Precision Time Protocol (PTP)
Precision Time Protocol (PTP) とは

Precision Time Protocol (PTP) は、IEEE 1588規格「Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems」で定義されているように、コンピュータネットワーク全体のクロックを同期する時間同期プロトコルです。

パケットベースのネットワークインフラストラクチャにおけるPTPクロック同期には、データパケットの整理、遅延の計算および調整に役立つ分散型内部デバイスクロックが含まれます。産業オートメーション、電気通信、金融取引、オーディオビデオブロードキャスト、その他の時間的制約のあるアプリケーションに不可欠な高精度のフリークエンシーと位相の同期を提供します。

読了時間:  4分10秒 | 公開日: 2025年3月18日

目次

    Precision Time Protocol (PTP) の主な機能

    PTPの主な機能とコンポーネントは次のとおりです。

    • 階層: PTPは、基準時間を提供するグランドソースクロック (GSC) と、時間をGSCと同期させる境界クロックおよび透過クロックを使用して、階層的に動作します。
    • 最適なクロックソースアルゴリズム: このアルゴリズムにより、デバイスはクロックの品質、安定性、ネットワークトポロジなどの要素とメトリックに基づいて最適なソースクロックを選択できます。
    • 同期メッセージ: PTPはこれらのメッセージを使用して、デバイス間の同期を維持します。
      • 遅延要求および応答メッセージ: これらのメッセージは、ネットワーク遅延を測定するためにソースクロックとシンククロック間で交換され、正確な同期に必要な追加データを提供します。
    • タイムスタンプ: PTPは正確なタイムスタンプを使用することでメッセージが送受信された正確な時間を測定し、同期の全体的な精度を向上させ、ネットワーク遅延の正確な計算を可能にします。
    • プロファイル: PTPは複数のプロファイルをサポートしており、一般的な使用にはデフォルトプロファイル、通信にはテレコム プロファイルなど、特定のアプリケーション要件に応じて選択できます。 

    Precision Time Protocol (PTP) の種別

    PTP対応デバイスには、ネットワーク内に存在する可能性のあるクロックと呼ばれる4つの内部時間管理メカニズムのいずれかがあります。

    • グランドソースクロック (GSC): ネットワークの残りの部分の時間ソースとして使用される高精度クロック。通常、基準時刻源としてGNSS (全地球衛星測位システム) 受信機を内蔵したデバイス
    • 境界クロック (BC): アップストリームPTPクロックのシンクであり、ダウンストリームクロックのソースであるネットワークデバイス。高精度クロックと発振器を内蔵しており、PTPを使用して独自のクロックを同期します。また、大規模または複雑なネットワーク全体にPTP同期を拡張するのにも役立ちます。境界クロック機能は、オーディオビデオブリッジング (AVB) サポートの前提条件です
    • トランスペアレントクロック (TC): シンクでもソースでもない、時間を認識する中間デバイス。アップストリームクロックから受信したPTP同期メッセージを変更し、パケットの既存のタイムスタンプに常駐時間を追加して、変更されたPTP同期メッセージをダウンストリームPTPデバイスに送信します。
    • 通常クロック: ネットワークデバイス。一般的にアップストリームクロックのシンクとなるエンドステーション。PTPクライアントデバイスにクロックが組み込まれており、ネットワーク経由で基準クロックとの同期が必要です。マルチメディアブロードキャスト機器、ストリーミング機器、オーディオミキサーなどは、PTP通常クロックとして機能するデバイスの種類の一部です。

    Precision Time Protocol (PTP) が重要である理由

    PTPは長年にわたり通信業界で広く利用されてきました。現在では、PTPレベルの精度と正確さを必要とするクリティカルアプリケーションとサービスをサポートするために、プライベート 5G (P5G) ネットワークが普及しつつあります。監視、制御、通信サービス、ビデオ配信のいずれの場合においても、正確な時間同期は、複雑なシステムの円滑な運用とエラーの防止に欠かせません。

    PTPは、通信事業者やパブリックおよびプライベートの 5Gネットワークに有用であるだけでなく、AI推論、5Gサービス品質、ビデオ配信、その他のレイテンシ重視のアプリケーションやユースケースなどの新たな基幹業務要件にも有益です。PTPはデータの一貫性、リアルタイムのビデオ同期、クラウドインフラストラクチャとAIデータ センターの信頼性を保証します。PTPは、金融部門 (不正な取引行為の防止目的)、製造部門 (物流および在庫管理目的)、メディア/エンターテイメント (ストリーミング用のオーディオ/ビデオ同期)、クリティカルな政府ミッションなど、さまざまな業界で不可欠な、正確で極めて精密な時間同期を提供します。ビジネスが成長し、革新し、成果を上げるためには、PTPの導入が欠かせません。

    Time-sensitive networking (TSN)

    Time-sensitive networking (TSN) は、ネットワーク上での予測可能でタイミングを考慮した低レイテンシデータ転送に依存するアプリケーション向けの標準とプロトコルの集合です。TSNはさまざまなアプリケーションで利用されています。

    • ファイナンシャルサービス
    • 産業用自動化
    • メディア制作
    • ライブイベント (スポーツ、コンサート)
    • 軍用および国内用レーダー
    • 通信
    • AIアプリケーション

    Precision Time Protocol (PTP) の利点

    Precision Time Protocol (PTP) には、特に高精度と同期が重要な環境において次のような複数の利点があります。

    1. 比較的高い精度 (ナノ秒レベル)。
    2. クロック ソースがネットワークのローカルにあるため、レイテンシが低くなり、時刻がより正確になります。
    3. クライアントを含むすべてのデバイスの時刻同期が高速化されます。
    4. トランスペアレントクロックと境界クロックのサポートにより、柔軟性と精度がより向上します。
    5.PTPは、メディア配信 (テレビ放送)、製造業および産業 (ロボット作業の同期)、金融 (頻繁な取引)、ネットワーク管理 (トラブルシューティングのためのイベント同期) などで使用される、時間的制約のあるクリティカルアプリケーションに最適です。PTPは、AI推論、5Gサービス品質、ビデオ配信、その他のレイテンシ重視のアプリケーションやユースケースなどの新たな基幹業務要件を定める企業に理想的です。
    6.NTPは、高精度を必要としない一般的な時刻同期を必要とする従来のエンタープライズシナリオに適しています。

    NTP
    PTP

    輸送

    イーサネット/IP

    イーサネット/IP

    モデル

    クライアントサーバー

    階層: ソース>シンク

    同期精度

    約1~100ミリ秒

    約100ナノ秒~1ミリ秒

    更新間隔

    構成可能*

    展開

    一般的なサードパーティ

    CSP、キャンパス、データセンター、またはブランチ

    スケーラビリティ

    単一サーバー

    境界クロックおよびトランスペアレントクロックをサポート

    ユースケース

    一般的な時刻同期

    高精度が求められるクリティカルアプリケーション

    (*) 手動またはPTPプロファイル経由

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