTP pour la synchronisation horaire.

Riz. 16 illustre une topologie de réseau Ethernet. Deux réseaux locaux, désignés A et B, sont mis en œuvre, tous deux actifs au même moment. Le protocole RSTP fonctionne de telle manière qu'il bloque les lignes de communication redondantes, illustrées sur la figure. pointillés. Plus précisément, il s'agit du lien entre le commutateur racine n°2 et le commutateur Y. Certains serveurs multimédias fonctionnent avec leur deuxième port Ethernet désactivé jusqu'à ce que le lien principal échoue. Les données de connexion sont également représentées par des lignes pointillées.

Il est prévu que dans un avenir proche, des serveurs de communication ICS avec prise en charge native du PRP seront disponibles, ce qui permettra de maintenir actives simultanément deux lignes de communication. Le commutateur Y peut fournir une fonctionnalité de redondance pour les dispositifs de protection à relais Y, assurant ainsi le traitement des messages en double.

Les commutateurs Ethernet sont désormais disponibles avec un grand nombre de ports, éliminant ainsi le besoin d'utiliser des commutateurs dans chaque armoire pour connecter des dispositifs de protection à relais. Dans les petites sous-stations, l'utilisation des interrupteurs X1, X2 et Y pour connecter les dispositifs de protection des relais peut ne pas être nécessaire et, à l'inverse, dans les sous-stations à haute tension, il peut être conseillé d'utiliser les interrupteurs X1, X2 et Y pour chaque niveau de tension. Quelle que soit la topologie du réseau Ethernet, l'utilisation d'un commutateur Ethernet prenant en charge le rôle d'horloges transparentes ou limites offrira la possibilité de connecter des clients n'importe où sur le réseau.

conclusions

L'utilisation de protocoles de synchronisation temporelle fonctionnant sur un réseau Ethernet réduit les coûts de conception, de mise en œuvre et de maintenance du système. Le protocole PTP, à savoir le profil de ce protocole pour l'industrie de l'énergie électrique (Power Profile), résout un certain nombre de problèmes liés aux systèmes de synchronisation temporelle pour les systèmes d'automatisation de sous-stations, et son utilisation s'inscrit de manière optimale dans l'idéologie de l'échange de données de construction entre appareils secondaires. d'une installation électrique sur un réseau Ethernet.

Bibliographie

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2. D.M.E. Ingram, P. Schaub, D.A. Campbell et R.R. Taylor, «Évaluation quantitative du timing de précision tolérant aux pannes pour les substances électriques», Transactions IEEE sur l'instrumentation et la mesure, octobre 2013. Volume 62, numéro 10, pages 2694-2703. Disponible depuis

Network Time Protocol est un protocole réseau permettant de synchroniser l'horloge interne d'un ordinateur à l'aide de réseaux à latence variable basés sur la commutation de paquets.

Bien que NTP utilise traditionnellement UDP pour fonctionner, il est également capable de fonctionner via TCP. Le système NTP est extrêmement résistant aux changements de latence des supports de transmission.

Le temps est représenté dans le système NTP sous la forme d'un nombre de 64 bits, composé d'un compteur de secondes de 32 bits et d'un compteur de fractions de seconde de 32 bits, permettant de transmettre le temps dans une plage de 2 à 32 secondes, avec une précision théorique de 2-32 secondes. Étant donné que l'échelle de temps dans NTP se répète toutes les 2 à 32 secondes (136 ans), le destinataire doit connaître au moins approximativement l'heure actuelle (avec une précision de 68 ans). Notez également que le temps est mesuré à partir de minuit le 1er janvier 1900 et non à partir de 1970, donc près de 70 ans (y compris les années bissextiles) doivent être soustraits de l'heure NTP pour correspondre correctement à l'heure avec les systèmes Windows ou Unix.

Comment ça fonctionne

Les serveurs NTP fonctionnent dans réseau hiérarchique, chaque niveau de la hiérarchie est appelé un niveau (strate). Le niveau 0 est représenté par l'horloge de référence. La norme est issue du signal GPS (Global Positioning System) ou du service ACTS (Automated Computer Time Service). Au niveau zéro, les serveurs NTP ne fonctionnent pas.

Les serveurs NTP de niveau 1 obtiennent des informations temporelles à partir d'une horloge de référence. Les serveurs NTP de niveau 2 sont synchronisés avec les serveurs de niveau 1. Il peut y avoir jusqu'à 15 niveaux au total.

