Протоколи синхронізації часу: NTP, IRIG, AFNOR. NTP – атомний годинник на кожному столі Протокол для синхронізації даних

65 нанометрів – наступна мета зеленоградського заводу «Ангстрем-Т», яка коштуватиме 300-350 мільйонів євро. Заявку на отримання пільгового кредиту під модернізацію технологій виробництва підприємство вже подало до Зовнішекономбанку (ВЕБ), повідомили цього тижня «Відомості» з посиланням на голову ради директорів заводу Леоніда Реймана. Зараз "Ангстрем-Т" готується запустити лінію виробництва мікросхем із топологією 90нм. Виплати за минулим кредитом ВЕБу, на який вона купувалась, розпочнуться в середині 2017 року.

Пекін обвалив Уолл-стріт

Ключові американські індекси відзначили перші дні Нового року рекордним падінням, мільярдер Джордж Сорос вже попередив про те, що світ чекає на повторення кризи 2008 року.

Перший російський споживчий процесор Baikal-T1 ціною $60 запускають у масове виробництво

Компанія "Байкал Електронікс" на початку 2016 року обіцяє запустити у промислове виробництво російський процесор Baikal-T1 вартістю близько $60. Пристрої матимуть попит, якщо цей попит створить держава, кажуть учасники ринку.

МТС та Ericsson будуть разом розробляти та впроваджувати 5G у Росії

ПАТ "Мобільні ТелеСистеми" та компанія Ericsson уклали угоди про співпрацю в галузі розробки та впровадження технології 5G у Росії. У пілотних проектах, зокрема під час ЧС-2018, МТС має намір протестувати розробки шведського вендора. На початку наступного року оператор розпочне діалог із Мінкомзв'язку з питань сформування технічних вимог до п'ятого покоління мобільного зв'язку.

Сергій Чемезов: Ростех уже входить до десятки найбільших машинобудівних корпорацій світу

Голова Ростеха Сергій Чемезов в інтерв'ю РБК відповів на гострі питання: про систему «Платон», проблеми та перспективи АВТОВАЗа, інтереси Держкорпорації у фармбізнесі, розповів про міжнародне співробітництво в умовах санкційного тиску, імпортозаміщення, реорганізації, стратегії розвитку та нових можливостях у складний час.

Ростех "загороджується" і робить замах на лаври Samsung і General Electric

Наглядова рада Ростеха затвердила "Стратегію розвитку до 2025 року". Основні завдання – збільшити частку високотехнологічної цивільної продукції та наздогнати General Electric та Samsung за ключовими фінансовими показниками.

Багато статей написано про все відомий Network Time Protocol (NTP), у деяких із них згадується про Precision Time Protocol, який нібито дозволяє досягти точності синхронізації часу порядку наносекунд (наприклад, і ). Давайте розберемося, що цей протокол є і як досягається така точність. А також подивимося результати моєї роботи з цим протоколом.

Вступ

Чому годинник засмучується?

Чого ми прагнемо?

Різниця суто програмної реалізації та реалізації з «залізною підтримкою»

Перейдемо до стандарту IEEE 1588

Мова обміну

Sync/FollowUp, DelayResp, PDelayResp/PDelayFollowUp- Вирушають майстром, нижче розглянемо їх детальніше.

DelayReq, PDelayReq– запити Slave пристроїв.

Як бачимо, Slave пристрій не багатослівний, Master надає всю практично всю інформацію сам. Надсилання здійснюється на Multicast (за бажанням можна використовувати Unicast режим) адреси, суворо визначені в стандарті. Для PDelayповідомлень є окрема адреса (01-80-C2-00-00-0E для Ethernet та 224.0.0.107 для UDP). Інші повідомлення надсилаються на 01-1B-19-00-00-00 або 224.0.1.129. Пакети відрізняються полями ClockIdentity(ідентифікатор годин) та SequenceId(Ідентифікатор пакета).

Сеанс роботи

1. Все починається з того, що Master надсилає повідомлення Syncі одночасно записує час надсилання t1. Існує одно- та двоетапні режими роботи. Відрізнити їх дуже легко: якщо є повідомлення FollowUp- то ми маємо справу з двоетапною реалізацією, пунктирною стрілкою показані необов'язкові повідомлення
2. FollowUpповідомлення відправляється слідом за Syncта містить час t1. Якщо здійснюється передача на один етап, то Syncмістить t1 у тілі повідомлення. У будь-якому випадку t1 буде отримано нашим пристроєм. У момент отримання повідомлення Syncна Slave генерується таймпштамп t2. Таким чином ми отримуємо t1, t2
3. Slave генерує повідомлення DelayReqодночасно з генерацією t3
4. Master отримує DelayReqповідомлення, одночасно генеруючи t4
5. t4 відправляється Salve пристрою DelayRespповідомленні

За допомогою такого сеансу обміну, який показаний вище, можна досягти успіху тільки у випадку, якщо кварц генерує ідеально однакові частоти для пристроїв, що синхронізуються. Насправді виходить що частота годин різна, тобто. на одному пристрої за 1 секунду значення годинника збільшиться на 1 секунду, а на іншому, наприклад, на 1.000001 секунду. Звідси з'являється розбіжність годинника.
У стандарті описаний приклад обчислення відношення часу, що пройшов на Master і Slave за певний інтервал. Це ставлення буде коефіцієнтом для частоти Slave пристрою. Але при цьому є вказівка, що підстроювання може здійснюватися у різний спосіб. Розглянемо два з них:

1. Змінити тактову частоту Slave пристрою (приклад у стандарті)
2. Не змінювати тактову частоту, але за кожен такт тривалістю T значення годинника буде збільшуватися не на T, а на T+∆t (використовується в моїй реалізації)

Частота - частота процесора, наприклад, 25МГц - цикл процесора триває 1/(25 * 106) = 40нс.
Залежно від можливостей пристрою вибирається найбільш вдалий спосіб.
Щоб перейти до наступного розділу, висловимо зміщення трохи інакше:

Режими роботи PTP

• В режимі E2Eчас доставки обчислюється за повідомленнями, що прийшли через безліч пристроїв, кожен із яких проставляє в полі корекції повідомлення Syncабо FollowUP(якщо двоетапна передача) час, на який пакет затримався на цьому пристрої (якщо пристрої безпосередньо підключені, корекція не проставляється, тому їх детально розглядати не будемо). Використовуються повідомлення: Sync/FollowUp, DelayReq/DelayResp
• В режимі P2Pу поле корекції заноситься як час, який затримався пакет, до нього додається (t2-t1) (можна почитати у стандарті). Використовуються повідомлення Sync/FollowUp, PDelayReq/PDelayResp/PDelayRespFollowUp

Помилка часу доставки

Що потрібно фільтрувати:

1. Час доставки
2. Зміщення

Обчислення підстроювання

Результат праці

Сучасні системи, такі як системи моніторингу перехідних режимів (СМПР), а також релейного захистута автоматики (РЗА) із застосуванням шини процесу, вимагають високої точності синхронізації часу в межах 1 мкс. Ці вимоги є жорсткішими стосовно вимог інших систем автоматизації підстанцій (1-2 мс). Одночасно з цим сьогодні в рамках систем автоматизації енергооб'єктів широкого поширення набувають мережі Ethernet, через які здійснюється інформаційний обмін між SCADA-системами та пристроями РЗА, а також між окремими пристроями РЗА. Протокол Precision Time Protocol (PTP) є протоколом синхронізації часу, що функціонує через мережу Ethernet, не використовуючи виділені лінії зв'язку, і може забезпечити необхідну точність синхронізації часу для пристроїв РЗА, реєстраторів перехідних режимів, пристроїв сполучення з шиною процесу та інших пристроїв, що потребують високої точності тимчасової синхронізації.

Проблеми існуючих протоколів синхронізації часу

На енергооб'єктах синхронізація пристроїв за часом здійснюється вже багато років. Зокрема, вона необхідна для забезпечення можливості співвіднесення подій, що реєструються різними пристроями. При цьому найбільше способів синхронізації часу забезпечує точність в межах 1 мс. З початком застосування СМПР і систем РЗА з допомогою шини процесу виникає у забезпеченні вищої точності синхронізації пристроїв за часом – не більше 1 мкс.

Розрізняють два підходи до виконання тимчасової синхронізації вторинних пристроїв:

• Використовуючи незалежну систему, що включає виділені канали передачі інформації і ретранслятори.
• Використовуючи мережу Ethernet, через яку також проводиться обмін прикладною інформацією між пристроями енергооб'єкта.

Наступні розділи розглядають найбільш широко використовувані способи синхронізації часу із зазначенням їх переваг та недоліків.

Використання незалежних систем синхронізації часу

Історично системи синхронізації часу на енергооб'єктах спиралися на використання виділених ліній зв'язку (коаксіальних, кручений пари, волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ)). При цьому використовувалися два протоколи:

• IRIG-B, що надає інформацію про час і дату поряд з імпульсами синхронізації.
• 1-PPS, що надає точний імпульс синхронізації часу без інформації про час та дату.

При використанні даних протоколів обмін даними між пристроями РЗА та SCADA-системою, а також між окремими пристроями РЗА не впливає на точність синхронізації. Однак варто відзначити, що незалежні системи вимагають великих витрат при реалізації за рахунок необхідності використання додаткової кабельної продукції, клемників, ретрансляторів та ін. Також потрібна розробка набору відповідної технічної документації. Витрати можуть виявитися значними, особливо в реалізації систем синхронізації часу на об'єктах високої напруги.

Рис. 1 ілюструє використання протоколу IRIG-B для синхронізації пристроїв за часом та мережі Ethernet для організації інформаційного обміну між пристроями. Замість мережі Ethernet може бути передбачено використання ліній зв'язку RS-485, що притаманно старіших енергооб'єктів.

Рис. 1. Ілюстрація поділу систем синхронізації часу та обміну даними в рамках системи автоматизації підстанції.

ПротоколIRIG– B

Найпоширеніший протокол синхронізації часу, що використовується на енергооб'єктах, – протокол IRIG-B. При реалізації систем синхронізації з урахуванням даного протоколу потрібно використання виділених ліній зв'язку. Протокол може працювати в одному з наступних форматів: з передачею інформацією у вигляді імпульсів по електричних зв'язках (коаксіальний кабель або кручена пара) або ВОЛЗ, або з передачею модульованого сигналу з несучою частотою 1 кГц по коаксіальному кабелю. З часом протокол IRIG-B розширювався, переважно завдяки появі стандартів IEEE, що належать до реалізації СМПР (IEEE Std 1344-1995, IEEE Std C37.118-2005 та IEEE Std C37.118.1-2011). Дані розширення забезпечують можливість передачі інформації про рік, тимчасове зміщення щодо всесвітнього скоординованого часу (UTC), перехід на літній час та якість інформації. Уся ця інформація використовується пристроями систем автоматизації підстанцій. Немодульований сигнал IRIG-B дозволяє досягти точності тимчасової синхронізації в мікросекундному діапазоні, проте більшість пристроїв-клієнтів не можуть забезпечити точність більше 1-2 мс через свої технічні характеристики.

