29. März 2021

Im Gleichklang mit der Zeit: PTP und Syntonization

Bei PTP (Precision Time Protocol) liegt der Teufel im Detail. Die zeitgenaue Abgleichung aller Geräteuhren in einem verteilten System ist recht komplex. So kommt es, dass Synchronisation oft nicht gleich Synchronisation bedeutet.

Umso verzwickter, wenn einem die Sprache zusätzlich kleine Stolpersteine in den Weg legt. Ein Beispiel sind die englischen Begriffe „Synchronization“ und „Syntonization“, ganz abgesehen von der Tatsache, dass es für letzteren tatsächlich noch keine direkte deutsche Übersetzung gibt. Auf den ersten Blick haben beide einen ähnlichen Aufbau sowie eine ähnliche Bedeutung. Der Unterschied lässt sich jedoch bereits im Wort erkennen: Während Syntonization („gleich klingen“) das Übereinstimmen der Frequenz beschreibt, wird bei Synchronization von gleichzeitig verlaufenden Ereignissen gesprochen. Doch wie kommt man nun vom Gleichklang zur Gleichzeit?

Nachfolgend werden zunächst zwei Uhren betrachtet, die nichts gemeinsam haben: Asynchron, asynton – hier passt wirklich nichts zusammen:

Das sieht beim nächsten Bild doch schon etwas besser aus – zwei syntonisierte Uhren in einem Netzwerk, welche immerhin die gleiche Frequenz besitzen. Sie geben Signale zwar mit dem gleichen Zeitintervall aus, diese werden allerdings nicht unbedingt deckungsgleich produziert. Bei PTP spricht man hier von L1 (Layer 1) Sync, also der Frequenz-Übereinstimmung der physischen Uhren auf Hardware-Ebene:

Der nächste und letzte logische Schritt ist demnach, dass die Uhren ihre Signale auch im selben Moment ausgeben. Hier sind beide Uhren sowohl synton als auch synchron – in Perfektion!

Wenn zudem beispielsweise auch Zeitstempel akkurat verglichen werden sollen, kann noch ein Schritt weitergegangen werden: Man lässt die Uhren sich zudem auf die genaue Tageszeit, inklusive Sekunden, Minuten, Stunden und Datum einigen. Dank Syntonization wird dabei auch die Genauigkeit der Zeitstempel erhöht.

Dabei ist noch zu erwähnen, dass Syntonization für PTP (1588 v2) optional ist. Beim optimierten gPTP (802.1AS) ist es hingegen erforderlich, dass alle zeitkritischen Systeme logisch syntonisiert sind, Zeitintervalle also mit der gleichen Frequenz ausgegeben werden.