Les serveurs NTP et les clients NTP obtiennent des données temporelles à partir des serveurs de niveau 1, bien qu'en pratique les clients NTP ne devraient pas le faire car des milliers de requêtes client individuelles constitueraient une trop lourde charge pour les serveurs de niveau 1. Il est préférable de configurer un serveur NTP local qui vos clients utiliseront pour obtenir des informations temporelles.

La structure hiérarchique du protocole NTP est tolérante aux pannes et redondante. Regardons un exemple de son travail. Deux serveurs NTP de niveau 2 se synchronisent avec six serveurs de niveau 1 différents, chacun sur un canal indépendant. Les nœuds internes sont synchronisés avec les serveurs NTP internes. Deux serveurs NTP de niveau 2 coordonnent le temps entre eux. Si la liaison vers un serveur de niveau 1 ou l'un des serveurs de niveau 2 échoue, le serveur de niveau 2 redondant prend en charge le processus de synchronisation.

De même, les nœuds et appareils de niveau 3 peuvent utiliser n'importe lequel des serveurs de niveau 2. Ce qui est plus important, c'est que disposer d'un réseau redondant de serveurs NTP garantit que les serveurs de temps sont toujours disponibles. En se synchronisant avec plusieurs serveurs de temps, NTP utilise les données de toutes les sources pour calculer l'heure la plus précise.

Il convient de noter que le protocole NTP ne règle pas l'heure sous sa forme pure. Il ajuste l'horloge locale à l'aide d'un décalage horaire, la différence entre l'heure du serveur NTP et l'horloge locale. Les serveurs et clients NTP ajustent leurs horloges en se synchronisant avec heure actuelle progressivement ou d'un seul coup.

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Établissement d'enseignement autonome de l'État fédéral

Formation professionnelle supérieure

"Université Nationale de Recherche Nucléaire "MEPhI"

Institut technologique de Trekhgorny - branche de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI

Département informatique

dans la discipline "Technologies Internet"

sur le thème : « Protocole RSYNC. Synchronisation de l'heure. Protocole NTP. Protocole SNTP"

Complété par : étudiant du groupe 5VT-58

Koltsov D.A.

Vérifié : Art. Tour. Dolgopolova M.O.

Trekhgorny 2012

PROTOCOLE RSYNC

SYNCHRONISATION DU TEMPS

PROTOCOLE NTP

PROTOCOLE SNTP

LISTE DES SOURCES INTERNET UTILISÉES

APPLICATIONS

PROTOCOLE RSYNC

R.synchroniser(eng. Remote Synchronization) est un programme pour les systèmes de type UNIX qui synchronise les fichiers et les répertoires à deux endroits tout en minimisant le trafic, en utilisant le codage des données si nécessaire. Une différence importante entre rsync et de nombreux autres programmes/protocoles est que la mise en miroir est effectuée par un thread dans chaque direction (plutôt qu'un ou plusieurs threads par fichier). Rsync peut copier ou afficher le contenu d'un répertoire et copier des fichiers, éventuellement en utilisant la compression et la récursivité.

Développeur- Wayne Davison ;

salle d'opérationsystème- Logiciel multiplateforme.

Publié sous licence GNU GPL, rsync est un logiciel libre.

Multiplateforme(multiplateforme)logicielsécurité-- logiciel qui s'exécute sur plusieurs plates-formes matérielles et/ou systèmes d'exploitation. Un exemple typique est celui des logiciels conçus pour fonctionner dans les salles d’opération. Systèmes Linux et Windows en même temps.

Il existe une implémentation de rsync pour Winows, ou plutôt pas une implémentation directe, mais un assemblage de rsync et cygwin, appelé cwRsync.

Algorithme

Utilitaire rsync utilise un algorithme développé par le programmeur australien Andrew Tridgell (Annexe C) pour transférer efficacement des structures (telles que des fichiers) entre des connexions de communication lorsque l'ordinateur récepteur possède déjà une version différente de cette structure.

L'ordinateur récepteur divise sa copie du fichier en morceaux ne se chevauchant pas d'une taille fixe S et calcule une somme de contrôle pour chaque morceau : un hachage MD4 (Annexe A) et une somme de contrôle mobile plus faible (Annexe B), et les envoie à l'ordinateur destinataire. serveur avec lequel il est synchronisé.

