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Implementare PTP - SMPTE

Nel settore broadcast e studi tv è in corso una discussione su come mantenere coerente il timecode e il sincronismo / genlock tra sistemi e dispositivi nelle strutture e sul campo. 

Mentre la transizione verso IP procede, è necessario mantenere i sistemi esistenti gestiti da genlock e sincronizzazione su tutti i livelli. Tuttavia IP non supporta nessuna delle tecnologie precedenti e quindi bisogna utilizzare ptp - precision time protocolPTP genera un livello di traffico di rete non trascurabile che a fronte di configurazioni sbagliate può causare la congestione del traffico. Una delle considerazioni di progettazione PTP da considerare è il numero di dispositivi PTP che qualsiasi clock / switch è in grado di gestire. Solo perché ci sono porte aperte non significa che il clock PTP possa supportare il numero di slave PTP.

La suite standard SMPTE ST 2110 include ST 2110 -10 alias Precision Time Protocol o PTP. PTP conosciuto in precedenza come IEEE 1588 e ora conosciuto nel mondo broadcast come SMPTE 2059-1SMPTE 2059-2. Poi è stato rinominato per diventare un componente della famiglia SMPTE ST 2110 e ora è conosciuto come ST 2110-10. Ci sono molti articoli che discutono le configurazioni ptp in diversi settori e che elencano i vantaggi nell'utilizzo del PTP rispetto a NTP (Network Time Protocol) e le caratteristiche di PTP Grandmaster e PTP slave.

IEEE1588 PTP

Sebbene ormai ampiamente utilizzate, le informazioni e le linee guida necessarie per implementare PTP su una rete IP con il resto dell'essenza SMPTE ST 2110 e NMOS sono ancora un po 'un "progetto sperimentale".

ST 2110-10 è generato da un grandmaster clock esterno allo switch principale, in modo simile a come genlock viene generato da un generatore di sincronizzazione master. Genlock è distribuito in tutta la struttura e ogni dispositivo terminale è "sincronizzato" al generatore principale, regolando la latenza e allineando tutti i segnali con un alto grado di precisione per garantire una commutazione senza interruzioni. PTP esegue lo stesso livello di sincronizzazione solo in un modo leggermente diverso.

Nel nuovo ordine mondiale di ST 2110 - video e audio IP, anche la topologia e il design di rete si sono evoluti. PTP introduce PTP grandmaster, da non confondere con un normale vecchio master clock. PTP utilizza una combinazione di ordinary, transparent e boundary clock, componenti presenti all'interno della catena IP.
Il grandmaster ptp tramette i pacchetti sulla rete. Come genlock ha limitazioni di distribuzione senza re-clocking o rigenerazione, esistono delle limitazioni sulla propagazione PTP che richiedono anche il re-clocking.

È qui che la topologia della rete e il tessuto di commutazione svolgono un ruolo significativo. PTP è parte integrante della rete e utilizza un meccanismo basato su master/slave per mantenere l'accuratezza necessaria. La topologia di rete è sorprendentemente familiare a quanto richiesto da NMOS. La topologia di rete deve supportare l'accuratezza dei dati di sincronizzazione. Una delle evoluzioni nella progettazione della rete per supportare le prestazioni a bassa latenza era trovare modi migliori per controllare il routing del traffico di rete. Spanning tree, spanning tree rapido e bridging del percorso più breve sono protocolli tipicamente utilizzati nella progettazione della rete per ridurre la latenza e dare priorità al traffico. La topologia Spine Leaf sostituisce la necessità di questi protocolli.

Ora, definiamo alcuni termini chiave e componenti di sistema.

PTP Grandmaster Clock

PTP Grandmaster Clock è l'equivalente del master sync generator per la rete IP. E' un dispositivo esterno che si collega al core router di rete. Il grandmaster utilizza un segnale GPS o altri riferimenti di tempo simili e accurati. L'uso del grandmaster genera una sincronizzazione estremamente precisa, nano-secondo, che alimenta la rete IP.

Ordinary Master Clock

Ordinary Master Clock è un componente attivo nel core router o switch principale ed è il primo punto di ingresso del PTP sulla rete. Riceve i pacchetti orari dal grandmaster e li diffonde attraverso la rete agli altri switch. Talvolta vengono utilizzati come nodi finali su qualsiasi rete connessa a dispositivi che richiedono la sincronizzazione.

Transparent Clock

Il transparent clock è un componente di uno switch di rete. Il TC misura e regola il ritardo del pacchetto, la latenza o l'errore di temporizzazione. Lo switch TC è trasparente tra master e slave su una rete distribuita. Semplicemente trasmette la sincronizzazione PTP del master. Il master clock PTP può supportare un numero limitato di slave ptp.

Boundary Clock

Lo switch BC ha le caratteristiche di un master clock PTP. Può agire sia come master che come slave. Il BC deve essere slave di una Grandmaster PTP e funzionerà da master clock per i dispositivi endpoint ad esso collegati. Lo switch boundary clock garantisce che i master clock PTP non siano sovraccarichi. Ciò migliora notevolmente la precisione del PTP e consente maggiore scalabilità del sistema riducendo il numero di hop tra il master e gli slave.

Ci sono alcune nuove considerazioni sulla progettazione della rete necessarie per implementare PTP. Fortunatamente NMOS ha gli stessi requisiti. L'introduzione di SMPTE ST 2110 porta una nuova topologia di rete chiamata Leaf Spine, necessaria per supportare sia PTP che NMOS. Leaf Spine introduce notevoli benefici, risolve o minimizza problemi di latenza sulla rete.

Ci sono alcune domande sull'implementazione SMPTE ST 2110-10 e su come funziona nell'intero ambiente di trasmissione. Nella maggior parte dei casi l'introduzione di uno studio di produzione IP (ST 2110) sarà un aggiornamento o una sostituzione di uno studio SDI esistente. Ciò significa che c'è ancora un numero significativo di dispositivi che richiedono genlock e timecode. Il risultato è che IEEE1588 deve coesistere non solo con genlock e timecode, ma devono essere completamente allineati e sincronizzati. Genlock e timecode SMPTE sono ancora rilevanti per il contributo e la distribuzione? Se un'unità mobile è full IP con ST 2110 e quindi usa J2K per tornare al centro di trasmissione dove si inserisce PTP? Il camion può essere PTP, il centro di trasmissione può essere PTP ma il link di contributo rimane genlock e timecode.

Ciò richiede un lavoro continuo nella migrazione verso IP degli studi tv.

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