Blog

Eine optimale Zeitsynchronisation spielt in Industriebetrieben eine wichtige Rolle, denn die Genauigkeit der Arbeitsabläufe kann sich erheblich auf Sicherheit, Produktivität und Kosten auswirken. Technologien wie NTP, IEEE 1588v2 (PTP) oder IEEE 802.1AS sind unverzichtbar, um Systeme in einem Netzwerk untereinander oder mit Referenzuhren zu synchronisieren.

Das NTP-Protokoll ermöglicht die Übermittlung von Zeitinformationen innerhalb eines Netzwerks. Damit wird sichergestellt, dass alle Uhren in diesem Netzwerk mit einem tolerierbaren Zeitversatz (bzw. Offset) synchronisiert sind. Dieses Protokoll ist eines der ersten seiner Art und war von Anfang an sehr erfolgreich. NTP ist einfach einzurichten: Es funktioniert über das Internet und die Zeit kann von öffentlichen Servern abgerufen werden.

In sehr viele Wirtschaftssektoren ist es für den Betrieb wichtig, sicherzustellen, dass die Rechner in einem Computernetzwerk synchronisiert sind. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Rechner über das Netzwerk zeitlich zu synchronisieren. Zeitsynchronisationsprotokolle kommen zum Einsatz, um verschiedene Rechner mittels Verteilung von Zeitstempeln zu synchronisieren. Dafür verbreiten diese Protokolle meist die Zeit einer Referenzuhr wie einer Atomuhr oder eines GPS. Jedoch wird es umso schwieriger, die Rechner zu synchronisieren, je größer ein Netzwerk ist.

Derzeit sind die am weitesten verbreiteten Protokolle das Network Time Protocol (NTP) und das Precision Time Protocol (PTP). Jedes von ihnen erfüllt bestimmte Ziele, die sich für eine bestimmte Anwendung mehr oder weniger gut eignen.

Precision Time Protocol (PTP) ist ein Protokoll zur Zeitsynchronisation, das sicherstellt, dass alle Uhren in einem Netzwerk mit geringstmöglicher Zeitverschiebung synchronisiert werden. Dazu verbreitet das PTP-Protokoll die Zeit einer Referenzuhr, bei welcher es sich meist um eine Atomuhr oder ein GPS handelt.

Das PTP-Protokoll ist unter dem Namen IEEE-1588 standardisiert. Seine erste Version stammt aus dem Jahr 2002. Das Protokoll wurde entwickelt, um eine höhere Genauigkeit als bestehende Protokolle (hier ist insbesondere das NTP (Network Time Protocol) zu nennen) zu bieten. PTP sorgt in LANs für eine theoretische Genauigkeit im Nanosekundenbereich.

Der Ausfall eines Dienstes innerhalb eines Computernetzwerks ist ein Problem, das möglichst verhindert und im Fall der Fälle so schnell wie möglich behoben werden muss.

Wenn der betroffene Dienst die Basis für weitere Dienste bildet, wie z. B. die Zeitsynchronisation über einen Zeitserver mit PTP oder NTP, dann kann ein Ausfall katastrophale Folgen haben. Es gibt jedoch verschiedene Möglichkeiten, sich vor Ausfällen zu schützen.

Für Broadcast-Netzwerke, egal ob sie Videoinhalte (Fernsehen oder Streaming) oder Audioinhalte (Radio) ausstrahlen, ist die Zeitsynchronisation ausschlaggebend.

Wenn die Systeme nicht perfekt synchronisiert sind, können verschiedene Störungen auftreten, wie zum Beispiel Audio- und Video-Desynchronisationen oder Schnittfehler durch invertierte Frames.

Diese Probleme können durch eine schlechte Netzwerkqualität oder einen sehr hohen Datenverkehr noch verstärkt werden. Daher ist es wichtig, eine optimale Zeitsynchronisation zu gewährleisten, um ein optimales Nutzererlebnis zu ermöglichen.

Die IRIG-Standards (Inter-Range Instrumentation Group) legen eine Reihe von Parametern für die Übertragung von Zeitstempeln zur Synchronisierung von Geräten in einem nicht allzu großen Netzwerk fest. Jeder Standard definiert ein Frame-Format und eine Übertragungsmethode (Trägerfrequenz, Modulation usw.). Nicht alle Standards haben die gleiche Auflösung oder die gleiche Präzision.

Bei der Inter-Range Instrumentation Group (IRIG) handelt es sich um eine Reihe von Standards für das Versenden von Zeitcode-Datenframes über ein elektrisches Signal. Jeder IRIG-Standard definiert einen Frame-Typ sowie die Art und Weise, wie er transportiert wird (Trägerfrequenz, Modulation usw.). IRIG-Standards werden wegen ihrer Zuverlässigkeit sehr geschätzt und daher häufig in industriellen und technischen Umgebungen eingesetzt. IRIG erfordert spezielle Hardware und ist für den Einsatz über kurze Entfernungen konzipiert.

Beim PTP (Precision Time Protocol) handelt es sich um ein Protokoll, das die Synchronisation von Uhren mit einer theoretischen Genauigkeit im Bereich von Nanosekunden ermöglicht. Somit ist PTP das Protokoll der Wahl für alle kritischen Anwendungsbereiche (Energie, Industrie, audiovisuelle Medien, Finanzwesen, Transportwesen usw.). Das Protokoll funktioniert in lokalen Netzwerken, kann jedoch auch über sehr große Entfernungen hinweg eingesetzt werden. Das macht es besonders interessant für ausgedehnte Netzwerke mit mehreren entfernt liegenden Standorten.

Bei sehr großen Netzwerken ist es möglich, dass nicht alle Uhren für die gleichen Aufgaben verwendet werden und nicht alle Uhren die gleiche Synchronisationsqualität benötigen. Ohne die Möglichkeit, das Netzwerk aufzuteilen, müssen alle Uhren die höchste Genauigkeit aufweisen. Dies führt wiederum zu unnötigen Kosten. PTP sieht lediglich eine Grand Master Clock (GMC) pro Netzwerk vor.