Le serveur synchronisé calcule les sommes de contrôle pour chaque morceau de taille S dans sa version du fichier, y compris les morceaux qui se chevauchent. Cela peut être calculé efficacement grâce à la propriété spéciale de la somme de contrôle glissante : si la somme de contrôle glissante des octets n à n+S-1 est égale à R, alors la somme de contrôle glissante des octets n+1 à n+S peut être calculée à partir de R, l'octet n et l'octet n. +S sans avoir à prendre en compte les octets se trouvant à l'intérieur de cet intervalle. Ainsi, si la somme de contrôle glissante des octets 1 à 25 a déjà été calculée, alors la somme de contrôle précédente et les octets 1 et 26 sont utilisés pour calculer la somme de contrôle glissante des octets 2 à 26.

Basique avantages

Vitesse: Initialement, rsync réplique tout le contenu entre la source et la destination (récepteur). Ensuite, rsync transfère uniquement les blocs ou bits modifiés vers la destination, ce qui rend la synchronisation très rapide ;

Sécurité: rsync inclut le cryptage des données en transit à l'aide du protocole SSH ;

Syntaxe

$ Destination source des options rsync, où la source et la destination peuvent être locales ou distantes. Lorsqu'il est utilisé avec des objets distants, spécifie la connexion, le nom du serveur et le chemin.

Quelques options importantes :

1) -un,--archive mode archives ;

2) -r,--récursif parcourir des répertoires (récursion);

3) -R,--relatif chemins relatifs ;

4) -H,--liens durs enregistrer les liens physiques ;

5) -S,--clairsemé gérer efficacement les fichiers clairsemés ;

6) -X,--un-système-de-fichiers ne franchissez pas les limites du système de fichiers ;

7) -exclure=MODÈLE exclure les fichiers d'un échantillon donné ;

8) -supprimer-pendant le récepteur est retiré LORS DE LA TRANSMISSION ;

9) -supprimer-après le récepteur est retiré APRÈS LA TRANSMISSION.

SYNCHRONISATION DU TEMPS

Le temps dans une époque technologies de l'information a acquis une importance particulière pour l'homme moderne. Chacun de nous regarde sa montre au moins plusieurs fois par jour. De nombreuses personnes synchronisent régulièrement leurs appareils de reporting horaire via diverses sources, notamment Internet. L'heure précise joue parfois un rôle décisif dans des domaines où même les minutes ne sont pas importantes, mais les secondes. Par exemple, négocier en bourse peut entraîner la ruine d'un joueur dont la montre indique la mauvaise heure.

Technologie synchronisation temps

Tous le processus de synchronisation de l'heure est effectué via un protocole réseau spécial appelé NTP(RéseauTempsprotocole). Ce protocole est un ensemble de diverses règles et algorithmes mathématiques, grâce auxquels l'heure de votre ordinateur est ajustée avec précision avec un écart de quelques centièmes de seconde. Il existe également un protocole pour les systèmes qui ne nécessitent pas une synchronisation aussi précise, appelé SNTP. La différence entre la source et l'appareil récepteur peut aller jusqu'à 1 seconde.

La technologie permettant de transmettre des paramètres temporels précis est une structure multicouche, dans laquelle chaque couche sous-jacente de dispositifs électroniques est synchronisée avec la couche sous-jacente. Plus la couche technologique est basse, moins l’heure obtenue sera précise. Mais c'est en théorie, en pratique, tout dépend de nombreux paramètres impliqués dans le système de synchronisation et une heure plus précise peut être obtenue, par exemple, à partir de la quatrième couche d'appareils qu'à partir de la troisième.

Au niveau zéro de cette chaîne de transmission se trouvent toujours des appareils de mesure du temps, en gros des horloges. Ces horloges sont des dispositifs de chronométrage moléculaires, atomiques ou quantiques et sont appelées horloges de référence. De tels appareils ne transmettent pas les paramètres temporels directement à Internet ; ils sont généralement connectés à l'ordinateur principal via une interface haut débit avec des délais minimes. Ce sont ces ordinateurs qui constituent le premier maillon de la chaîne technologique. Sur la deuxième couche, il y aura des machines qui recevront l'heure de la première couche d'appareils via connexion réseau, le plus souvent via Internet. Toutes les couches suivantes recevront des informations sur l'heure exacte en utilisant les mêmes protocoles réseau des couches sus-jacentes.