IRIG-B визначає кілька варіантів форматів передачі. Однак характеристики інтерфейсів синхронізації часу пристроїв РЗА різних фірм-виробників відрізняються, що не дозволяє серверу часу використовувати лише один формат передачі тимчасового коду IRIG-B. Серед найбільш поширених відмінностей – використання модульованого/немодульованого сигналу, використання як опорного місцевого або всесвітньо скоординованого часу (UTC) та ін.

Різні варіанти реалізації протоколу IRIG-B ідентифікуються тимчасовим кодом. Наприклад:

• B003: немодульований, без розширень на передачу інформації про рік/розширення відповідно до стандартів IEEE.
• B004: немодульований, з розширенням на передачу інформації про рік/розширення відповідно до стандартів IEEE.
• B124: з амплітудною модуляцією, з розширеннями на передачу інформацію про рік/з розширеннями відповідно до стандарту IEEE.

Рис. 2 демонструє порівняння немодульованого та модульованого сигналів, що використовуються форматами тимчасових кодів (відповідно до стандарту IRIG Standard 200-04).

Налаштування пристроїв-клієнтів, таких як пристроїв РЗА, повинні бути узгоджені з налаштуваннями провідних годин: у частині всесвітньо скоординованого часу (UTC)/локального часу, часового поясу та ін. Гнучкість налаштування пристроїв РЗА значно різниться навіть при використанні пристроїв одного виробника. Деякі пристрої РЗА можуть бути налаштовані для прийому майже всіх форматів тимчасового коду IRIG-B, багато хто має досить сильні обмеження в частині параметрування.

Інші проблеми, які тягне за собою застосування протоколу IRIG-B, включають необхідність обліку навантаження на мережу поширення сигналів синхронізації часу, забезпечення захисту від електромагнітних перешкод, гальванічну розв'язку ланцюгів і необхідність обслуговування ліній зв'язку. Допустиме навантаження на провідний годинник відрізняється в діапазоні від 18 до 150 мА, при цьому пристрої РЗА різних фірм-виробників мають різне споживання (від 5 до 10 мА). Це ускладнює проектування систем синхронізації часу для великої кількості пристроїв РЗА – наприклад, на розподільчих підстанціях (6,6 – 33 кВ).

1- PPS(один імпульс на секунду)

1-PPS (один імпульс на секунду) може використовуватися для забезпечення достатньо точної тимчасової синхронізації, проте не надає інформацію про астрономічний час. На сьогоднішній день цього достатньо для реалізації комплексів РЗА з використанням шини процесу, проте інформація про час, ймовірно, буде потрібна в майбутньому для проставлення міток часу подіям або криптографічної аутентифікації повідомлень.

Використання даного способусинхронізації часу передбачено стандартом МЕК 60044-8 і введено в технічних вимогах з реалізації цифрового інтерфейсу для вимірювальних трансформаторів (відомих як МЕК 61850-9-2LE). Стандарт МЕК 61869-9, що розробляється в даний час, також допускає можливість використання даного методусинхронізації пристроїв за часом виділеної волоконно-оптичної лінії зв'язку.

Рис. 3 ілюструє вимоги імпульсу 1PPS. Час зміни сигналу з рівня 10% до рівня 90% потужності (і навпаки) ( tf) сигналу має перевищувати 200 нс. Час існування сигналу на рівні понад 50% потужності ( th) має бути в діапазоні від 10 мкс до 500 мс.

1-PPS вимагає виділення мережі для поширення сигналу. Як фізичне середовище передачі може використовуватися або електрична лінія зв'язку (коаксіальна/кручена пара), або ВОЛЗ (многомод/одномод).

Затримка передавання сигналів синхронізації

Поширення сигналів IRIG-B і 1-PPS організується значно простіше електричними зв'язками, ніж ВОЛЗ, оскільки можуть передбачатися багатоточкові з'єднання з урахуванням допустимого навантаження на провідні години, однак це може призводити до зростання потенціалу між шафами. Використання ВОЛЗ забезпечує гальванічну розв'язку і виключає вплив перешкод, однак у цьому випадку потрібне використання спеціальних ретрансляторів для поширення сигналу на кожний із пристроїв РЗА енергооб'єкта. Зокрема, МЕК 61850-9-2LE вимагає використання ВОЛЗ передачі сигналу 1-PPS. Зазначене, у свою чергу, вимагає використання годин або з кількома виходами, або розгалужувача для передачі сигналу більш ніж одному пристрою сполучення з шиною процесу.

Затримка поширення сигналу електричними зв'язками і ВОЛЗ становить приблизно 5 нс на метр. Результуюче значення може виявитися досить великим при протяжних зв'язках і, своєю чергою, може вимагати необхідності компенсації затримки на пристроях-клієнтах. МЕК 61850-9-2LE як гранична затримка розповсюдження сигналу встановлює значення 2 мкс – при перевищенні даного значення потрібна компенсація. До такої затримки призведе наявність зв'язку близько 400 м, і багатьох підстанціях високої напруги такі відстані не межа. Компенсація – процес ручного налаштування, При виконанні якої потрібно точно враховувати затримку поширення сигналу не тільки по лінії зв'язку, але і через ретранслятори, що використовуються. Більш детальне дослідження про затримки поширення сигналів синхронізації за протоколами 1-PPS, IRIG-B та PTP наведено в .

Синхронізація часу через мережуEthernet

Мережі Ethernet, які сьогодні все ширше використовуються в рамках систем автоматизації підстанцій, можуть застосовуватися для передачі сигналів синхронізації часу. Зазначене дозволяє виключити необхідність прокладання виділених ліній зв'язку, проте вимагає від пристроїв РЗА, приладів обліку електроенергії та інших вторинних пристроїв підтримки спеціальних протоколів.

Найбільш поширені два протоколи синхронізації часу: Network Time Protocol (NTP) і Precision Time Protocol (PTP). Обидва протоколи, коли використовуються на підстанціях, функціонують, обмінюючись повідомленнями по мережі Ethernet. Протоколи NTP і PTP забезпечують компенсацію тимчасових затримок передачі синхронізації повідомлень шляхом двостороннього інформаційного обміну. Протокол NTP є більш поширеним рішенням, ніж протокол PTP, проте більш висока точність забезпечується саме при застосуванні останнього за рахунок використання спеціального апаратного забезпечення. На рис. 4 проілюстровано топологію мережі, в рамках якої може застосовуватися як протокол резервування NTP, так і протокол резервування PTP.

Механізм функціонування обох протоколів допускає наявність кількох провідних годинників, що підвищує надійність функціонування системи синхронізації часу на енергооб'єкті. Крім цього, наявність кількох провідних годин дозволяє проводити обслуговування одного з них без виведення всієї системи з роботи.

ПротоколNTP

Протягом останніх років протокол NTP широко застосовується у межах енергооб'єктів. При застосуванні доступних на ринку серверів часу та клієнтів (наприклад, пристроїв РЗА), які мають підтримку даного комунікаційного протоколу, можна досягти точності синхронізації часу в діапазоні від 1 до 4 мс. Однак однією з умов забезпечення такої точності є розробка правильної локальної топології обчислювальної мережі Ethernet, в якій забезпечується відповідність та сталість часів поширення повідомлень синхронізації часу від клієнта до майстра та у зворотному напрямку.

Значною перевагою протоколу NTP над IRIG-B і те, що передача часу виробляється у форматі UTC. Це відповідає вимогам таких стандартів як МЕК 61850 та IEEE 1815 (DNP), які потребують передачі тегів часу подій у форматі UTC. При необхідності відображення місцевого часу на дисплеї пристрою РЗА потрібне ручне встановлення часового поясу з урахуванням відповідного переходу на літній час. Протокол NTP забезпечує можливість одночасного використання кількох серверів часу одним і тим самим клієнтом для більш точної та надійної часової синхронізації. Однак цей протокол не дозволяє забезпечити мікросекундну точність синхронізації, яка потрібна для СМПР та пристроїв сполучення з шиною процесу МЕК 61850-9-2.

Протокол PTP

Стандарт IEEE Std 1588-2008 визначає другу версію протоколу PTP, відому як PTPv2 або 1588v2. Цей протоколзабезпечує високу точність синхронізації часу, яка досягається шляхом фіксації позначок часу повідомлень синхронізації PTP на інтерфейсах Ethernet на апаратному рівні. Використання цих даних дозволяє враховувати часи поширення повідомлень синхронізації по мережі та їх обробки серверами часу та клієнтами. Процедура проставлення міток часу на апаратному рівні не впливає на функціонування інших комунікаційних протоколів, що існують в мережі Ethernet, тому цей же порт може використовуватися для трансляції даних згідно протоколів стандарту МЕК 61850, DNP3, МЕК 60870-5-104, Modbus/IP і іншим комунікаційним протоколам. Наявність можливості проставляти позначки часу на апаратному рівні призводить до значного подорожчання комутаторів Ethernet. Що стосується підтримки протоколу PTP у пристроях РЗА, то лише останні модифікації пристроїв деяких фірм-виробників підтримують даний протокол, іноді це доступно лише як опція.

Протокол PTP забезпечує можливість наявності у мережі кількох пристроїв, здатних виступати серверів часу; при цьому передбачається, що всі вони беруть участь у голосуванні між собою на вибір найточнішого годинника – гросмейстерського. Якщо раптом гросмейстерський годинник відмовляє або ж погіршується показники їх функціонування, роль гросмейстерського годинника на себе може взяти інший годинник, який претендує на цю роль. Кількість часу, що йде на цю процедуру, може бути різним, проте якщо налаштування протоколу PTP (також звані профілем) оптимізовані для його застосування на об'єктах електроенергетики, то на це потрібно не більше 5 секунд.

Введення в PTP

Протокол PTP є надзвичайно гнучким і може бути використаний у різних областях, де потрібна тимчасова синхронізація, забезпечуючи точність до 10 нс.

Більш висока точність стала досяжною з появою другої версії протоколу, в якій було введено поняття прозорого годинника, роль якого виконують комутатори Ethernet. Прозорі годинники здійснюють вимірювання часу проходження повідомлень синхронізації через комутатори, який може змінюватись в залежності від інформаційного завантаження мережі. Інформація про виміряний час передається іншим пристроям на шляху поширення повідомлення синхронізації. Цей механізм дозволяє досягти високої точності синхронізації часу в рамках локальної мережі Ethernet. Використання прозорого годинника означає, що повідомлення протоколу синхронізації PTP не вимагають пріоритезації щодо іншого трафіку, наявного в мережі, що спрощує процес проектування мережі та налаштування мережного обладнання.

