Regelalgorithmen für IEEE-1588 Wie spät ist es genau?

Die Zeitsynchronisation über den IEEE-1588-Standard ist seit 2008 normiert und wird bereits in verschiedensten Bereichen verwendet. Es stehen schon einige softwaretechnische Umsetzungen zur Verfügung. Je nach den Ansprüchen an die Genauigkeit muss man sich mit den Regelalgorithmen beschäftigen.

Die Zeitsynchronisation über 1588 ist seit 2008 als IEEE-Norm festgeschrieben und wird bereits in verschiedensten Bereichen verwendet. Bisher war die Nutzung dieses Standards immer mit exotischer Hardware verbunden, also mit Implementierungen von Netzwerkadaptern in verschiedenen FPGAs oder Embedded Controllern. Mit der Einführung der Intel-Netzwerkchip-Familien Intel I21x und Intel I35x ist dieser Standard nun für den Consumer-Markt verfügbar. Somit ist die Grundlage für neue Projekte auf Basis von Consumer-Hardware gelegt.

Für die softwaretechnische Umsetzung stehen einige käufliche IEEE-1588-Implementierungen zur Verfügung. Über das amerikanische LXI-Konsortium steht sogar eine quasi kostenlose Implementierung des Standards zur Verfügung (es fallen nur Mitgliedsbeiträge an). Die deutsche Firma TSEP hat diese IEEE-1588-Implementierung in Zusammenarbeit mit dem LXI-Konsortium entwickelt. TSEP vertreibt auch eine kostenpflichtige Version speziell für Firmen, die kein Interesse an einer LXI-Mitgliedschaft haben.

Wie genau muss es sein?

Die grundsätzliche Frage, die sich bei jedem IEEE-1588-Projekt stellt, ist, mit welcher Genauigkeit die Zeitsynchronisation erfolgen muss. Die erreichbare Genauigkeit hängt in der Regel von der verwendeten Hardware, der Topologie und dem verwendeten Regelalgorithmus ab. Moderne IEEE-1588-Implementierungen haben die Möglichkeit, verschiedene Regelalgorithmen zu definieren und diese einfach auszutauschen. Auch die Firma TSEP hat den Regelalgorithmus als eigenständiges Modul mit definierten Schnittstellen festgelegt. Somit kann der Nutzer einfach einen eigenen Algorithmus definieren und diesen ins System einbringen und testen.

Wird IEEE 1588 zum Beispiel bei der Synchronisation von WLAN-Lautsprechern verwendet, ist das menschliche Gehör die Maßeinheit für die Genauigkeit. Das menschliche Gehör kann Laufzeitdifferenzen ab 10 µs erkennen. Somit muss die erreichte Genauigkeit für die Synchronisation der WLAN-Lautsprecher unter 10 µs liegen.

Betrachtet man aber messtechnische Aufgaben, sind andere Genauigkeiten gefordert. Innerhalb der Messtechnik werden Messungen in der Regel mit Hilfe von Triggern ausgelöst. In der Regel sind diese Trigger Signaländerungen (steigende oder fallende Flanken, Überschreitung von Pegelwerten etc.). Diese Signale werden über Kabel von der Quelle zum Messgerät übertragen. Somit ist die Laufzeit innerhalb des Triggerkabels die maßgebende Zielgröße für die Genauigkeit. Geht man von Kabellängen von circa 5 m aus (was eher großzügig bemessen ist), kann man von einer Laufzeit von 25 ns ausgehen (Laufzeit von 5 ns/m). Somit wäre die Genauigkeit bei messtechnischen Problemen in dieser Größenordnung einzuordnen. Jedoch hat sich im Bereich Messtechnik mit der Vorstellung von 5G-Technologien im Mobilfunk diese Größenordnung deutlich nach unten verschoben. Für diese Technologien wären Genauigkeiten im Subnano-Bereich wünschenswert.