آشنایی با پروتکل PTP

برای شناخت بهتر این پروتکل بهتر است ابتدا در رابطه با پروتکل زمان برخی موارد را بررسی نماییم. پروتکل زمان شبکه پروتکل قدیمی به منظور هماهنگی زمانی میان کاربران و کلاینت های شبکه های کامپیوتری استفاده می گردد و نقش مهمی در شبکه های کامپیوتری دارد. نصب و راه اندازی شبکه NTP، از ناهماهنگی زمان بین سیستم ها و بروز اختلال ناشی از یکسان نبودن تایم سیستم ها در شبکه جلوگیری می کند. وجود کوچکترین اختلاف زمان میان سیستم ها می تواند مشکلات بزرگی را در شبکه بوجود بیاورد. پروتکل های بی شماری در دنیای شبکه های کامپیوتری وجود دارند که دسترسی کاملی به ساعت جهانی اتمی Atomic Clock و سرویس های جی پی اس GPS Clocks دارند. اگر این پروتکل وجود نداشته باشند، امکان هماهنگ سازی زمانی بین سیستم ها وجود ندارد. NTP Client توسط NTP Server تقاضای تبادل زمان می کند. پس از تبادل زمان، کاربر قادر خواهد بود مولفه های link delay و local offset را به آسانی محاسبه نموده و تنظیم ساعت های لوکال خود را انجام دهد تا با ساعت سرور کاملاً تطابق داشته باشد. برای تعیین ساعت اولیه در مدت زمان 5 الی 10 دقیقه به شش مبادله مورد نیاز می باشد و این یک دستورالعمل می باشد. بعد از هماهنگ سازی کلاینت، NTP به صورت هر ده دقیقه به روزرسانی می شود.

پروتکل زمان شبکه قادر خواهد بود زمان را در حد میلی ثانیه بر روی اینترنت نگه دارد. تبادل time stamps با استفاده از پروتکل UPD بر روی پورت 123 صورت می گیرد. به علاوه می توان با پخش رادیویی یا انتقال داده ها و پیغام ها از یک سیستم رایانه ای مرکزی به سایر سیستم های رایانه ای جهت این موضوع استفاده کرد. این پروتکل از ساعت هماهنگ جهانی که UTC نام دارد برای مچ کردن زمان سیستم ها استفاده می نماید. تبادل داده ها و اطلاعات میان سرور و کلاینت به صورت زیر می باشد. کلاینت تقاضای NTP یا پروتکل زمان شبکه را به سرور فرستاده و زمان آن را تصدیق می نماید. سرور با تأیید و تصدیق زمان پکیج ارسالی به تقاضای کلاینت پاسخ می دهد، کاربر مجدداً زمان دریافت پکیج پاسخی را تصدیق می کند.

چنانچه تأخیری در این ارسال و دریافت ها بوجود بیاید ،timestamp این تأخیر و تفاوت میان زمان خود و زمان سرور را آنالیز می کند تا در صورت وجود خطا به تنظیم مجدد ساعت بپردازد. حال باتوجه به آشنایی که از پروتکل زمان بدست آوردیم، باید خاطر نشان شویم که پروتکل PTP برخلاف آن عمل مینماید. یعنی برخی از ویژگی هایی که NTP دارد همچون هماهنگ سازی فرآیندها با استفاده از یک ساعت مرجع تمامی فرآیندها، هماهنگ سازی تمامی ساعت ها و تایم ها با زمان مدنظر، وجود چند مرجع زمانی برای نصب و راه اندازی شبکه، رفع ایرادات موقت شبکه، هماهنگ سازی به صورت اتوماسیون و خودکار به جستجوی برترین منابع زمانی میباشد، را PTP به روش دیگر و با راهکارهای خود به انجام میرساند.

در پیش زمینه اطلاعات زمان کاملاً صحیح نیست، بلکه ساعت با دقت بالا دستگاه های متصل به هم در چنین شبکه های صنعتی یا رایانه ای وجود دارد. در ارتباط با سازماندهی شبکه PTP و انواع ساعت، در ابتدا صحبت می شود Grandmaster ساعت ها و ساعت های مرزی دستگاه هایی با عملکرد master و slave که توزیع نقش آن ها با استفاده از بهترین الگوریتم Master Clock تعیین می شود. از سوی دیگر، نقش های کاملاً تعریف شده به ساعت های معمولی اعم از اصلی یا مشتری اختصاص داده می شوند، به اصطلاح ساعت های شفاف و پس از تصحیح فقط مهر زمان PTP را ارسال می کنند. تصحیح زمان اجرا با استفاده از الگوریتم های محاسباتی پیچیده تضمین می شود. بنابراین اینطور نیست که یک رویه با دیگری جایگزین شود پس NTP و PTP دارای تمرکزهای عملکردی متفاوتی هستند، به همین دلیل است که هر دو در آینده مجوز خواهند داشت و در صورت لزوم می توانند به طور موازی در شبکه های کامپیوتری استفاده شوند.

PTP مخفف زمان دقیق پروتکل در استاندارد 1588 IEEEاست. اگر شما از نسخه غیر انگلیسی ما بازدید می کنید و می خواهید نسخه انگلیسی زمان دقیق پروتکل را ببینید، لطفا پایین پایین بروید و معنی زمان دقیق پروتکل را در زبان انگلیسی مشاهده خواهید کرد. به خاطر داشته باشید که مخفف PTP به طور گسترده ای در صنایع مانند بانکداری، محاسبات، آموزشی، امور مالی، دولتی و سلامت استفاده میشود. علاوه بر PTP، زمان دقیق پروتکل ممکن است برای سایر کلمات اختصاری کوتاه باشد. PTP به معنای زمان دقیق پروتکل است. ما مفتخر به لیست مخفف PTP در بزرگترین پایگاه داده اختصارات و کلمات اختصاری هستیم. تصویر زیر یکی از تعاریف PTP را به زبان انگلیسی نشان می دهد: زمان دقیق پروتکل. شما می توانید فایل تصویر را برای چاپ و یا ارسال آن به دوستان خود از طریق ایمیل، فیس بوک، توییتر یا TikTok دانلود کنید.