Термінологія

Стандарт IEEE Std 1588-2008 визначає кілька термінів, які застосовуються для систем, що функціонують за умовами протоколу PTP. Основними є такі терміни:

• Гросмейстерський годинник– годинник, що є основним джерелом даних про час при синхронізації згідно з протоколом PTP, який, як правило, оснащується вбудованим приймачем сигналів GPS (або іншої системи).
• Ведучий годинник– годинник, що є джерелом даних про час, за яким синхронізуються інший годинник у мережі.
• Ведений годинник– кінцевий пристрій, який синхронізується за протоколом PTP; це може бути пристрій РЗА з нативною підтримкою протоколу PTP або перетворювач, який з одного боку отримує інформацію у форматі PTP, а з іншого – формує дані у форматі протоколів IRIG-B або 1-PPS.
• Прозорий годинник– комутатор Ethernet, який вимірює час проходження повідомлення синхронізації через себе та надає виміряне значення годинникам, що одержують повідомлення синхронізації далі.
• Граничний годинник– годинник, який оснащується кількома портами PTP і може виступати провідним годинником; наприклад, можуть бути веденими по відношенню до вищих джерел сигналів часу і виступати як провідні по відношенню до нижчестоящих пристроїв.

У мережі повинні бути, як мінімум, один гросмейстерський і один ведений годинник. Однак у багатьох випадках, враховуючи необхідність об'єднання багатьох пристроїв в одну мережу, знадобиться використання комутаторів, які в найпростішому випадку будуть виконувати роль прозорого годинника. Вони можуть також виконувати роль граничного годинника, що в деяких випадках дозволяє досягти більш високої точності синхронізації часу (так це чи ні, залежить від конкретного виробника). Рис. 5 ілюструє комплекс, у якому реалізується тимчасова синхронізація згідно з протоколом PTP. У даному прикладігросмейстерський годинник здатний отримувати інформацію про точний час не тільки від системи глобального позиціонування, а й із зовнішньої мережі за протоколом PTP. Зазначене рішення реалізовано для резервування відмови приймача сигналів точного часу або відповідних зовнішніх ланцюгів. У разі переходу на використання сигналів точного часу із зовнішньої мережі годинник перестає бути гросмейстерським і бере на себе роль граничного годинника. У зображеному комплексі також використовуються два види веденого годинника: пристрої РЗА з нативною підтримкою PTP і перетворювачі у формат IRIG-B і 1-PPS, що надають інформацію про точний час для кінцевих пристроїв, що не підтримують протокол PTP.

Функціонування в одно- та двостадійному режимі

Принцип функціонування протоколу PTP спирається на те, що точно відомі час передачі синхронізації типу Sync (якраз це повідомлення передає інформацію про час) і час отримання цього повідомлення на інтерфейсі Ethernet ведених годин. Точний час передачі повідомлення невідомий до тих пір, поки воно не було відправлено. В інтерфейсах Ethernet з підтримкою протоколу PTP забезпечується проставлення міток часу повідомленням на апаратному рівні, а потім ця інформація передається в центральний процесоргросмейстерський годинник. Після цього виробляється формування повідомлення типу Follow Up, яке і передає цю точну мітку часу передачі повідомлення типу Sync всім провідним пристроям. При цьому прозорий годинник доповнює це повідомлення інформацією про затримку передачі цього повідомлення по мережі (сума канальної затримки та часу перенаправлення повідомлення). Використання комбінації повідомлень типу Sync та Follow Up і називають двостадійним режимом роботи протоколу PTP.

У другій версії протоколу PTP (PTPv2) було введено можливість зміни вмісту повідомлення PTP у його передачі на апаратному рівні. При реалізації цього методу виключається необхідність у повідомленнях типу Follow Up, режим функціонування протоколу PTP називається одностадійним. Гросмейстерський годинник з підтримкою даного режимувиконують передачу повідомлень типу Sync з інформацією про точний час їх формування, прозорі години проводять оцінку затримок передачі повідомлень даного типу (по мережі і через себе) і включають дані про виміряні затримки в ці повідомлення типу Sync замість того, щоб включати ці дані в повідомлення типу Follow Up. Вказаний режим роботи передбачає менше інформаційне навантаження на мережу, проте потребує більш складних і дорогих пристроїв.

Комплекси, що функціонують за умовами протоколу PTP, можуть включати гросмейстерський годинник, здатний працювати в одно- і в двостадійному режимі. У таких комплексах ведений годинник повинен бути здатний враховувати інформацію про затримки передачі повідомлень синхронізації безпосередньо з цих повідомлень, формованих одностадійним прозорим годинником, а також з повідомлень типу Follow Up, формованих двостадійним прозорим годинником.

ПрофільPTP для електроенергетики (Power Profile)

Стандарт на протокол PTP передбачає кілька його модифікацій, які є взаємовиключними. Друга версія протоколу PTP (PTPv2) передбачає концепцію профілів, які обмежують значення ряду параметрів та вимагають використання окремих аспектів протоколу для різних областей застосування.

Профіль для електроенергетики (Power Profile) описаний у документі IEEE Std C37.238-2011, який закріплює ряд параметрів для забезпечення точності синхронізації часу в межах 1 мкс для топологій, найпоширеніших у рамках комплексів автоматизації підстанцій. Цей профіль також визначає базу керуючої інформації (MIB – Management Information Base) для протоколу SNMP, що забезпечує можливість контролю ключових параметрів пристроїв під час використання стандартних программоніторингу. Завдяки цьому стає можливим виконувати контроль за функціонуванням системи синхронізації часу в режимі реального часу із формуванням сигналізації у разі виникнення нештатних ситуацій.

Профіль для електроенергетики вимагає, щоб похибки, що вносяться кожним окремим прозорим годинником, не перевищували 50 нс. Зазначене потрібно для забезпечення точності синхронізації не більше 1 мкс при організації топології локальної мережі, що включає 16 комутаторів Ethernet (наприклад, у складі кільцевої топології). При цьому допустима похибка для GPS годинникавстановлюється лише на рівні 200 нс.

Профіль PTP вимагає використання прозорого годинника, що підтримує піринговий механізм визначення канальних затримок, і того, щоб передача всіх повідомлень протоколу PTP здійснювалася на канальному рівні в режимі групової розсилки (мультикаст). Піринговий механізм визначення затримок передбачає, що кожен пристрій з підтримкою PTP обмінюється повідомленнями з суміжними пристроями для вимірювання затримок канальних передачі повідомлень між ними. Повна тимчасова затримка передачі повідомлень синхронізації визначається як сума канальних затримок та затримок обробки повідомлень прозорим годинником, що виникає за маршрутом розповсюдження повідомлень від гросмейстерських до ведених годин. Зазначений режим роботи має дві переваги:

1. Мережевий трафік, видимий гросмейстерським годинником, не збільшується з розширенням мережі. Гросмейстерський годинник обмінюється повідомленнями тільки з суміжним Ethernet комутатором (прозорим або граничним годинником).
2. Здійснюється автоматична компенсація затримок передачі повідомлень, якщо відмовляє основний комунікаційний маршрут і включається резервний. Вимірювання канальних затримок проводиться за кожною лінією зв'язку, включаючи ті, які можуть бути заблоковані протоколами сімейства STP.

Не всі виробники обладнання з підтримкою протоколу PTP підтримують профіль для електроенергетики, проте варто зазначити, що і стандартний профіль, описаний у Додатку J.4 стандарту або документ IEEE Std 1588-2008, може забезпечувати необхідну точність при коректній конфігурації системи. При використанні профілю, відмінного від профілю електроенергетики, не гарантується, що інформація, необхідна для пристроїв систем автоматизації підстанцій, така як тимчасова похибка та застосовний часовий пояс, можуть бути доступні клієнтам. Також не гарантується відповідність необхідним характеристиками щодо продуктивності функціонування протоколу (Додаток J.4 не визначає вимоги до продуктивності).

Для перетворення між різними профілями може використовуватися граничний годинник. Наприклад, граничний годинник може забезпечувати перетворення між телекомунікаційним профілем (ITU-T Rec. G.82651.1 Telecommunications Profile) та профілем для електроенергетики (IEEE Std C37.238 Power Profile). Отримання інформації про точний час із зовнішньої мережі по телекомунікаційному профілю може забезпечувати резервування відмови приймача сигналів GPS на гросмейстерському годиннику. У цьому випадку, як уже було зазначено раніше, вони братимуть на себе роль граничного годинника.

Типи повідомлень протоколуPTP

Профіль протоколу PTP для електроенергетики передбачає використання 4 класів повідомлень:

1. Повідомлення типуSync . Дані повідомлення включає інформацію про час, що передається від провідних годин у форматі числа секунд та наносекунд з півночі 1 січня 1970 року.
2. Повідомлення типуPeer Delay. Обмін цими повідомленнями здійснюється між суміжними пристроями з метою оцінки затримки поширення повідомлень синхронізації по лінії зв'язку між ними. Використовуються два або три відмінні типи повідомлень для вимірювання затримки, залежно від того, чи використовується одно- або двостадійний режим роботи.
3. Повідомлення типуFollow Up. Дані повідомлення включають точну мітку часу надсилання попереднього повідомленнятипу Sync, а також значення коригування. Коригуюче значення – сума часів обробки повідомлень прозорим годинником і канальних затримок на шляху розповсюдження повідомлень між гросмейстерським годинником і даною точкою мережі. Представляється у форматі наносекунд та часток наносекунд.
4. Повідомлення типуAnnounce. Передача даних повідомлень здійснюється гросмейстерським годинником, який надає дані про похибку функціонування джерела (наприклад, GPS приймача) та іншу службову інформацію протоколу PTP.

Рис. 6-8 ілюструють, як здійснюється обмін повідомленнями в невеликій мережі при використанні годинників, що працюють у двостадійному режимі (оскільки найбільша кількість пристроїв не підтримує роботу в одностадійному режимі). Повідомлення Sync надсилаються прозорим годинником у незмінному вигляді. ta- Показ часу на гросмейстерському годиннику. Таким же чином здійснюється передача та повідомлень типу Announce.

Обмін повідомленнями типу Peer Delay (Peer Delay Request, Peer Delay Response and Peer Delay Follow Up) проводиться лише між сусідніми пристроями.

