Lesezeit: 4 Minuten 10 Sekunden | Veröffentlicht: 18. März 2025
Precision Time Protocol (PTP) Was ist Precision Time Protocol (PTP)?
Precision Time Protocol (PTP) ist ein Zeitsynchronisationsprotokoll, das Uhren in einem Computernetzwerk gemäß der Definition im IEEE-Standard 1588 – Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems – synchronisiert.
Die PTP-Uhrensynchronisation in der paketbasierten Netzwerkinfrastruktur umfasst verteilte interne Geräteuhren, die bei der Organisation von Datenpaketen, der Abrechnung und der Anpassung der Latenz helfen. Sie bietet eine hochpräzise Frequenz- und Phasensynchronisierung, die für die industrielle Automatisierung, Telekommunikation, den Finanzhandel, die Audio-Video-Übertragung und sonstige zeitkritische Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
Hauptmerkmale des Precision Time Protocol (PTP)
Zu den wichtigsten Funktionen und Komponenten des PTP gehören:
- Hierarchie: PTP arbeitet hierarchisch mit Grand Source Clocks (GSC), die die Referenzzeit bereitstellen, und Boundary- und Transparent Clocks, die ihre Zeit mit GSC synchronisieren.
- Algorithmus für die beste Taktquelle: Dieser Algorithmus ermöglicht es den Geräten, die beste Taktquelle basierend auf Faktoren und Metriken wie Taktqualität, Stabilität und Netzwerktopologie auszuwählen.
- Synchronisierungsnachrichten: PTP verwendet diese Nachrichten, um die Synchronisierung zwischen Geräten aufrechtzuerhalten.
- Verzögerungsanforderungs- und -antwortnachrichten: Diese Nachrichten werden zwischen den den Source und Sink Clocks ausgetauscht, um die Netzwerkverzögerung zu messen und zusätzliche Daten bereitzustellen, die für eine genaue Synchronisierung erforderlich sind.
- Zeitstempel: PTP verwendet präzise Zeitstempel, um den genauen Zeitpunkt zu messen, zu dem Nachrichten gesendet und empfangen werden. Dies verbessert die Gesamtgenauigkeit der Synchronisierung und ermöglicht eine genaue Berechnung von Netzwerkverzögerungen.
- Profile: PTP unterstützt mehrere Profile und kann je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen ausgewählt werden, beispielsweise das Standardprofil für den allgemeinen Gebrauch und das Telekommunikationsprofil für Telekommunikation usw.
Arten von Precision Time Protocol (PTP)
PTP-fähige Geräte verfügen über einen von vier internen Zeitmessmechanismen, sogenannte Uhren, die in einem Netzwerk vorhanden sein können:
- Grand Source Clock (GSC): Hochpräzise Uhr, die als Zeitquelle für das restliche Netzwerk verwendet wird. Normalerweise ein Gerät mit integriertem GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System) als Referenzzeitquelle
- Boundary Clock (BC): Ein Netzwerkgerät, das als Senke für Upstream-PTP-Uhren und als Quelle für Downstream-Uhren dient. Sie verfügt über eine integrierte hochpräzise Uhr und einen Oszillator und synchronisiert seine eigene Uhr mithilfe von PTP. Sie hilft auch dabei, die PTP-Synchronisierung auf große oder komplexe Netzwerke auszuweiten. Die Boundary-Clock-Funktionalität ist eine Voraussetzung für die Unterstützung von Audio-Video-Bridging (AVB).
- Transparent Clock (TC): Zwischengerät mit Zeitbewusstsein, das weder eine Senke noch eine Quelle ist. Sie ändert empfangene PTP-Synchronisierungsnachrichten von Upstream-Uhren, fügt dem vorhandenen Zeitstempel des Pakets die residente Zeit hinzu und überträgt dann die geänderten PTP-Synchronisierungsnachrichten an Downstream-PTP-Geräte.
- Ordinary Clock: Ein Netzwerkgerät, normalerweise eine Endstation, die als Senke für Upstream-Uhren dient. Sie verfügt über eine in ein PTP-Clientgerät integrierte Uhr, die über das Netzwerk mit einer Referenzuhr synchronisiert werden muss. Multimedia-Broadcast-Geräte, Streaming-Geräte und Audiomixer sind einige der Gerätetypen, die als einfache PTP-Uhren fungieren.