Systèmes synchronisation temps

DANS conformément à la loi fédérale « sur les communications » n° 126 du 7 juillet 2003, article 49 - « Temps de comptabilisation et de déclaration dans le domaine des communications », dans les processus technologiques de transmission et de réception de messages de télécommunication et postaux, leur traitement dans sur le territoire de la Fédération de Russie, les opérateurs de télécommunications et les opérateurs postaux devraient utiliser un seul délai de comptabilité et de déclaration - Moscou." Pour ce faire, il est nécessaire d'organiser un système horaire précis sur le réseau numérique de l'opérateur de télécommunication.

Un système temporel précis est appelé un complexe moyens techniques assurer la transmission périodique d'informations numériques sur la valeur de l'heure actuelle à partir d'une source de référence vers tous les éléments du réseau afin de synchroniser leurs horloges internes. Ceci s'applique aux équipements numériques des réseaux de télécommunication, dans lesquels diverses données sont traitées en temps réel et où l'exécution simultanée de certains processus technologiques internes doit être assurée.

La pertinence de résoudre le problème de l'organisation d'un système de synchronisation pour une heure précise unique, ou, en d'autres termes, d'organiser la synchronisation horaire, dans les réseaux de télécommunication est inextricablement liée au développement des systèmes de facturation, des systèmes de contrôle à des fins diverses, de la sécurité des réseaux, systèmes informatiques, ainsi que l'amélioration des modes opératoires équipement numérique télécommunications et support métrologique.

Les consommateurs de signaux horaires précis et uniformes sont : les systèmes informatiques et les serveurs informatiques (systèmes de gestion et de surveillance des équipements de réseau), les équipements pour les réseaux de transport SDH, ATM, IP et les réseaux de commutation, les serveurs de facturation et de bases de données ; équipements de transmission de données et de commutation de paquets (routeurs, commutateurs), etc.

L'utilisation de la synchronisation temporelle vous permet de synchroniser les heures de début et de fin de tout processus dans le réseau d'un ou de différents opérateurs de télécommunications, par exemple lors de la localisation d'un accident à l'aide du diagnostic interne de l'équipement et de la création d'une entrée de journal sur l'événement survenu sur le serveur dans le système de contrôle, connectant les conversations des abonnés, tarification du trafic d'informations en fonction de l'heure de la journée et de la localisation de l'abonné dans la zone de service d'un réseau particulier, et enfin, effectuant les procédures liées à la confirmation de réception/ transmission signature électronique, effectuer des transactions, etc.

Les travaux visant à créer un système horaire précis comprennent :

* sélection de la source de signal horaire exacte ;

* détermination de la méthode de transmission de signaux horaires précis sur un réseau de communication ;

* choix protocoles réseau et des signaux horaires précis ;

* identification des équipements nécessitant une synchronisation horaire ;

* sélection de l'option de solution logicielle divers typeséquipement avec des signaux horaires précis.

Parmi les moyens de transmission de signaux horaires de haute précision et les plus abordables qui ne nécessitent pas de location de lignes de communication existantes ou de construction de lignes de communication supplémentaires, on peut à juste titre inclure les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) : russe GLONASS et américain GPS. La globalité des systèmes est assurée par le fonctionnement en orbite d'un ensemble de satellites visibles de n'importe où sur la Terre, transmettant en continu des signaux de haute précision pouvant être utilisés dans un système horaire précis.

Actuellement, par exemple, le système satellite GPS peut être utilisé pour synchroniser les équipements de réseau de télécommunications Opérateurs russes les télécommunications seulement comme deuxième priorité, par conséquent, un système satellitaire doit être utilisé comme source principale de signaux horaires précis GLONASS.

Pour obtenir l'échelle de temps à partir de systèmes satellitaires il est nécessaire d'utiliser un équipement spécial contenant des récepteurs de signaux GLONASS Et GPS. Cet équipement spécialisé est appelé serveur de temps ( TempsServeur). Lors de la transmission des signaux horaires du serveur aux clients du réseau distant, des protocoles Internet spéciaux sont utilisés NTP(RéseauTempsprotocole) Et PTP(PrécisionTempsProtocole- IEEE1588). Basé sur des protocoles réseau, il est conseillé de construire un système horaire précis selon le principe de hiérarchie.