Кожен прозорий годинник визначає канальну затримку передачі повідомлень між собою та суміжними пристроями. При проходженні повідомлень типу Sync через прозорий годинник вони виконують розрахунок локального коригувального значення шляхом підсумовування канальної затримки за маршрутом надходження повідомлення та часу проходження повідомлення типу Sync через них. Потім це локально обчислене коригувальне значення додається до значення значення відповідного вхідного повідомлення типу Follow Up. Коли повідомлення типу Follow Up надходить на ведений годинник до значення, що коригує, додається певне ними значення канальної затримки. Результуюче коригувальне значення буде сумарним часом передачі повідомлення типу Sync по мережі від ведучого до веденого пристрою.

Оскільки в цей сумарний час робить внесок кожен елемент мережі на шляху поширення повідомлення типу Sync, піринговий механізм вимірювання канальних затримок профілю Power Profile, описаний вище, забезпечує коректне функціонування протоколу в умовах зміни топології мережі.

Незважаючи на те, що повідомлення типу Follow Up можуть виглядати ідентично, вони відрізнятимуться в кожній точці мережі. Прозорий годинник змінює вміст цих повідомлень, зберігаючи незмінною адресу гросмейстерського годинника.

На рис. 8 tb- фактичний час формування гросмейстерським годинником повідомлення синхронізації, яке за значенням близьке, але не ідентичне часу ta. Кожен ведений годинник фіксує момент отримання повідомлень типу Sync і завдяки фіксації часу проходження повідомлень через прозорий годинник і канальних затримок, сума яких є коригуючим значенням, можуть враховувати змінні затримки передачі повідомлення Sync.

Переваги та недоліки використання профілю PTP для електроенергетики

Використання профілю PTP для електроенергетики (Power Profile) надає ряд переваг:

• Точність синхронізації часу залежить від обсягу мережного трафіку. При перевантаженні мережного обладнання втрати повідомлень PTP не відбувається. Зазначене дозволяє використовувати ту саму інфраструктуру локальної мережі при реалізації СМПР та комплексів РЗА як з використанням шини процесу відповідно до МЕК 61850-9-2, так і з використанням шини станції відповідно до МЕК 61850-8-1 (з трафіком GOOSE та/або MMS), а також комплексів, що функціонують на основі інших комунікаційних протоколів (DNP3 та ін.).
• Частота передачі повідомлень PTP була оптимізована для того, щоб забезпечити мікросекундну точність синхронізації без надмірного навантаження на мережу та без необхідності використання складних ведених годин.
• Як фізичне середовище передачі можуть використовуватися як оптичні, і електричні (кручена пара) лінії зв'язку – все залежить від конфігурації обраних комутаторів.
• Використовується єдина система відліку часу, тому немає складності налаштування пристроїв щодо всесвітнього скоординованого часу (UTC)/місцевого часу. Усі пристрої з підтримкою профілю для електроенергетики використовують міжнародний атомний час (TAI), для якого не застосовні проблеми використання коригувальних секунд та переходу на літній час.
• Профіль для електроенергетики забезпечує передачу місцевого тимчасового усунення, тому відсутня необхідність налаштування місцевого часу на пристроях РЗА. Крім цього, будь-які зміни в частині переходу на літній час достатньо виконувати на гросмейстерському годиннику, не змінюючи налаштувань пристроїв РЗА. Цей механізм визначено стандартом IEEE 1588, тому забезпечується сумісність з пристроями, що не підтримують профіль PTP для електроенергетики.
• Може бути передбачено використання резервних гросмейстерських годинників c автоматичним перемиканнямна них у разі порушення зв'язку з діючим гросмейстерським годинником або при погіршенні показників їх функціонування.
• Для підвищення надійності інформаційного обміну між пристроями з підтримкою протоколу PTP можуть використовуватись такі протоколи як Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), Parallel Redundancy Protocol (PRP) та High-availability Seamless Ring (HSR).
• Може проводитися масштабування мереж без додаткового навантаження на гросмейстерський годинник.
• Затримки поширення повідомлень синхронізації часу протяжними лініями зв'язку автоматично компенсуються, що виключає необхідність підстроювання пристроїв сполучення з шиною процесу та реєстраторів перехідних режимів.

Більше Детальна інформаціяпро перевірки швидкодії перемикання на використання резервного гросмейстерського годинника наведено в . Матеріал розглядає такі сценарії як втрата сегменту мережі Ethernet з діючим гросмейстерським годинником і втрата ними сигналу GPS.

Протокол PTP є досить складним протоколом, і щоб забезпечити необхідну точність синхронізації часу, має бути враховано ряд моментів. Крім цього, у рамках системи автоматизації енергооб'єкта виникають нові ризики. Слід зазначити такі аспекти застосування протоколу PTP:

• Комутатори Ethernet повинні підтримувати профіль PTP для електроенергетики з можливістю сигналізації про недопустиму похибку функціонування. Не всі прозорі годинники з підтримкою PTP (і зокрема, за допомогою пірингового механізму визначення канальних затримок) здатні забезпечувати похибку менше 50 нс. Також не всі прозорі годинники здатні проводити оцінку похибок, що виникають.
• На ринку існує обмежена кількість пристроїв РЗА з підтримкою профілю PTP для електроенергетики, проте ситуація покращується. Ряд виробників випускає пристрої РЗА з підтримкою PTP з 2013 року, але підтримка протоколу може бути опціональною, і потреба в ній визначається при замовленні.
• Не кожен гросмейстерський або ведений годинник (включаючи перетворювачі у формат інших протоколів синхронізації часу) призначений для використання на високовольтних підстанціях, хоча вони можуть підтримувати профіль PTP для електроенергетики. Устаткування має бути випробуване на стійкість до електромагнітних перешкод відповідно до певних ступенів жорсткості.
• Синхронізація часу має велике значення для СМПР та шини процесу МЕК 61850-9-2. Важливо, щоб тільки спеціально навчений персонал мав можливість зміни конфігурації пристроїв з підтримкою PTP (або при використанні спеціальних конфігураторів, або при використанні веб-сервера, або за допомогою протоколу SNMP). Якщо пристрої з підтримкою PTP допускають конфігурацію через лицьову панельтоді доступ повинен бути обмежений паролем.
• Існують різні профілі протоколу PTP, кожен з яких оптимізований для певних областей застосування. Найбільше повно вимогам систем автоматизації енергооб'єктів задовольняє профіль PTP для електроенергетики (Power Profile), проте може застосовуватися і профіль за замовчуванням (Default Profile). Не гарантується забезпечення достатньої точності тимчасової синхронізації всім систем. Інші специфічні профілі, такі як телекомунікаційний профіль або профіль аудіо-відео додатків (IEEE 802.1AS), швидше за все не забезпечать необхідних показників функціонування.

Приклади використання протоколу PTP на об'єктах електроенергетики

У цьому розділі розглядаються два приклади використання протоколу PTP у рамках систем автоматизації високовольтних електричних підстанцій. Перший приклад описує застосування протоколу PTP у межах системи автоматизації підстанції нового будівництва, другий – під час модернізації існуючої підстанції. У межах прикладів розглядається структура інформаційної мережі Ethernet. Передбачається, що структура мережі не тільки забезпечує можливість застосування протоколу PTP, але також задовольняє вимогу щодо збереження функцій при поодинокій відмові (обладнанні або лінії зв'язку).

Застосування протоколуPTP на енергооб'єктах нового будівництва

Багато пристроїв РЗА мають функцію реєстрації перехідних режимів відповідно до IEEE C37.118.1 (або попередніх стандартів). Практична реалізація цієї функціональності вимагає забезпечення синхронізації пристроїв за часом з мікросекундною точністю. Історично використовувалася синхронізація часу за протоколом IRIG-B, оскільки протокол NTP не відповідав вимогам щодо точності. Сьогодні ряд виробників пропонує рішення з підтримкою протоколу PTP, що дозволяє задовольнити вимоги щодо точності. При цьому протокол NTP також може використовуватися для синхронізації інших пристроїв РЗА енергооб'єкта, що виконують функції реєстрації аварійних подій.

У цьому прикладі розглядається середня за величиною підстанція 330/132 кВ для демонстрації простоти використання протоколу PTP. При цьому розглядається реалізація функцій реєстрації перехідних режимів, хоча PTP також може використовуватися для синхронізації пристроїв сполучення з шиною процесу в рамках того ж енергооб'єкта. Однолінійну схему об'єкта наведено на рис. 9.

Зазвичай електромережні компанії приймають один із двох варіантів розміщення обладнання: пристрої РЗА розміщуються в рамках єдиного приміщення або в рамках кількох модульних будівель (високої заводської готовності), що розташовуються на території об'єкта. Використовуваний підхід визначає топологію локальної мережі Ethernet та необхідний рівень надійності. У цьому прикладі топологія мережі розробляється виходячи з того, що пристрої РЗА елементів 330 кВ та 132 кВ встановлюються в окремих будинках. Для спрощення на рис. 10 показані лише деякі пристрої. Резервні з'єднання не використовуються, і зображено лише по одному комплекту захисту.

Для використання на об'єкті були обрані пристрої General Electric серії UR, до складу функцій яких включено функцію реєстрації перехідних режимів. У цьому пристрої РЗА підтримують протокол PTP (замість найпоширенішого інтерфейсу IRIG-B). На об'єкті також передбачено використання пристрою РЗА батареї конденсаторів ABB серії REV615, який має підтримку протоколу PTP.

Основним джерелом часу є гросмейстерський годинник, оснащений приймачем супутникового сигналу. Рекомендується, щоб гросмейстерські PTP також були провідним годинником NTP, оскільки протокол NTP може використовуватися комунікаційними контролерами, шлюзами, приладами обліку електроенергії та пристроями РЗА, які вимагають мілісекундної точності синхронізації часу.

Комутатори Ethernet використовуються для розподілу повідомлень протоколу PTP поряд з іншим трафіком, таким як МЕК 61850, DNP3, HTTP, SNMP та ін Обсяг трафіку PTP надзвичайно малий, він становить приблизно 420 байт/с і не впливає на функціонування мережі. Рис. 11 ілюструє трафік PTP, що формується гросмейстерським годинником виробництва компанії Tekron. З малюнка видно, що гросмейстерські годинники формують повідомлення типу Sync (червоне), Follow Up (малинове), Announce (блакитне) та Peer Delay Request (зелене) один раз на секунду, а також формують відповіді типу Peer Delay Response (жовте) та Peer Delay Response Follow Up (коричневий). Проілюстрований режим двостадійної роботи створює максимальний трафік – це найгірший випадок.