Warum ist das Precision Time Protocol (PTP) wichtig?
PTP wird in der Telekommunikationsbranche schon seit langem intensiv genutzt. Heutzutage werden private 5G-Netzwerke (P5G) immer häufiger eingesetzt, um unternehmenskritische Anwendungen und Services zu unterstützen, die ein PTP-Niveau an Präzision und Genauigkeit erfordern. Ob für Überwachung, Steuerung, Kommunikation oder Videoübertragung – eine genaue Zeitsynchronisierung ist für den reibungslosen Betrieb komplexer Systeme und die Vermeidung von Fehlern von grundlegender Bedeutung.
PTP ist nicht nur für Telekommunikations- oder öffentliche und private 5G-Netzwerke von Vorteil, sondern auch für neue Branchenanforderungen wie KI-Inferenzen, 5G-Servicequalität, Videoübertragung und andere latenzempfindliche Anwendungen oder Anwendungsfälle. Es gewährleistet Datenkonsistenz, Echtzeit-Videosynchronisierung sowie Zuverlässigkeit der Cloud-Infrastruktur und des KI-Rechenzentrums. PTP bietet die genaue und äußerst präzise Zeitsynchronisierung, die in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise im Finanzsektor (zur Verhinderung betrügerischer Handelsaktivitäten), im Fertigungssektor (für Logistik und Bestandsverwaltung), in den Medien/im Unterhaltungssektor (Audio-/Videosynchronisierung für Streaming) und bei wichtigen Regierungsmissionen. Damit Unternehmen wachsen, Innovationen vorantreiben und Ergebnisse liefern können, ist die Einführung von PTP unerlässlich.
Time-sensitive Networking (TSN)
Time-Sensitive Networking (TSN) ist eine Sammlung von Standards und Protokollen für Anwendungen, die auf einer vorhersehbaren und zeitbewussten Datenübertragung mit geringer Latenz über das Netzwerk beruhen. TSN wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt:
- Finanzdienstleistungen
- Industriell Automatisierung
- Medienproduktion
- Live-Events (Sport, Konzerte)
- Militärisches und ziviles Radar
- Telekommunikation
- KI-Anwendungen
Vorteile des Precision Time Protocol (PTP)
Precision Time Protocol (PTP) bietet mehrere Vorteile, insbesondere in Umgebungen, in denen hohe Präzision und Synchronisierung entscheidend sind. Dazu gehören:
1. Ein höherer Grad an Präzision (Nanosekundenebene).
2. Genauere Zeit, da die Taktquelle lokal im Netzwerk vorhanden ist und somit eine geringere Latenz gewährleistet ist.
3. Schnellere Zeitsynchronisierung für alle Geräte, einschließlich Clients.
4. Mehr Flexibilität und Genauigkeit durch die Unterstützung von Transparent Clocks und Boundary Clocks.
5. PTP eignet sich am besten für zeitkritische Anwendungen in den Bereichen Medienverteilung (Fernsehübertragung), Fertigung und Industrie (Synchronisierung von Roboterarbeit), Finanzen (Frequenzhandel), Netzwerk-Management (Ereignissynchronisierung zur Fehlerbehebung) usw. Es ist ideal für Unternehmen mit neuen Branchenanforderungen wie KI-Inferenzen, 5G-Servicequalität, Videoübertragung und andere latenzempfindliche Anwendungen oder Anwendungsfälle.
6. NTP eignet sich besser für klassische Unternehmensszenarien mit allgemeinen Zeitsynchronisierungsanforderungen, bei denen keine hohe Präzision erforderlich ist
NTP | PTP | |
|---|---|---|
| Transport | Ethernet/IP | Ethernet/IP |
| Modell | Client-Server | Hierarchisch: Quelle > Senke |
| Synchronisationsgenauigkeit | ~1 bis 100 ms | ~100 ns bis 1 ms |
| Aktualisierungsintervall | Minuten | Konfigurierbar* |
| Bereitstellung | Typischerweise Drittanbieter | CSP, Campus, Rechenzentrum oder Zweigstelle |
| Skalierbarkeit | Einzelserver | Unterstützt Boundary Clocks und Transparent Clocks |
| Fallbeispiel | Allgemeine Zeitsynchronisation | Kritische Anwendungen, die hohe Präzision erfordern |
(*) Entweder manuell oder über ein PTP-Profil
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