PROTOCOLE NTP

Le protocole NTP (Network Time Protocol) est utilisé par les serveurs NTP pour diffuser des informations sur une heure de référence exacte entre les abonnés du réseau. Il est également utilisé par les outils Internet pour assurer la synchronisation des ordinateurs et des processus.

NTP est utilisé comme protocole Internet depuis plus de 25 ans. Ce protocole est le protocole Internet le plus utilisé. Il est né de la nécessité de synchroniser le temps et les processus sur Internet. Le protocole NTP a été utilisé pour la première fois sur Plateformes LINUX et UNIX, y compris FreeBSD (une version non commerciale d'UNIX pour PC), mais a ensuite commencé à être utilisé dans le système d'exploitation Système Windows. Les systèmes NTP spéciaux utilisent principalement système opérateur LINUX.

De plus, en plus du protocole NTP, il existe le SNTP (Simple Network Time Protocol). Au niveau des paquets, les deux protocoles sont entièrement compatibles. La principale différence entre eux est que SNTP ne dispose pas des systèmes de filtrage complexes ni de correction d'erreurs en plusieurs étapes que l'on trouve dans NTP. Ainsi, SNTP est une version simplifiée et plus facile à mettre en œuvre de NTP. Il est destiné à être utilisé dans des réseaux où une précision temporelle très élevée n'est pas requise, et dans la mise en œuvre de Microsoft, il fournit une précision dans les 20 secondes au sein d'une entreprise et pas plus de 2 secondes dans un seul site. Le protocole SNTP est normalisé sous les noms RFC 1769 (version 3) et RFC 2030 (version 4).

Basique des principes protocole NTP

Protocole NTP a été créé pour fournir aux utilisateurs du réseau trois paramètres :

1) définition d'un échec standard de temps ;

2) réglage d'un cycle complet de temporisation ;

3) régler la répartition des paramètres par rapport à des horloges de référence spécialisées.

L'échec de la référence temporelle est la différence de temps entre l'horloge locale et l'horloge de référence. Un cycle complet de latence correspond au temps nécessaire au protocole pour recevoir une réponse du serveur. L'étalement des paramètres est l'erreur maximale de l'horloge locale par rapport à l'étalon.

messages protocole NTP

Protocole NTP utilise UDP (User Datagram Protocol) Un message NTP se compose de plusieurs champs :

1) Indicateur de saut ;

2) Numéro de version ;

6) Précision ;

7) Défaut dans le système racinaire ;

8) Variation des paramètres ;

9) Identifiant standard ;

10) Date de création ;

11) Horodatage de réception ;

12) Horodatage du transfert ;

13) Reconnaissance des codes ;

14) Résumé du message.

L'indicateur de saut avertit d'un pic de sommation ou de suppression imminent.

Le numéro de version affiche le numéro de version NTP utilisé.

Mode permet de définir le mode du message NTP actuel.

Decomposer est un système 8 bits qui identifie le niveau hiérarchique de l'horloge de référence.

Poll définit l'intervalle maximum entre les messages.

La précision établit la fidélité de l'horloge locale.

L'erreur racine indique l'erreur de référence temporelle nominale.

L'identifiant du standard est un code ASCII à 4 caractères qui identifie la source du standard, par exemple : GPS, DCF, MSF. Le champ Code Identifiant est utilisé lorsqu'il est nécessaire d'établir la validité du code.

La date de création du modèle définit l'heure à laquelle la requête NTP de l'utilisateur a été envoyée au serveur NTP.

L'horodatage reçu indique l'heure à laquelle la demande a été reçue par le serveur NTP.

L'horodatage de transmission indique l'heure à laquelle le message de réponse du serveur NTP a été transmis à l'utilisateur.

Le champ digest stocke le code d'authentification du message MAC (Message Authentication Code).

Modes travail NTP les serveurs

NTP le serveur peut fonctionner selon trois modes :

Dans les deux premiers modes, l'utilisateur envoie une requête NTP au serveur. Le serveur répond avec un message que l'utilisateur utilise pour synchroniser l'heure NTP. En mode multidiffusion, les messages NTP sont envoyés périodiquement à des intervalles de temps spécifiés.