Кореневий комутатор знаходиться у центрі топології локальної мережі Ethernet енергооб'єкта. До цього комутатора виконується підключення комунікаційного сервера та АРМ диспетчера. У наведеній схемі також передбачено використання двох інших комутаторів: одного в ОПУ 330 кВ, другого – ОПУ 132 кВ. Зазначене рішення дозволяє скоротити кількість кабелю, необхідного для підключення пристроїв РЗА. Комутатори, встановлені в кожному з ОПУ, забезпечують можливість інформаційного обміну між пристроями РЗА (наприклад, GOOSE-повідомленнями із сигналами пуску УРОВ, заборони АПВ та ін.). Це забезпечує працездатність розподілених функцій при відмові зв'язку з центральним комутатором.

Кількість комутаторів, що використовуються, обумовлена ​​балансом між наступними аспектами:

• Гнучкість: більша кількість комутаторів означає більшу кількість портів.
• Надійністю: що більше у системі комутаторів, то більше ймовірність відмови одиничного комутатора.
• Експлуатаційна надійність: якщо комутатор відмовляє, керування скільки елементами ви втратите?

Застосування PTP добре вписується у традиційні рішення щодо застосування локальних мереж електромережевими компаніями. Профіль PTP для електроенергетики (Power Profile) допускає функціонування за наявності надлишкових каналів зв'язку під час використання протоколу резервування протоколу RSTP, оскільки оцінка канальних затримок проводиться, зокрема, по логічно заблокованим лініям зв'язку. При поширенні повідомлень PTP альтернативними маршрутами мережі коригуюче значення в повідомленнях PTP типу Follow Up визначатиме затримку за новим маршрутом.

Одне з рішень, яке має бути прийняте під час створення системи синхронізації часу, – чи повинні комутатори працювати в режимі прозорого або граничного годинника. Найбільш простий режим -прозорого годинника. При використанні цього режиму пошук несправностей у мережі під час використання аналізаторів трафіку (наприклад, програми Wireshark) значно простіше. Перевагою застосування граничного годинника є те, що вони поділяють діючий гросмейстерський годинник від веденого годинника. Це забезпечується завдяки тому, що в граничному годиннику підтримується актуальне показання годинника замість того, щоб просто проводити оцінку часів проходження повідомлень синхронізації.

Розглянемо сценарій відмови лінії зв'язку між кореневим комутатором та комутатором, встановленим в ОПУ 132 кВ, який виконує роль прозорого годинника. У цьому випадку матиме місце відхилення показань кожного веденого годинника (пристроїв РЗА) від істинного часу і один від одного у зв'язку з різницею характеристик вбудованих генераторів коливань. Швидкість збільшення розходження показань залежатиме від кількох факторів, включаючи якість генератора коливань та зміни температури. Якщо порушення зв'язку продовжуватиметься досить довго, то відмінність показань часу пристроїв РЗА елементів рівня напруги 132 кВ може стати значним. Зазначена ситуація ідентична ситуації, коли проводиться обрив лінії зв'язку, що забезпечує синхронізацію IRIG-B при традиційному рішенні.

Якщо ж комутатор в ОПУ 132 кВ виконує роль граничного годинника, то ведені пристрої синхронізуватимуться з граничним годинником. У нормальному режимі роботи граничний годинник буде синхронізований з гросмейстерським годинником. Якщо ж зв'язок з гросмейстерським годинником порушується, то пристрої РЗА залишаються синхронізованими з граничним годинником. Локальний час на граничному годиннику буде повільно відхилятися від показань часу гросмейстерського годинника – це також відбуватиметься з веденим годинником, з тією ж швидкістю. При цьому всі пристрої РЗА синхронізуються один з одним. У цій ситуації якість виконання внутрішніх годинників у пристроях РЗА не має значення.

Заміна системи синхронізації часу:IRIG– B наPTP

Можуть виникати ситуації, коли потрібно замінити існуючу систему синхронізації часу, наприклад, при впровадженні нових за функціональністю комплексів на енергооб'єкті. Наведений приклад розглядає сценарій розширення підстанції, за якого виникає вимога щодо зведення окремого ОПУ. На існуючій підстанції мережа Ethernet використовується реалізації обміну даними між пристроями РЗА, а синхронізації пристроїв за часом використовується протокол IRIG-B. Як середовище передачі як для ЛОМ Ethernet, Так і для системи синхронізації часу використовуються волоконно-оптичні лінії зв'язку, оскільки дане середовище забезпечує високу перешкода і гальванічну розв'язку. Ретранслятори використовуються для перетворення сигналів IRIG-B, що передаються по оптичній лінії зв'язку, електричні сигнали IRIG-B, які подаються безпосередньо на інтерфейси пристроїв РЗА.

Рис. 12 ілюструє однолінійну схему ПС 330/132 кВ, існуючі будівлі ОПУ та комунікаційні зв'язки між будинками до розширення.

Електромережна компанія реалізує проект розширення розподільчого пристрою 330 кВ із встановленням ще одного силового трансформатора 330/132 кВ. Передбачається спорудження ще однієї будівлі ОПУ, в якій буде встановлено пристрої РЗА та інше обладнання. Незважаючи на те, що можна провести сигнал IRIG-B з ОПУ 132 кВ, зазначене буде супроводжуватися додатковими похибками синхронізації часу через велику протяжність лінії зв'язку. Зазначене розширення підстанції надає хорошу можливість отримати досвід використання протоколу PTP.

При цьому кількість обладнання, заміну якого необхідно зробити, виявляється малою. Якщо провідний годинник, підключений до GPS, не реалізує підтримку протоколу PTP, тоді потрібна його заміна. У цьому проекті було обрано обладнання компанії Tekron – модель TCG 01-G, яка підтримує протокол PTP і протокол NTP. Якщо кореневий комутатор Ethernet не підтримує профіль PTP для електроенергетики (Power Profle), він повинен бути замінений на той, який цю підтримку реалізує (в цьому проекті була виконана заміна на комутатор GE Multilink ML3000). При цьому повинна бути документована конфігурація колишнього комутатора в частині віртуальних локальних мереж, багатоадресної фільтрації, конфігурації портів і протоколу SNMP для того, щоб повторити їх на новому комутаторі.

На заключному етапі передбачається використання у рамках нового ОПУ перетворювача із формату протоколу PTP у формат IRIG-B. Цей перетворювач забезпечує можливість підключення пристроїв РЗА з інтерфейсом IRIG-B. Будь-які комутатори Ethernet, установка яких передбачається в новому ОПУ, повинні підтримувати роль прозорих або роль граничних годин відповідно до профілю PTP для електроенергетики. Рис. 13 ілюструє схему підстанції після розширення. Під час розширення об'єкта також варто дізнатися, чи можуть встановлювані пристрої РЗА підтримувати протокол PTP. Якщо так, то це може виключити необхідність використання перетворювачів, а також отримати додатковий досвід використання протоколу PTP в кінцевих пристроях.

У запропонованій архітектурі побудови системи синхронізації часу не потрібно виконувати компенсацію часу поширення сигналів синхронізації для пристроїв, що розміщуються в новому ОПУ, оскільки це забезпечується піринговим механізмом визначення тимчасових затримок профілю PTP для електроенергетики (Power Profile). Це спрощує завдання налагодження СМПР та інших систем, що вимагають мікросекундної точності синхронізації часу.

У частині конструкції шаф може виникнути лише одна зміна, пов'язана з необхідністю встановлення перетворювачів PTP (по одному – на кожну шафу), призначення яких – виключити необхідність прокладання виділених ліній зв'язку для передачі сигналів IRIG-B. Вже сьогодні багато електромережевих компаній уникають використання мідних кабельних зв'язків між шафами РЗА, об'єднуючи пристрої шаф в єдину мережу Ethernet. У такій ситуації може бути використана ще одна перевага цього підходу - використання протоколу PTP, повідомлення якого передаються по тій самій мережі Ethernet, що сигнали пристроїв РЗА.

Рис. 14 ілюструє традиційну систему синхронізації часу з використанням IRIG-B (з модельованим/немодульованим сигналом). Усі пристрої РЗА підключаються до системи АСУ ТП через інтерфейси Ethernet, проте на старіших енергооб'єктах пристрою можуть підключатися через інтерфейс RS-485 (при використанні протоколів DNP3 або МЕК 60870-5-101).

При використанні протоколу PTP комунікації між шафами доцільно організовувати волоконно-оптичні лінії зв'язку. Ведений годинник PTP, такий як перетворювач з протоколу PTP, використовується для перетворення в формат одного зі стандартних протоколів синхронізації часу (у наведеному прикладі – IRIG-B). Формування сигналів IRIG-B даними перетворювачами в кожній окремій шафі дає можливість мати різний формат часу та відмінні часові зони порівняно зі сценарієм використання єдиного сервера часу, що транслює дані у форматі протоколу IRIG-B. Рис. 15 ілюструє приклад того, як протокол PTP може бути використаний для синхронізації за часом існуючих пристроїв РЗА з використанням перетворювача з формату PTP формат одного з стандартних протоколів і одночасної синхронізації за часом сучасних пристроївРЗА з підтримкою PTP.

Застосування протоколу PTP при розширенні та модернізації існуючих енергооб'єктів надає можливість електромережевим компаніям та інтеграторам отримати досвід використання протоколу PTP. Надалі також можна отримати досвід використання пристроїв РЗА з нативною підтримкою протоколу PTP.

Якщо електромережна компанія лише переходить до впровадження комунікації по локальній мережі Ethernet між пристроями РЗА, слід звернути увагу на можливість підтримки комутаторами протоколу PTP. Необхідно переконатися, що комутатори підтримують протокол на апаратному рівні – підтримка окремих профілів PTP може бути реалізована і на наступних етапах шляхом зміни базового програмного забезпечення Ethernet-комутаторів.

Побудова резервованих мереж за допомогою протоколу PTP

Вище було розглянуто аспекти використання PTP у рамках нового енергооб'єкта. У цьому розділі розглядаються основні принципи використання протоколу PTP у мережах Ethernet, що резервуються. При цьому слід зазначити фундаментальні принципи:

• Відмова будь-якого пристрою мережі або лінії зв'язку не повинна призводити до відмови функції захисту та керування більш ніж одним приєднанням розподільчого пристрою.
• Застосовуються основні та резервні комплекти РЗА, які часто називають основним захистом №1/основним захистом №2, комплектами А/Б або X/Y.
• Керуючі на комутаційне обладнання формуються безпосередньо від пристроїв РЗА, минаючи контролери/пристрої управління.