ویژگی های دقت انتقال زمان پروتکل PTP :
1. قابلیت مشاهده زمان واقعی
2. مدیریت نوسانات بار و تولید را امکان پذیر می کند.
3. نظارت بر زمان واقعی محدودیت های ظرفیت، همراه با ابزار مدیریت بار، فرصتی را برای بهینه سازی شبکه فراهم می کند.
4. سیستم های قدرت برای ایجاد قابلیت های جدید و کاهش احتمال خاموشی نیاز به بروزرسانی تجهیزات دارند چنین توصیه هایی شامل زمان دقیق سیستم است.
5. سیستم SCADA مستلزم ثبت وقایع با دقت یک میکرو ثانیه است چنین دقتی معمولاً با استفاده از NTP بدست نمی آید.



نحوه کار پروتکل PTP

در نظر بگیرید شما هیچگونه اطلاعی از زمان پیرامون خود ندارید و شخصی نامه ای برای شما ارسال می کند و در آن ساعت و تاریخ ارسال نامه را ذکر می کند. وقتی این نامه به شما می رسد هیچگونه اطلاعات مفیدی در اختیارتان نخواهد گذاشت مگر آنکه مدت زمان در راه بودن نامه نیز به شما اطلاع داده شود. در این حالت دقت بیان زمان در راه بودن نامه از اهمیت بالایی برخوردار است چرا که اگر مدت روزهای در راه بودن نامه اعلام شود تنها می توان تاریخ صحیح را بدست آورد و هرچه دقت بالاتر برود به ساعت و دقیقه ارسال نامه نزدیکتر خواهیم شد. در این مثال مدت زمان در راه بودن نامه همان مدت زمان تاخیر بین ارسال پیام از مبدا و دریافت پیام در مقصد است و هرچه مقدار تاخیر با دقت بالاتری بدست بیاید زمان تنظیم شده مبدا دقیق تر خواهد بود.


همگام سازی و مدیریت یک سیستم PTP از طریق تبادل پیام در محیط ارتباطات حاصل می شود. برای این منظور، PTP از انواع پیام های زیر استفاده می کند:
1. پیام های Sync ،Follow_Up ،Delay_Req و Delay_Resp توسط ساعت های مرزی مورد استفاده قرار می گیرند و اطلاعات مربوط به زمان را که برای همگام سازی ساعت ها در شبکه استفاده می شود، ابلاغ می کنند.
2. تأخیر در رسانه ارتباطی تا بتواند توسط سیستم جبران شود. ساعتهای شفاف و این پیامهای مرتبط با آنها در IEEE 1588-2002 در دسترس نیست.
3. پیام های اعلام شده توسط بهترین الگوریتم ساعت اصلی در IEEE 1588-2008 برای ایجاد سلسله مراتب ساعت استفاده می شود.
4. پیام های مدیریتی توسط مدیریت شبکه برای نظارت، پیکربندی و نگهداری سیستم PTP استفاده می شود. بین ساعتها پیام های سیگنالینگ در IEEE 1588-2008 معرفی شدند.


پروتکل PTP از طریق ارسال رفت و برگشتی نوعی از پیام های زمانی با نام event message کار می کند. محاسبه Round Trip Delay یا زمان رفت و برگشت از این طریق راحت است و زمان رسیدن پیام از طریق نصف کردن این عدد محاسبه می شود. این نکته یکی از اصلی ترین نقاط ضعف این پروتکل است چرا که فرض می شود زمان رفت و برگشت پیام های بین مبدا یکی است. در عمل زمان رفت با برگشت عموما دارای تفاوت است و همین موضوع ممکن است باعث کاهش دقت زمان اعلام شده به ساعت زیرمجموعه شود. پروتکل PTP در گذر زمان تکامل یافته است و IEEE 1588 در حال حاضر در حال بازنگری برای بهبود کارایی این پروتکل و تناسب آن با صنایعی همچون تلکام و توزیع انرژی و حوزه های علمی و صنعتی است. چیزی که مشخص است اینست که این پروتکل در آینده به عنوان روش اصلی توزیع زمان در شبکه، آینده روشنی خواهد داشت.

سه تکنیک اصلی توسط پروتکل PTP برای کم کردن خطا استفاده می شود:
1. Hardware timestamping : این تکنیک به طور دقیق زمانی که event messageها از سخت افزار عبور می کنند را محاسبه می کند تا به این ترتیب تاخیر نرم افزاری حاصل از شناخت و پردازش پیام ها از معادله حذف گردد.
2. Boundary Clocks : این تکنیک زمان تاخیر در برخی از نقاط شبکه را بازیابی می کند و بر اساس آن زمان اصلاح شده را با پیام هایی جدید مخابره می کند. این ساعت ها عمدتا در روتر و سوییچ ها وجود دارند و خطاهای زمانی رخ داده در شبکه را کاهش می دهند.
3. Transparent Clocks : این ساعت ها نیز عموما در روتر و سوییچ ها مشاهده می شوند اما به جای بازیابی زمان و ارسال مجدد آن، تنها زمان عبور پیام از روتر یا سوییچ ثبت می گردد. زمانیکه پیام به ساعت مقصد یا همان Slave Clock می رسد، شامل اطلاعاتی راجب به تاخیر رخ داده در شبکه نیز هست که به محاسبه زمان دقیق کمک می کند.