Horloge de référence

Pour synchroniser l'heure des serveurs NTP, divers sources externes heure exacte. Le GPS est très souvent utilisé pour garantir la précision du temps. Il existe également diverses sources gouvernementales de temps de référence, telles que les émissions de radio. De nombreuses stations de radio diffusent non seulement sur le territoire de leurs États, mais également à l'étranger, vous pouvez donc facilement régler l'heure en les utilisant.

PROTOCOLE SNTP

fichier de synchronisation du programme de protocole

SNTP(Anglais : Simple Network Time Protocol) - protocole de synchronisation de l'heure sur un réseau informatique. Il s'agit d'une implémentation simplifiée du protocole NTP. Utilisé dans les systèmes et appareils embarqués qui ne nécessitent pas une haute précision, ainsi que dans les programmes horaires personnalisés. Le protocole SNTP utilise le même format d'heure que le protocole NTP : un nombre de 64 bits composé d'un compteur de secondes de 32 bits et d'un compteur de fractions de secondes de 32 bits. Une valeur nulle du compteur horaire correspond à zéro heure le 1er janvier 1900, 6 heures 28 minutes 16 du 7 février 2036, etc. Pour le bon fonctionnement du protocole, il est nécessaire que le client connaisse son heure à ±34 près. années par rapport au temps du serveur.

Format messages

Figure 1 - Format des messages

Description des champs du format de message SNTP présenté dans la figure 1 :

L'indicateur de correction (IC) affiche un avertissement concernant une future insertion ou suppression d'une seconde dans la dernière minute de la journée ;

Numéro de version (NV) – la valeur actuelle est 4 ;

Polling Interval est un entier non signé dont l'exposant binaire représente l'intervalle maximum entre des messages consécutifs en secondes. Défini uniquement pour les messages du serveur, valeurs valides de 4 (16 s) à 17 (environ 36 h) ;

La précision est un entier signé dont l'exposant binaire représente la précision de l'horloge système. Définies uniquement pour les messages du serveur, les valeurs typiques vont de ?6 à ?20 ;

La latence est un nombre signé avec un point fixe, situé entre 15 et 16 chiffres, indiquant le temps total nécessaire au signal pour se propager vers la source de synchronisation du serveur de temps. Défini uniquement pour les messages du serveur ;

La variance est un nombre à virgule fixe non signé compris entre 15 et 16 chiffres indiquant l'erreur maximale due à l'instabilité de l'horloge. Défini uniquement pour les messages du serveur ;

ID source : source de synchronisation du serveur, chaîne pour les strates 0 et 1, adresse IP pour les serveurs secondaires. Défini uniquement pour les messages du serveur ;

Heure de mise à jour : heure à laquelle l'horloge du système a été réglée ou ajustée pour la dernière fois ;

Clé d'identification, résumé du message - champs facultatifs utilisés pour l'authentification.

Opérations les serveurs SNTP

Serveur SNTP peut fonctionner en modes monodiffusion, monodiffusion ou multidiffusion, et peut également implémenter n'importe quelle combinaison de ces modes. En modes unicast et anycast, le serveur reçoit des requêtes (mode 3), modifie certains champs de l'en-tête NTP et envoie une réponse (mode 4), en utilisant éventuellement le même tampon de message que la requête. En mode monodiffusion, le serveur écoute une adresse de diffusion ou de multidiffusion spécifique définie par l'IANA, mais utilise sa propre adresse de monodiffusion dans le champ d'adresse source de la réponse. A l'exception du choix de l'adresse dans la réponse, le fonctionnement du serveur en modes unicast et unicast est identique. Les messages multicast sont généralement envoyés à des intervalles de 64 à 1 024 secondes, en fonction de la stabilité de l'horloge du client et de la précision requise.

En modes anycast et unicast, les champs VN et d'enregistrement (Poll) de la demande sont copiés sans modification de la réponse. Si le champ mode de requête contient le code 3 (client), il est mis à 4 (serveur) dans la réponse ; sinon, ce champ est écrit à 2 (passif symétrique) pour garantir la conformité à la spécification NTP. Cela permet aux clients configurés pour le mode actif symétrique (mode 1) de fonctionner correctement même si la configuration n'est pas optimale. En mode multicast sur le terrain VN le code 4 est saisi dans le champ mode code 5 (diffusion) et dans le champ d'enregistrement partie entière la valeur du logarithme base 2 de la durée de la période d'envoi de la requête.