Забезпечити резервування можна одним із наступних способів, кожному з яких властиві свої переваги та недоліки:

• Протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), що забезпечує можливість створення кільцевих мереж. Цей протокол підтримується багатьма, якщо не всіма, комутаторами Ethernet. Час, який потрібно відновлення зв'язку між пристроями, який завжди залежить від низки чинників.
• Протокол Parallel Redundancy Protocol (PRP). При використанні даного протоколу забезпечується безперервність інформаційного обміну у разі порушення справності окремої лінії зв'язку, або окремого комутатора. Потрібна спеціальна підтримка цього протоколу або використання пристроїв резервування та дублювання інфраструктури мережі Ethernet.
• Протокол High-reliability Seamless Redundancy (HSR). Забезпечується безперервність інформаційного обміну у разі порушення справності окремої лінії зв'язку, або окремого комутатора. При цьому не потрібне використання додаткових комутаторів. Область застосування протоколу обмежена кільцевими топологіями мережі Ethernet, і спеціальна підтримка протоколу пристроями, що підключаються (наприклад, годинниками PTP або пристроями РЗА) або їх підключення здійснюються через спеціальні пристрої резервування.

Приклад, наведений у цьому розділі, спирається на використання протоколу PRP, і при цьому виключається необхідність використання окремого комутатора на кожне приєднання або діаметр півторної схеми розподільчого пристрою, які часто використовуються для збереження можливості захисту та управління після одиничного відмови комунікаційного обладнання. У деяких сценаріях використання протоколу PRP дозволяє скоротити кількість комутаторів Ethernet, що використовуються, порівняно з випадком застосування протоколу RSTP.

Захист X (або основний захист №1) реалізується при використанні пристроїв РЗА General Electric серії UR, оскільки цей пристрійпідтримує протоколи PTP та PRP. Захист X забезпечує функції керування та реєстрації перехідних режимів на додаток до функцій РЗА. Захист Y (або основний захист №2) реалізуються під час використання пристроїв РЗА іншого виробника, які підтримують протокол PTP або NTP для тимчасової синхронізації.

Рис. 16 ілюструє топологію мережі Ethernet. Реалізуються дві локальні мережі, позначені як A і В, обидві з яких активні в той самий момент часу. Протокол RSTP функціонує таким чином, що блокує надлишкові лінії зв'язку, які на малюнку показані пунктирними лініями. Зокрема, це зв'язок між кореневим комутатором №2 і комутатором Y. Деякі комунікаційні сервери працюють у режимі, коли другий їхній порт Ethernet відключений доти, доки відбулася відмова основний лінії зв'язку. Ці зв'язки також показані пунктирними лініями.

Очікується, що в найближчому майбутньому будуть доступні комунікаційні сервери АСУ ТП з нативною підтримкою PRP, що дозволить зберігати активними дві лінії зв'язку одночасно. Комутатор Y може забезпечувати функціональність пристрою резервування для пристроїв РЗА Y, забезпечуючи обробку дублікатів повідомлень.

Комутатори Ethernet сьогодні доступні з великою кількістю портів, що унеможливлює застосування комутаторів у кожній з шаф для підключення пристроїв РЗА. На невеликих підстанціях застосування комутаторів X1, X2 і Y для підключення пристроїв РЗА може не знадобитися і, навпаки, на підстанціях високої напруги може бути доцільним застосування комутаторів X1, X2 і Y для кожного рівня напруги. Незалежно від топології мережі Ethernet, застосування комутатора Ethernet з підтримкою ролі прозорого або граничного годинника дозволить забезпечити можливість підключення клієнтів у будь-якій точці мережі.

Висновки

Застосування протоколів синхронізації часу, що функціонують через мережу Ethernet, скорочує витрати на проектування систем, їх реалізацію та обслуговування. Протокол PTP, а саме профіль даного протоколу для електроенергетики (Power Profile), вирішує цілу низку проблем, пов'язаних із системами синхронізації часу для систем автоматизації підстанцій, та його застосування оптимально вписується в ідеологію побудови обміну даними між вторинними пристроями енергооб'єкта по мережі Ethernet.

Список літератури

1. D.M.E. Ingram, P. Schaub, D.A. Campbell & R.R. Taylor, “Evaluation of precision time synchronisation methods for substation applications”, 2012 International IEEE Symposium on Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (ISPCS 2012), San Francisco, USA, 23-28 September 2012. Available from http://eprints.qut.edu.au/53218/ .
2. D.M.E. Ingram, P. Schaub, D.A. Campbell & R.R. Taylor, “Quantitative assessment of fault tolerant precision timing for electricity substations”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Жовтень 2013. Volume 62, Issue 10, pp 2694-2703. Available from

Network Time Protocol — мережевий протокол для синхронізації внутрішнього годинника комп'ютера з використанням мереж зі змінною латентністю, заснованих на комутації пакетів.

Хоча традиційно NTP використовує для своєї роботи протокол UDP, він також здатний працювати поверх TCP. Система NTP є надзвичайно стійкою до змін латентності середовища передачі.

Час, представляється в системі NTP 64-бітним числом, що складається з 32-бітного лічильника секунд і 32-бітного лічильника часток секунди, дозволяючи передавати час в діапазоні 232 секунд, з теоретичною точністю 2 -32 секунди. Оскільки шкала часу NTP повторюється кожні 2 32 секунди (136 років), одержувач повинен хоча б приблизно знати поточний час (з точністю 68 років). Також слід враховувати, що час відраховується з півночі 1 січня 1900, а не з 1970, тому з часу NTP потрібно віднімати майже 70 років (з урахуванням високосних років), щоб коректно поєднати час із Windows або Unix-системами.

Як це працює

NTP-сервери працюють у ієрархічної мережікожен рівень ієрархії називається ярусом (stratum). Ярус 0 представлений еталонним годинником. За стандарт береться сигнал GPS (Global Positioning System) або служби ACTS (Automated Computer Time Service). На нульовому рівні NTP-сервери не працюють.

NTP-сервери ярусу 1 отримують дані про час від еталонного годинника. NTP-сервери ярусу 2 синхронізуються із серверами ярусу 1. Усього може бути до 15 ярусів.

NTP-сервери та NTP-клієнти отримують дані про час від серверів ярусу 1, хоча на практиці NTP-клієнтам краще не робити цього, оскільки тисячі індивідуальних клієнтських запитів виявляться надто великим навантаженням для серверів ярусу 1. Краще налаштувати локальний NTP-сервер, який ваші клієнти будуть використовуватись для отримання інформації про час.

Ієрархічна структура протоколу NTP є відмовостійкою та надмірною. Розглянемо приклад його роботи. Два NTP-сервери ярусу 2 синхронізуються з шістьма різними серверами ярусу 1, кожен - по незалежному каналу. Внутрішні вузли синхронізуються із внутрішніми NTP-серверами. Два NTP-сервери ярусу 2 координують час один з одним. У разі відмови лінії зв'язку з сервером ярусу 1 або з одним із серверів рівня 2 надлишковий сервер 2 рівня бере на себе процес синхронізації.

Аналогічно вузли та пристрої ярусу 3 можуть використовувати будь-який із серверів ярусу 2. Що ще важливіше, так це те, що наявність надмірної мережі серверів NTP гарантує постійну доступність серверів часу. Синхронізуючись з кількома серверами точного часу, NTP використовує дані всіх джерел, щоб вирахувати найточніший час.

Варто зазначити, що протокол NTP не встановлює час у чистому вигляді. Він коригує локальний годинник з використанням тимчасового зміщення, різниці між часом на NTP-сервері та локальному годиннику. Сервери та клієнти NTP налаштовують свій годинник, синхронізуючись з поточним часомпоступово чи одноразово.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

Федеральна державна автономна освітня установа

Вищої професійної освіти

«Національний дослідницький ядерний університет «МІФІ»

Тригірний технологічний інститут - філія НДЯУ МІФІ

Кафедра ЕОМ

з дисципліни «Інтернет-технології»

на тему: Протокол RSYNC. Синхронізація часу. Протокол NTP. Протокол SNTP»

Виконав: студент групи 5ВТ-58

Кільцов Д.А.

Перевірив: ст. викл. Долгополова М. О.

Тригірський 2012

ПРОТОКОЛ RSYNC

СИНХРОНІЗАЦІЯ ЧАСУ

ПРОТОКОЛ NTP

ПРОТОКОЛ SNTP

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ІНТЕРНЕТ ДЖЕРЕЛ

ДОДАТКИ

ПРОТОКОЛ RSYNC

Rsync(англ. Remote Synchronization) - програма для UNIX-подібних систем, яка виконує синхронізацію файлів і каталогів у двох місцях з мінімізуванням трафіку, використовуючи кодування даних за потреби. Важливою відмінністю rsync від багатьох інших програм/протоколів є те, що віддзеркалення здійснюється одним потоком у кожному напрямку (а не по одному або кілька потоків на кожен файл). Rsync може копіювати або відображати вміст каталогу та копіювати файли, опціонально використовуючи стиснення та рекурсію.

Розробник- Wayne Davison;

Операційнасистема- Кросплатформне програмне забезпечення.

Випущений під ліцензією GNU GPL, rsync є вільним програмним забезпеченням.

Кросплатформове(міжплатформне)програмнезабезпечення- Програмне забезпечення, що працює більш ніж на одній апаратній платформі та/або операційній системі. Типовим прикладом є програмне забезпечення, призначене для роботи в операційних системах Linux та Windows одночасно.

Існує реалізація rsync для Winows, а точніше не пряма реалізація, а збірка з rsync та cygwin, звана cwRsync.

Алгоритм

Утиліта rsync використовує алгоритм, розроблений австралійським програмістом Ендрю Триджеллом (додаток C), для ефективної передачі структур (наприклад, файлів) по комунікаційним з'єднанням у тому випадку, коли комп'ютер, що приймає, вже має відмінну версію цієї структури.

Приймаючий комп'ютер поділяє свою копію файлу на шматки фіксованого розміру S, що не перекриваються, і обчислює контрольну суму для кожного шматка: MD4-хеш (додаток А) і слабший rolling checksum (додаток B), і відправляє їх серверу, з яким синхронізується.

Сервер, з яким синхронізуються, обчислює контрольні суми для кожного шматочка розміру S у своїй версії файлу, у тому числі шматки, що перекриваються. Це може бути ефективно підраховано з огляду на особливу властивість rolling checksum: якщо rolling checksum байт від n до n+S-1 дорівнює R, то rolling checksum байт від n+1 до n+S може бути порахована виходячи з R, байта n і байта n +S без необхідності враховувати байти, що лежать усередині цього інтервалу. Таким чином, якщо вже підрахована rolling checksum байт 1-25, то для підрахунку rolling checksum байт 2-26 використовується попередня контрольна сума та байти 1 і 26.

