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Broadcast Environment - PTP Transparent VS Boundary Clock

Questo documento spiega la differenza tra Transparent Clock e Boundary Clock. Spiega anche che il Boundary Clock consente maggiore scalabilità rispetto al Transparent Clock.

PTP: Transparent versus boundary clock in Broadcast Environment.

Introduzione

La prima sezione spiega in breve le funzionalità PTP (precision time protocol), ST 2059-1 e ST 2059-2, PTP BC e PTP TC. La seonda mostra lo schema di clock del centro di broadcast IP e indica il miglior clock PTP.

PTP precision time protocol

Il protocollo PTP è definito all'interno di IEEE-1588. È un algoritmo che sincronizza le periferiche sulla rete con un riferimento temporale accurato e coerente. Prima di PTP, il protocollo di rete utilizzato era NTP che consentiva la sincronizzazione dei sistemi con un' accuratezza al millisecondo rispetto a (UTC). Se questa precisione si è dimostrata sufficiente per il trasferimento di informazioni di base di giorno e ora, non è più sufficiente per applicazioni in tempo reale come streaming audio e video. Per migliorare la precisione, consentendo alle applicazioni che lavorano in real time di utilizzare la rete Ethernet, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ha definito il protocollo PTP.

Il metodo è semplice.

Un clock ad alta precisione, chiamato PTP Grandmaster o Masterclock, tramette messaggi di sync PTP via UDP (User Datagram Protocol). I client PTP riceveranno i messaggi di sync con il tempo (t1). Se il timestamp hardware non viene fornito dal Master PTP, un messaggio Follow_Up verrà inviato per fornire l'ora in cui è stato inviato il messaggio di sync (t1). Lo slave ptp memorizza l'ora in cui riceve il messaggio di Sync (t2). Dopo aver ricevuto il messaggio di Sync, il ptp slave invia un messaggio Delay_Request al master clock (t3). Il Master Clock risponde infine con un messaggio Delay_Response (t4). Grazie a questi quattro timestamp, il dispositivo slaveptp può stimare il ritardo di propagazione e calcolare il proprio offset dal master ptp.

TRANSPARENT CLOCK

Il Transparentclock trasmetterà i messaggi PTP Sync, Follow_Up e Delay_Resp del master a tutti i nodi ptp. Il master PTP di solito può rispondere ad un numero limitato di slave ptp. Quando questo numero diventa troppo grande, il PTP Master Clock inizia ad essere sovraccaricato dal numero di messaggi. La rete inizia a congestionarsi e la trasmissione dei pacchetti attraverso la rete può essere soggetta a ritardi, che a loro volta diventano causa di imprecisione nella sincronizzazione dell'ora. Il transparent clock gestisce i messaggi PTP per rimuovere il delay introdotto dalla propria elaborazione e quindi compensa i ritardi nella messaggistica PTP.

In un'architettura Spine Leaf, la parte superiore degli switch rack può gestire il ritardo all'interno dei pacchetti PTP (aggiungendo un campo di correzione "correction fields" nei messaggi di sync PTP).

BOUNDARY CLOCK

Gli switch boundary clock dispongono delle funzionalità di un master clock PTP integrato. Lo switch diventerà Master ptp per i dispositivi endpoint collegati al di sotto. Per stabilità, lo switch deve essere slave di un dispositivo PTP Grand Master. Il boundaryclock assicura che il Master PTP non sia sollecitato eccessivamente e questo migliorerà notevolmente l'accuratezza del PTP e la scalabilità del sistema.

TIMING SIGNALS GENERATION IN IP MEDIA

Una volta che lo slave ha calcolato la differenza di orario con il Master, è sincronizzato submicrosecondo rispetto a UTC. Ma la sincronizzazione temporale è solo il primo passo. Il secondo passo è usare questo tempo accurato e preciso per ricavare i segnali di riferimento di sincronizzazione necessari ai dispositivi audio / video ST 2110

La Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) ha deciso di creare gli standard ST 2059-1 e ST 2059-2. ST 2059-1 ha definito un metodo per derivare sincronismo audio e video allineati in fase da PTP. La ST 2059-2 ha definito un profilo IEEE-1588 adatto ai requisiti audio e video. Dal conteggio dei ticks PTP, gli slave ptp trovano esattamente gli impulsi orizzontali e verticali per allineare il video al video reference. È anche possibile estrarre il clock distinato all'audio e generare Digial Audio Reference (DARS), se necessario.

IP BROADCAST ENVIRONMENT CLOCKING

In un ambiente di trasmissione SDI, la sincronizzazione è fondamentale. Non è diverso in ambiente broadcast su IP; il tempismo è importante per sincronizzare gli endpoint. Il PTP è già utilizzato da varie industrie come finance, data center, IT e molti altri e quindi rappresenta una scelta ovvia da riutilizzare per la trasmissione. Dal punto di vista del nostro settore, PTP è obbligatorio e pertanto è ora definito nello standard ST 2110-10 per il trasporto di audio, video e metadati.

CONCLUSION

Infine, i sistemi che operano come client PTP funzioneranno in entrambi le configurazioni, sia con switch transparent clock che con switch boundary clock. Ma per ottenere maggiori scalabilità, precisione e accuratezza, è consigliato utilizzare BC rispetto a TC.

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