En modes unicast et anycast, le serveur peut répondre ou ignorer les demandes, mais le comportement préféré est d'envoyer une réponse dans tous les cas, car cela permet de vérifier que le serveur est joignable.

L'indicateur le plus important de panne de serveur est le champ LI, où un code de 3 indique un manque de synchronisation. Lorsque cette valeur particulière est reçue, le client DOIT ignorer le message du serveur, quel que soit le contenu des autres champs.

Configuration Et contrôle

Original Les serveurs et clients SNTP peuvent être configurés à partir d'un fichier de configuration, si un tel fichier existe, ou via le port série. On suppose que les serveurs et clients SNTP nécessitent peu ou pas de configuration spécifique à l'hôte (au-delà d'une adresse IP, d'un masque de sous-réseau ou d'une adresse OSI NSAP).

Les clients uniques doivent recevoir le nom ou l'adresse du serveur. Si un nom de serveur est utilisé, une ou plusieurs adresses des serveurs DNS les plus proches sont requises.

Les serveurs de multidiffusion et les clients anycast doivent recevoir une valeur TTL, ainsi qu'une adresse de diffusion locale ou de multidiffusion multidiffusion. Les serveurs Anycast et les clients multicast peuvent être configurés à l'aide de listes de paires adresse-masque. Cela fournit un contrôle d'accès afin que les transactions n'aient lieu qu'avec des clients ou des serveurs connus. Ces serveurs et clients doivent prendre en charge le protocole IGMP et connaître également l'adresse de diffusion ou de multidiffusion locale.

LISTE DES SOURCES INTERNET UTILISÉES

1) https://ru.wikipedia.org/wiki/Rsync ;

2) http://greendail.ru/node/487 ;

3) http://inetedu.ru/articles/19-services/70-synchronization-time.html ;

4) http://www.ptime.ru/exec_time.htm ;

5) http://www.tenderlib.ru/articles/56 ;

6) http://docstore.mik.ua/manuals/ru/inet_book/4/44/sntp4416.html ;

7) http://www.ixbt.com/mobile/review/billing.shtml.

APPLICATIONS

Annexe A

MD4(Message Digest 4) est une fonction de hachage développée par le professeur Ronald Rivest de l'Université du Massachusetts en 1990 et décrite pour la première fois dans la RFC 1186. Étant donné un message d'entrée arbitraire, la fonction génère une valeur de hachage de 128 bits appelée résumé de message. Cet algorithme est utilisé dans le protocole d'authentification MS-CHAP, développé par Microsoft pour effectuer des procédures d'authentification sur les postes de travail Windows distants. C'est le prédécesseur du MD5.

Figure A – Fonctionnement du MD4

Une opération MD4 (Figure A). Le hachage MD4 comprend 48 opérations de ce type, regroupées en 3 séries de 16 opérations. F -- fonction non linéaire ; à chaque tour, la fonction change. M i désigne le bloc de message d'entrée de 32 bits, et K i est une constante de 32 bits, différente pour chaque opération.

Appendice B

Somme de contrôle glissante

Annulairehacher hachage roulant - une fonction de hachage qui traite les entrées dans une certaine fenêtre. Obtenir la valeur de hachage pour la fenêtre décalée dans de telles fonctions est une opération peu coûteuse. Pour recalculer la valeur, il vous suffit de connaître la valeur de hachage précédente ; la valeur des données d'entrée restées en dehors de la fenêtre ; et la signification des données qui sont entrées dans la fenêtre. Le processus est similaire au calcul de la moyenne mobile.

Utilisé dans l'algorithme de recherche de sous-chaînes Rabin-Karp, ainsi que dans le programme rsync à des fins de comparaison fichiers binaires(la version en anneau adler-32 est utilisée).

Annexe C

Andrew Tridgell

André"Tridge"Tridgell(28 février 1967) -- Programmeur australien, connu comme auteur et contributeur du projet Samba et co-créateur de l'algorithme rsync. Il est également connu pour son travail d'analyse de protocoles et d'algorithmes propriétaires complexes, conduisant à la création d'implémentations libres interopérables. Gagnant du Free Software Award 2005.

GratuitLogicielPrix-- Prix annuel de la FSF pour les contributions au logiciel libre, créé en 1998.

Figure C – Andrew Tridgell

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