Основні переваги

Швидкість: Спочатку rsync реплікує весь вміст між джерелом та місцем призначення (приймачем). Далі rsync передає тільки блоки, що змінилися, або біти в місце призначення, що робить синхронізацію дійсно швидкою;

Безпека: rsync включає шифрування даних при передачі з використанням протоколу SSH;

Синтаксис

$ rsync options source destination, де Source (джерело) і Destination (місце призначення) може бути як локальними, і віддаленими. У разі використання з віддаленими об'єктами вказує логін, ім'я сервера та шлях.

Деякі важливі опції:

1) -a,--archiveрежим архіву;

2) -r,--recursiveобходити директорії (рекурсія);

3) -R,--relativeвідносні шляхи;

4) -H,--hard-linksзберігати тверді посилання (hardlink);

5) -S,--sparse handle sparse files efficiently;

6) -x,--one-file-systemне перетинати межі файлової системи;

7) -exclude=PATTERNвиключити файли заданого зразка;

8) -delete-duringприймач видаляється ПРИ ПЕРЕДАЧІ;

9) -delete-afterприймач видаляється ПІСЛЯ ПЕРЕДАЧІ.

СИНХРОНІЗАЦІЯ ЧАСУ

Час в епоху інформаційні технологіїнабуло особливого значення для сучасної людини. Кожен з нас щонайменше кілька разів на день поглядає на годинник. Багато хто регулярно синхронізує свої пристрої звіту часу за допомогою різних джерел, у тому числі й Інтернет. Точний час часом відіграє вирішальну роль у справах, де важливі навіть хвилини, а секунди. Наприклад, торги на фондових біржах можуть обернутися крахом для гравця, чиї години показували неправильний час.

Технологія синхронізації часу

Весьпроцес синхронізації часу проводитися за допомогою спеціального мережевого протоколу NTP(NetworkTimeProtocol). Цей протокол являє собою зведення різних правил і математичних алгоритмів, завдяки яким відбувається точне налаштування часу на вашому комп'ютері з різницею в кілька сотих секунди. Існує протокол і для систем, що не потребують такої точної синхронізації, що називається SNTP. Різниця джерела та пристрою-приймача часу по ньому може становити до 1 секунди.

Технологія передачі параметрів точного часу є багатошаровою структурою, де кожен нижчележачий шар електронних пристроїв синхронізується з вищележащим. Чим нижчий технологічний шар, тим менш точним буде отриманий від нього час. Але це теоретично, практично все залежить від безлічі властивостей, що у системі синхронізації і отримати точніший час можна, наприклад, від четвертого шару механізмів, ніж від третього.

На нульовому рівні цього ланцюжка передачі завжди розташовуються пристрої звіту часу, грубо кажучи, годинник. Цей годинник являє собою молекулярні, атомні або квантові пристрої підрахунку часу і називаються еталонними. Такі пристрої не передають параметри часу в Інтернет безпосередньо, зазвичай вони підключені до первинного комп'ютера за допомогою високошвидкісного інтерфейсу з мінімальними затримками. Саме ці комп'ютери становлять перший шар у технологічному ланцюжку. На другому шарі будуть розташовуватися машини, що отримують час від першого шару пристроїв за допомогою мережного з'єднання, Найчастіше через Інтернет. Всі наступні рівні отримуватимуть інформацію про точний час за тими ж мережними протоколами від шарів, що лежать вище.

Системи синхронізації часу

УВідповідно до федерального закону «Про зв'язок» № 126 від 7 липня 2003 року, Стаття 49 - «Обліково-звітний час у галузі зв'язку», у технологічних процесах передачі та прийому повідомлень електрозв'язку та поштового зв'язку, їх обробки в межах території Російської Федерації операторами електрозв'язку та операторами поштового зв'язку має застосовуватися єдиний обліково-звітний час – московський». Для цього на цифровій мережі оператора зв'язку необхідно організувати систему точного часу.

Системою точного часу називається комплекс технічних засобів, що забезпечують періодичну передачу цифрової інформації про значення поточного часу від еталонного джерела до всіх мережевих елементів з метою синхронізації їх внутрішніх годинників. Це стосовно цифрового обладнання мереж електрозв'язку, в якому відбувається обробка різних даних в режимі реального часу і має забезпечуватися одночасне виконання певних внутрішніх технологічних процесів.

Актуальність вирішення задачі організації системи синхронізації єдиного точного часу або, іншими словами, організації тимчасової синхронізації, в телекомунікаційних мережах нерозривно пов'язана з розвитком білінгових систем, систем управління різного призначення, безпекою мереж, комп'ютерних систем, а також удосконаленням методів експлуатації цифрового обладнанняелектрозв'язку та метрологічним забезпеченням.

Споживачем сигналів єдиного точного часу є: обчислювальні комплекси та комп'ютерні сервери (системи управління та моніторингу мережевим обладнанням), обладнання транспортних мереж SDH, ATM, IP та мереж комутації, сервери білінгу та баз даних; обладнання передачі даних та пакетної комутації (маршрутизатори, комутатори) і т.д.

Використання тимчасової синхронізації дозволяє синхронізувати моменти часу початку і кінця будь-якого процесу в мережі одного або різних операторів електрозв'язку, наприклад, при локалізації аварії за допомогою внутрішньої діагностики обладнання та створення запису в журналі про подію, що відбулася на сервері в системі управління, з'єднання розмови абонентів, тарифікації інформаційного трафіку відповідно до часу доби та розташування абонента в зоні обслуговування тієї чи іншої мережі, нарешті, проведення процедур, пов'язаних з підтвердженням прийому/передачі електронного підпису, здійснення трансакцій і т.д.

Роботи зі створення системи точного часу включають:

* Вибір джерела сигналу точного часу;

* Визначення способу передачі сигналів точного часу по мережі зв'язку;

* вибір мережевих протоколівта сигналів точного часу;

* Визначення обладнання, що вимагає синхронізацію за часом;

* вибір варіанта рішення щодо забезпечення різних видівобладнання сигналами точного часу

До високоточних і найбільш доступних засобів передачі сигналів часу, що не вимагають оренди існуючих або побудови додаткових ліній зв'язку, по праву можна віднести глобальні навігаційні супутникові системи (ГНСС): російську ГЛОНАССта американську GPS. Глобальна система забезпечується функціонуванням на орбітах набору видимих ​​з будь-якої точки Землі супутників, що безперервно передають високоточні сигнали, які можна використовувати в системі точного часу.

В даний час, наприклад, супутникова система GPSможе використовуватись для синхронізації обладнання телекомунікаційних мереж російських операторівелектрозв'язку тільки як другий пріоритет, отже, як основне джерело сигналів точного часу необхідно застосовувати супутникову систему ГЛОНАСС.

Щоб отримати шкалу часу від супутникових систем, необхідно використовувати спеціальне обладнання, що містить у своєму складі приймачі сигналів. ГЛОНАССі GPS. Таке спеціалізоване обладнання отримало назву - сервер часу ( TimeServer). При передачі сигналів часу від сервера до віддалених мережних клієнтів використовуються спеціальні Інтернет-протоколи NTP(NetworkTimeProtocol)і PTP(PrecisionTimeProtocol- IEEE1588). За підсумками мережевих протоколів систему точного часу доцільно будувати за принципом ієрархії.

ПРОТОКОЛ NTP

Протокол NTP (протокол мережного часу) використовується NTP-серверами для поширення між абонентами мережі інформації з точним еталонним часом. Він також використовується засобами Інтернету для синхронізації комп'ютерів і процесів.

NTP використовується як Інтернет протокол уже понад 25 років. Цей протокол є протоколом, що найбільш довго використовується Інтернет. Він з'явився на світ завдяки необхідності синхронізації часу та процесів в Інтернеті. Протокол NTP спочатку використовувався на платформах LINUXі UNIX включно з FreeBSD (некомерційна версія UNIX для PC), але пізніше став використовуватися і в операційній системі Windows. Спеціальні NTP системи переважно використовують операційну систему LINUX.

Крім того, крім протоколу NTP існує протокол SNTP (Simple Network Time Protocol). На рівні пакетів ці два протоколи повністю сумісні. Основною відмінністю між ними є те, що SNTP не має складних систем фільтрації та багатоступінчастого коригування помилок, наявних у NTP. Таким чином, SNTP є спрощеною та легшою в реалізації версією NTP. Він призначений для використання в мережах, де не потрібна дуже висока точність часу, і в реалізації від корпорації Microsoft забезпечує точність в межах 20 секунд в рамках підприємства і не більше 2 секунд в межах одного сайту. Протокол SNTP стандартизований як RFC 1769 (версія 3) та RFC 2030 (версія 4).

Основні принципи протоколу NTP

Протокол NTP було створено для забезпечення користувачів мережі трьома параметрами:

1) встановленням збою зразка часу;

2) встановлення повного циклу затримки часу;

3) встановленням розкиду параметрів по відношенню до спеціалізованого годинника відліку.

Збій зразка часу - це різниця у часі між місцевим годинником і годинником відліку. Повний цикл затримки часу - це кількість часу, яке необхідно протоколу, щоб отримати відповідь від сервера. Розкид параметрів - це максимальна помилка годинника місцевого часу по відношенню до зразка.

Повідомлення протоколу NTP

Протокол NTP використовує UDP (протокол передачі дейтаграм користувача) NTP-повідомлення складається з кількох полів:

1) Індикатор стрибків;

2) номер версії;

6) Точність;

7) Дефект у кореневій системі;

8) Розкид параметрів;

9) Ідентифікатор зразка;

10) Дата створення;

11) Позначка часу прийому;

12) Позначка часу передачі;

13) Розпізнавання коду;

14) Дайджест повідомлень.

Індикатор стрибка застерігає про скачування підсумовування або видалення, що насувається.

Номер версії відображає номер використовуваної версії NTP.

Режим допомагає встановити режим поточного повідомлення NTP.

Декомпозитор - 8-бітна система, що ідентифікує ієрархічний рівень еталонного годинника.

Poll визначає максимальний інтервал між повідомленнями.

Точність встановлює вірність місцевих годинників.

Помилка в кореневій системі вказує на номінальну помилку еталонного часу.

Ідентифікатор зразка - це 4 символьний ASCII-код, що ідентифікує джерело зразка, наприклад: GPS,DCF, MSF. Поле Ідентифікатора коду використовується, коли потрібно встановити достовірність коду.

Дата створення еталона встановлює час, коли NTP запит користувача надіслано NTP серверу.

Позначка часу отримання вказує час, коли запит було отримано сервером NTP.

Позначка часу передачі вказує час, коли відповідне повідомлення NTP сервера було передано користувачеві.

Поле дайджест зберігає код автентифікації MAC (Message Authentication Code).

Режими роботи NTP сервера

NTPсервер може працювати у трьох режимах:

У перших двох режимах користувач надсилає NTP запит серверу. Сервер відповідає повідомленням, яке користувач використовує для синхронізації часу NTP. У режимі багатоадресної розсилки повідомлення NTP періодично розсилаються в певні інтервали часу.

