Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Precision time protocol grandmaster clock: Systemization and development of the protocol handler and functional blocks on FPGA
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

Med tanke på den ökade efterfrågan på exempelvis realtidsvideotjänster, är det uppenbart att högre krav ställs på timing och synkronisering och är därför kritiska för de infrastrukturer i nästa generationens nätverk. En av metoderna som telekomföretag har att hanterat detta är genom att använda en paketbaserat tidsfördelning som IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP). Med den andra versionen av protokollet även använts i Large Hadron Collider (LHR) vid CERN, bland flera andra tillämpningsområden (t.ex. telekombranschen), är det ett bevis på att PTP är en framtidssäker tid och frekvenssynkronisering lösning med tillräckligt intresse från en många olika intressegrupper. Synkroniseringsprotokoll kräver en mycket noggrann och stabil tidskälla, som fungerar som synkroniserings topologins främsta referens (som kallas för Grandmaster Klocka inom PTP). Förutom att fungera som en navigeringshjälp, ger GPS också en sådan exakt tidsreferens spridning med bekostnaden av en GPS-mottagare. Således är GPS ett populärt val för en tidsreferenskälla i synkroniseringsprotokoll som PTP.

Som huvudresultatet i denna avhandling, har en PTP Grandmaster Klocka utvecklats och funktionellt verifierats på en FPGA. Grandmaster Klockan är PTP-topologins huvudreferenskälla som distribuerar synkronisering till PTP Slave Klockor. En GPS-mottagare fungerar som Grandmasterns tidsreferenskälla i systemet där periodiska tid och datum uppdateras och sedan in i PTP-meddelanden, som i sin tur är fördelade över Ethernet till en eller fler PTP Slave Klockor. I avsaknad av en PTP Slave klocka, emuleras dess beteende med hjälp utav en laptop för att funktionellt verifiera designen av Grandmaster Klockan.

Trots att det var utanför omfattningen av avhandlingen, har en karakterisering med hjälp av ett verktyg lämpat för synkroniseringsprotokolls evaluering gjorts för att utvärdera de tidiga resultaten av denna design. Trots att resultaten inte uppnår samma nivå som liknande slutgiltiga implementationer av PTP Grandmaster Klockor, har vissa nyckelområden identifierats som en följd. De områden som bör förändras är i en viss mån en omdesign men går huvudsakligen ut på att ersätta funktionella block i systemets infrastruktur som har mer deterministiska och IEEE 1588 IP-kompatibla IP, t.ex. Ethernet MAC IP-blocket.

Om de rekommenderade förändringarna följts, bör designen implemterad i denna avhandling uppnå den potentiella synkroniseringsnoggrannhet som krävs för dagens applikationsbehov.

Abstract [en]

Considering the growth in demand of for instance real-time video services, it is apparent that higher constraints are placed upon timing and synchronization and is hence mission critical for the next generation network infrastructures. One major way in which carriers have been coping with this, is by employing a packet-based timing distribution such as IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP). With the second version of the Protocol even used in the Large Hadron Collider at CERN, amongst various other application areas (such as the telecom industry), it is a testament to that PTP is a viable time and frequency synchronization solution with enough interest from a wide range of application groups. Synchronization protocols require a highly accurate and stable timing source, which serves as the synchronization topology’s primary reference (known as the Grandmaster Clock within PTP). Besides providing navigation assistance, GPS also provides such accurate time reference dissemination at the cost of a GPS-receiver. Thus GPS is a popular choice for a time reference source in synchronization protocols such as PTP.

The main result of this thesis, a PTP Grandmaster Clock, has been developed and functionally verified on an FPGA. A GPS-receiver serves as the time reference source in the system where periodic time and date information is updated and then inserted into PTP messages, which in turn are distributed over Ethernet to PTP Slave Clocks. In the absence of a PTP Slave clock, a laptop emulated the behavior of a PTP Slave Clock in order functionally verify the Grandmaster Clock implementation. This was done using Wireshark and Ostinato that together serve as a network packet analyzer to verify the packets transmitted from the Grandmaster and a packet-generation software to mimic a PTP Slave Clock respectively.

Although outside the scope of the thesis, a simpler characterization using a synchronization protocol evaluation tool (the IXIA Anue 3500) has been performed in order to evaluate the initial performance of this implementation.

Despite the performance not being on par with similar final implementations of PTP Grandmaster Clock, some key areas that require further effort have been identified. These areas include to some extent a redesign but mostly on replacing system infrastructure blocks with more deterministic and IEEE 1588-compliant IP blocks, i.e. the Ethernet MAC IP block.

It is believed that once these recommended changes are followed, the implementation would be capable of achieving the potential synchronization accuracy necessary for modern application needs.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 69 p.
Series
TRITA-ICT-EX, 2015:20
National Category
Computer and Information Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-174844OAI: oai:DiVA.org:kth-174844DiVA: diva2:859500
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-10-07 Created: 2015-10-07 Last updated: 2017-06-13Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3408 kB)75 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3408 kBChecksum SHA-512
7a238aad01fdab60f474c97e8b4fb709e3da987ae2121f23711a07e25d9aa86cbb2f542152015ebb5f74ec47111ad392036d3d773115bed3a04fc3b5c380b916
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Information and Communication Technology (ICT)
Computer and Information Science

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 75 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 182 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf