Проект «Белый кролик»

White Rabbit — это название совместного проекта, включающего ЦЕРН , Центр исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца GSI и других партнеров из университетов и промышленности, направленного на разработку полностью детерминированной сети на базе Ethernet с точностью до субнаносекунды для передачи данных общего назначения и передачи времени . Первоначально он использовался в качестве сети распределения времени для управления и сбора данных на ускорительных площадках в ЦЕРН, а также в проекте GSI по исследованию антипротонов и ионов (FAIR). Аппаратные решения, а также исходный код общедоступны. ^[1] Название проекта является отсылкой к Белому Кролику, появляющемуся в Льюиса Кэрролла « романе Приключения Алисы в стране чудес» .

Фокус и цели

White Rabbit обеспечивает точность синхронизации субнаносекунды, которая раньше требовала специальных проводных систем синхронизации, а также гибкость и модульность сетей Ethernet реального времени . Сеть White Rabbit может использоваться исключительно для обеспечения синхронизации и синхронизации распределенной электронной системы или использоваться для обеспечения синхронизации и передачи данных в реальном времени. ^[2]^[3]

Проект «Белый кролик» фокусируется на:

Субнаносекундная точность : синхронизация более 1000 узлов через оптоволоконные или медные соединения длиной до 10 км.
Гибкость : создает масштабируемую модульную платформу с простой конфигурацией и низкими требованиями к обслуживанию.
Предсказуемость и надежность : позволяет детерминированную доставку сообщений с наивысшим приоритетом с использованием класса обслуживания .
Надежность : отсутствие потерь высокоприоритетных сообщений управления системными устройствами.
Аппаратное и программное обеспечение с открытым исходным кодом : чтобы избежать привязки к поставщику .

Еще одной особенностью этого проекта является то, что он полностью работает с открытым исходным кодом, причем доступны как аппаратные, так и программные источники. ^[4]

Технологии

Для достижения субнаносекундной синхронизации White Rabbit использует Synchronous Ethernet (SyncE) для достижения синхронизации. ^[5] IEEE 1588 (1588) и протокол точного времени (PTP) для передачи времени и модуль для точного измерения разности фаз между главным опорным тактовым сигналом и локальными часами на основе детекторов фазовой частоты . ^[3]^[6]

White Rabbit использует протокол точного времени для достижения субнаносекундной точности. Двусторонний обмен сообщениями синхронизации протокола точного времени позволяет точно регулировать фазу и смещение тактового сигнала. Задержка канала точно известна благодаря точным аппаратным временным меткам и расчету асимметрии задержки.

Приложения Белого Кролика

В ЦЕРН White Rabbit использовалась новая система управления цепью форсунок.

На GSI White Rabbit станет системой хронометража комплекса FAIR .

использует Нейтринный телескоп КМ3НеТ White Rabbit для синхронизации блоков детекторов. ^[7]

Радар EISCAT 3D будет использовать White Rabbit для синхронизации в сети формирования луча. ^[8]

Около 6000 детекторных узлов для эксперимента LHAASO ( Большая высотная обсерватория воздушного дождя ) синхронизированы сетью White Rabbit. ^{[ нужна ссылка ]}

По крайней мере, две исследовательские программы космического микроволнового фона ( Обсерватория Саймонса и CMB-S4) рассматривают White Rabbit для определения времени их систем сбора данных и управления. ^{[ нужна ссылка ]}

Несколько компаний ^[9] начали коммерциализировать White Rabbit для коммерческих приложений, разработав собственное аппаратное и программное обеспечение White Rabbit.

Первым элементом белого кролика в проекте «Белый кролик» стал «переключатель белого кролика», финансируемый правительством Испании и ЦЕРН и произведенный компанией Seven Solutions .

В 2015–2016 годах служба White Rabbit была успешно развернута в рамках Horizon 2020 проекта DEMETRA и протестирована для распространения точного UTC Galileo с использованием службы наземного оптоволокна. ^[10]

Сеть синхронизации Белого Кролика

Сеть синхронизации белого кролика состоит из трех важных частей. ^[11]

Протокол точного времени. IEEE1588 или протокол точного времени — это протокол времени, разработанный для обеспечения точности синхронизации в 1 микросекунду или даже меньше, особенно для использования в промышленных сетях и исследовательских лабораториях, где необходима точная синхронизация. В сетях PTP в идеале возможна точность до субнаносекунд, но на практике каналы «главный-подчиненный» и «подчиненный-главный» могут быть асимметричными, а разрешение меток времени PTP ограничено. Следовательно, получаемая точность синхронизации в сетях PTP ограничена.
Синтонизация уровня I с использованием SyncE. Как и в стандарте SyncE, механизм работы всех узлов на одной и той же частоте работает на уровне физического уровня. Следовательно, это не влияет на передачу данных. Основная идея синтонизации уровня I заключается в том, что часы в сети не работают на определенной частоте самостоятельно, а вместо этого должны быть привязаны к эталонному стандарту и быть прослеживаемыми. Таким образом, сеть, использующая синтонизацию уровня I, имеет иерархию в сети: есть главный узел, который отправляет информацию о частоте в потоках данных, а все остальные узлы в системе извлекают эту информацию из потока данных и имеют контур фазовой автоподстройки частоты , который заставляет их работать именно на этой частоте. Это устраняет дрожание и дрейф частоты тактовых импульсов, вызывающий смещение.
Измерение фазы. Как объяснялось ранее, частота локального узла регулируется с помощью тактового сигнала, извлекаемого из потока данных, отправленного главным узлом. Затем локальный узел отправляет обратно свой локальный тактовый сигнал мастеру. Поскольку локальная и главная тактовые частоты заблокированы, этот тактовый сигнал представляет собой просто задержанную версию главного тактового сигнала. Вычислив сдвиг фазы между этими двумя сигналами, можно очень точно измерить задержку конкретного канала.