Еталонний годинник

Для синхронізації часу NTP серверів можуть використовуватись різні зовнішні джерелаточний час. Для забезпечення точності часу дуже часто використовується GPS. Також є різні державні джерела еталонного часу, наприклад, радіомовлення. Багато радіостанцій ведуть мовлення не тільки на території своїх держав, а й за їх кордоном, тому за ними можна легко встановлювати час.

ПРОТОКОЛ SNTP

протокол програма синхронізація файл

SNTP(англ. Simple Network Time Protocol) - протокол синхронізації часу через комп'ютерну мережу. Є спрощеною реалізацією протоколу NTP. Використовується у вбудовуваних системах і пристроях, що не потребують високої точності, а також у програмах користувача точного часу. У протоколі SNTP використовується однаковий з протоколом NTP формат часу - 64-бітове число, що складається з 32-бітного лічильника секунд і 32-бітного лічильника часток секунд. Нульове значення лічильника часу відповідає нулю годин 1 січня 1900, 6 год 28 м 16 з 7 лютого 2036 і т. д. Для успішного функціонування протоколу необхідно, щоб клієнт знав свій час в межах ±34 роки щодо часу сервера.

Формат повідомлення

Малюнок 1 - Формат повідомлення

Опис полів формату повідомлення SNTP, представленого малюнку 1:

Індикатор корекції (ІК) показує попередження про майбутню вставку або видалення секунди в останній хвилині доби;

Номер версії (НВ) - поточне значення 4;

Інтервал опитування – беззнакове ціле, двійкова експонента якого показує максимальний інтервал між послідовними повідомленнями за секунди. Визначено лише для повідомлень сервера, допустимі значення від 4 (16 с) до 17 (близько 36 год);

Точність - знакове ціле, двійкова експонента якого показує точність системного годинника. Визначено лише повідомлень сервера, типові значення від?6 до?20;

Затримка - знакове число з фіксованою комою, що знаходиться між 15 і 16 знаками, що показує повний час розповсюдження сигналу туди та назад до джерела синхронізації сервера часу. Визначено лише для повідомлень сервера;

Дисперсія - беззнакове число з фіксованою комою, що знаходиться між 15 і 16 знаками, що показує максимальну помилку через нестабільність годинника. Визначено лише для повідомлень сервера;

Ідентифікатор джерела - джерело синхронізації сервера, рядок для страти 0 і 1, IP-адреса для вторинних серверів. Визначено лише для повідомлень сервера;

Час оновлення - час, коли системний годинник останній раз був встановлений або скоригований;

Ключ ідентифікації, дайджест повідомлення - необов'язкові поля, які використовуються для автентифікації.

Операції сервера SNTP

Сервер SNTP може працювати в унікальному, енікастному або мультикастному режимах, а також реалізувати будь-яку комбінацію цих режимів. В Унікаст і Енікаст режимах сервер отримує запити (режим 3), модифікує певні поля в заголовку NTP, і посилає відгук (режим 4), можливо використовуючи той же буфер повідомлення, що і у разі запиту. У режимі енікаст сервер прослуховує певну широкомовну або групову мультикаст-адресу, що визначається IANA, але використовує свою власну унікальну адресу в полі адреси відправника відгуку. За винятком вибору адреси у відгуку, робота сервера в енікаст і унікаст режиму ідентична. Мультикастні повідомлення зазвичай надсилаються з інтервалом від 64 до 1024 сек, залежно від стабільності годинника клієнта і необхідної точності.

В енікаст та унікаст режимах поля VN та реєстрація (Poll) запиту копіюються без змін у відгук. Якщо поле режиму запиту містить код 3 (клієнт), воно робиться у відгуку рівним 4 (сервер); в іншому випадку це поле записується 2 (симетричний пасивний), для того щоб забезпечити відповідність зі специфікацією NTP. Це дозволяє клієнтам, налаштованим для симетричного активного режиму (режим 1) успішно працювати, навіть якщо конфігурація не є оптимальною. У мультикастному режимі у полі VNзаноситься код 4, в поле режим код 5 (широкомовний) та в полі реєстрація ціла частиназначення логарифму на підставі 2 від тривалості періоду посилки запитів.

В унікальному та енікастному режимах сервер може реагувати, а може й ігнорувати запити, але кращою поведінкою є надсилання відгуку в будь-якому випадку, оскільки дозволяє переконатися в досяжності сервера.

Найважливішим індикатором несправності сервера є поле LI, у якому код 3 вказує на відсутність синхронізації. Коли саме це значення отримано, клієнт повинен проігнорувати повідомлення сервера незалежно від вмісту інших полів.

Конфігурація і управління

Початковаконфігурація SNTP серверів і клієнтів може бути здійснена на основі конфігураційного файлу, якщо такий файл є, або через послідовний порт. Передбачається, що сервери SNTP і клієнти практично не вимагають якогось конфігурування, специфічного для даного вузла (крім IP-адреси, маски субмережі або адреси OSI NSAP).

Унікальні клієнти мають бути забезпечені ім'ям сервера або його адресою. Якщо використовується ім'я сервера, то потрібна одна або кілька адрес найближчих DNS-серверів.

Мультикастні сервери та енікастні клієнти повинні мати значення TTL, а також місцеву широкомовну або групову мультикастну адресу. Енікастні сервери та мультикастні клієнти можуть конфігуруватися із залученням списків пар адрес-маска. Це забезпечує контроль доступу, тому операції будуть здійснюватися тільки з відомими клієнтами або серверами. Ці сервери та клієнти повинні підтримувати протокол IGMP, а також знати місцеву широкомовну або групову мультикастну адресу.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ІНТЕРНЕТ ДЖЕРЕЛ

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.

ДОДАТКИ

Додаток А

MD4(Message Digest 4) - хеш-функція, розроблена професором Массачусетського університету Рональдом Рівестом в 1990 році, і вперше описана в RFC 1186. Для довільного вхідного повідомлення функція генерує 128-розрядне хеш-значення, зване дайджестом. Цей алгоритм використовується в протоколі автентифікації MS-CHAP, розробленому корпорацією Майкрософт для виконання процедур автентифікації віддалених робочих станцій Windows. Є попередником MD5.

Малюнок A - Операція MD4

Одна операція MD4 (малюнок A). Хешування з MD4 складається з 48 таких операцій, згрупованих у 3 раунди по 16 операцій. F - нелінійна функція; у кожному раунді функція змінюється. Mi означає 32-бітний блок вхідного повідомлення, а K i - 32-бітна константа, різна для кожної операції.

Додаток B

Rolling checksum

Кільцевийхеш(англ. rolling hash) - хеш-функція, що обробляє вхід у межах деякого вікна. Отримання значення хеш-функції для зсунутого вікна (window) у таких функціях є дешевою операцією. Для перерахунку значення потрібно знати лише попереднє значення хеша; значення вхідних даних, що залишилися поза вікна; та значення даних, які потрапили у вікно. Процес подібний з обчисленням ковзної середнього.

Застосовується в алгоритмі пошуку підрядки Рабіна - Карпа, а також у програмі rsync для порівняння двійкових файлів(Використовується кільцева версія Adler-32).

Додаток C

Ендрю Тріджелл

Ендрю"Tridge"Триджелл(28 лютого 1967) - австралійський програміст, відомий як автор та учасник проекту Samba та співавтор алгоритму rsync. Також відомий своєю роботою з аналізу складних закритих протоколів та алгоритмів, що дозволило створити сумісні вільні реалізації. Лауреат Free Software Award за 2005 рік.

FreeSoftwareAward- Щорічна премія FSF за внесок у розвиток вільного програмного забезпечення, заснована в 1998 році.

Малюнок С - Ендрю Тріджелл

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Аналіз основних атак на протокол TLS та визначення методів протидії цим атакам. Розробка методу перехоплення та розшифровки трафіку, що передається за протоколом HTTPS. Розшифровування даних, що передаються в режимі, наближеному до реального часу.

стаття, доданий 21.09.2017


Створення операційної системи UNIX. Історія створення та розвитку протоколів ТСР/ІР. Протокол транспортного рівня. Логічний комунікаційний канал між джерелом та отримувачем даних без встановлення зв'язку. Протокол взаємодії із сервером доменних імен.

контрольна робота , доданий 18.05.2009


Типи корпусів системних блоків Основні топології мереж: шина, обручка, зірка, дерево. FTP як протокол, призначений для передачі файлів у комп'ютерних мережах. Класифікація програмного забезпечення. Інформаційно-пошукові системи та їх класифікація.

контрольна робота , доданий 24.12.2010


Визначення IP-протоколу, який передає пакети між мережами без встановлення з'єднань. Структура заголовка IP-пакету. Ініціалізація TCP-з'єднання, його етапи. Реалізація IP на маршрутизаторі. Протокол надійної доставки повідомлень ТСР, його сегменти.

контрольна робота , доданий 09.11.2014


Поняття протоколу Secure Sockets Layer. "Безпечний канал", основні властивості. Використання протоколу, його недоліки. Інтерфейс програми EtherSnoop. Фази протоколу діалогу. Громадські ключі, особливості поширення. Обмін даними в Інтернеті.

реферат, доданий 31.10.2013


Загальні відомостіпротокол передачі даних FTP. Технічні процеси здійснення з'єднання протоколом FTP. Програмне забезпеченнядля здійснення з'єднання за допомогою протоколу FTP. Деякі проблеми FTP-серверів. Команди FTPпротоколу.

реферат, доданий 07.11.2008


Опис та призначення протоколу DNS. Використання файлу host. Особливості та опис способів атак на DNS: помилковий DNS-сервер, простий DNS-флуд, фішинг, атака за допомогою відбитих DNS-запитів. Захист та протидія атакам на протокол DNS.

реферат, доданий 15.12.2014


Розробка серверної програми, яка дозволяє віддалено спостерігати за комп'ютером, який працює під керуванням Linux. Умови, необхідні рішення цього завдання: використовувані протоколи передачі, програмні засоби, динамічні бібліотеки.

курсова робота , доданий 18.06.2009


Опис основних типів станцій HDLC. Нормальний, асинхронний та збалансований режими роботи станції у стані передачі інформації. Методи керування потоком даних. Формат та зміст інформаційного та керуючого полів протоколу HDLC.

лабораторна робота, доданий 02.10.2013


Функція протоколу і структура пакета протоколу, що розробляється. Довжина поля заголовка. Розрахунок довжини буфера на прийомі залежно від довжини пакета та допустимої затримки. Алгоритми обробки даних на прийомі та передачі. Програмна реалізація протоколу.