После определения задержки канала ее можно использовать в обычном алгоритме PTP для достижения очень высокой точности.

Компонентами сети White Rabbit являются многопортовые коммутаторы White Rabbit и узлы White Rabbit с одним или двумя портами. Оба компонента могут быть добавлены в сеть динамически. Длина кабеля и другие факторы задержки автоматически компенсируются алгоритмами протокола Precision Time Protocol. Хотя обычные устройства Gigabit Ethernet также могут быть подключены, только устройства White Rabbit принимают участие в синхронизации и синхронизации сети.

Ссылки

^ «Обзор Белого Кролика» . Проверено 18 июля 2013 г.
^ «Проект «Белый кролик»» (PDF) . 2009 . Проверено 18 июля 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовский, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (октябрь 2009 г.). «Белый кролик: распределение времени по Ethernet за доли наносекунды». 2009 Международный симпозиум по точной синхронизации часов для измерения, управления и связи . стр. 1–5. дои : 10.1109/ISPCS.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8 . S2CID 1724581 .
^ Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовский, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (2009). «Белый кролик: распределение времени по Ethernet за доли наносекунды». 2009 Международный симпозиум по точной синхронизации часов для измерения, управления и связи . стр. 1–5. дои : 10.1109/ispcs.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8 . S2CID 1724581 .
^ Wikt:синтонизация
^ Монолитные схемы фазовой автоподстройки частоты и схемы восстановления тактовой частоты: теория и конструкция . Разави, Бехзад. Нью-Йорк: IEEE Press. 1996. ISBN 9780470545331 . OCLC 557450248 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ «КМ3НеТ – Оперативное управление детектором и сбор данных» . Проверено 20 января 2016 г.
^ «Технические характеристики блока импульсного и рулевого управления» (PDF) . 2018 . Проверено 25 ноября 2018 г.
^ «Компании, занимающиеся открытым хранилищем оборудования» . Проверено 18 июля 2013 г.
^ «ДЕМЕТРА — Демонстратор сервисов EGNSS на основе архитектуры привязки времени» . 13 мая 2015 года . Проверено 19 февраля 2019 г.
^ Дириккс, Эрик Ф.; Валлин, Андерс Э.; Форделл, Томас; Майри, Джонни; Компонент Петри; Меримаа, Микко; Пинкерт, Тьерд Дж.; Кулемей, Йерун CJ; Пик, Хенк З. (2016). «Протокол точного времени White Rabbit на оптоволоконных линиях дальней связи». Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрике и контролю частоты . 63 (7): 945–952. дои : 10.1109/TUFFC.2016.2518122 . ISSN 0885-3010 . ПМИД 26780791 . S2CID 11411374 .

Внешние ссылки

[White_Rabbit@OHWR-1] «Обзор Белого Кролика» . Проверено 18 июля 2013 г.

[The_White_Rabbit_Project-2] «Проект «Белый кролик»» (PDF) . 2009 . Проверено 18 июля 2013 г.

[Sub-nanosecond_timing_distribution_over_Ethernet-3] Перейти обратно: ^а ^б Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовский, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (октябрь 2009 г.). «Белый кролик: распределение времени по Ethernet за доли наносекунды». 2009 Международный симпозиум по точной синхронизации часов для измерения, управления и связи . стр. 1–5. дои : 10.1109/ISPCS.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8 . S2CID 1724581 .

[4] Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовский, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (2009). «Белый кролик: распределение времени по Ethernet за доли наносекунды». 2009 Международный симпозиум по точной синхронизации часов для измерения, управления и связи . стр. 1–5. дои : 10.1109/ispcs.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8 . S2CID 1724581 .

[Syntonization-5] Wikt:синтонизация

[6] Монолитные схемы фазовой автоподстройки частоты и схемы восстановления тактовой частоты: теория и конструкция . Разави, Бехзад. Нью-Йорк: IEEE Press. 1996. ISBN 9780470545331 . OCLC 557450248 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[detector_control@KM3NeT-7] «КМ3НеТ – Оперативное управление детектором и сбор данных» . Проверено 20 января 2016 г.

[Technical_Specification_for_Pulse_and_Steering_Control_Unit-8] «Технические характеристики блока импульсного и рулевого управления» (PDF) . 2018 . Проверено 25 ноября 2018 г.

[WR_Companies-9] «Компании, занимающиеся открытым хранилищем оборудования» . Проверено 18 июля 2013 г.

[DEMETRA-10] «ДЕМЕТРА — Демонстратор сервисов EGNSS на основе архитектуры привязки времени» . 13 мая 2015 года . Проверено 19 февраля 2019 г.

[11] Дириккс, Эрик Ф.; Валлин, Андерс Э.; Форделл, Томас; Майри, Джонни; Компонент Петри; Меримаа, Микко; Пинкерт, Тьерд Дж.; Кулемей, Йерун CJ; Пик, Хенк З. (2016). «Протокол точного времени White Rabbit на оптоволоконных линиях дальней связи». Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрике и контролю частоты . 63 (7): 945–952. дои : 10.1109/TUFFC.2016.2518122 . ISSN 0885-3010 . ПМИД 26780791 . S2CID 11411374 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]