Zeit ist in verteilten Multi Sensor Systemen eine immens bedeutende und diffizile Angelegenheit.
Vom erstellten Signal zur Speicherung durchläuft das Datenpaket mit den Messwerten mehrere Softwareblöcke und Systeme, wie Messadapter oder Ethernet Switches. Dabei kommt es zu Ausbreitungs- und Übertragungsverzögerungen (z.B. Store and Forward) und prozessbedingten zeitlichen Taktzittern (Jitter).
Durch diese Phänomene werden die gesammelten Messdaten nicht chronologisch in Bezug auf ihre Entstehung an der Daten Recorder Einheit, die für Aufzeichnung und Speicherung zuständig ist, ankommen und verarbeitet werden.
Eine exakte zeitliche Korrelation der Datenpakete bildet jedoch die Basis für eine aussagekräftige Fusion von Sensorwerten. Ohne sie werden die Werte fehlerhaft zugeordnet und können ein System in ihrem kompletten Modell nicht abbilden. Eine belastbare und sichere Aussage über einen Messwert hinaus ist somit nicht möglich.
Um oben genannte Effekte auszugleichen ist es wichtig, jegliches Daten-Paket mit dem Zeitstempel der Entstehung zu versehen, um sie später zuordnen zu können. Dabei ist darauf zu achten, dass der Zeitstempel möglichst früh an das Datenpaket angebracht wird um Übertragungsverzögerungen gleich mit betrachten zu können.
Beachtet man die einzelnen Zeitstempel und die zugrundeliegende Uhrzeit, so müssen die Uhren im kompletten System auf einer Zeitbasis laufen und laufend synchronisiert werden, um eine Zeitdomäne zu bilden.
Dies bildet die Basis für anspruchsvolle sicherheitskritische Anwendungen und bietet die Basis für eine Sicherheits Zertifizierung dieses Multi Sensor Systems.
Konkret bietet b-plus mit XTSS eine weitreichend konfigurierbare, plug and play fähig
und vor allem hochgenaue Zeitsynchronisierungslösung in der AVETO Toolbox.
Dieser Service bietet die Synchronisierung über Ethernet basierend auf gPTP (IEEE 802.1AS-2020) und PTP (IEEE1588v2).
Mit diesem Service werden Uhren der Schnittstellen einer Messtechnikplattform über Hardware Mechanismen synchronisiert.
Die Working Clock Domain liefert die Zeitbasis für die Messtechnik und Synchronisationsaufgaben und nutzt Hardware Strukturen in den AVETO Plattformen optimal. Zusätzlich wird gPTP (IEEE 802.1AS) zur Synchronisation über Ethernet basierte Netzwerkverbindungen genutzt. Sie integriert sich zusätzlich in die Domain 1, definiert im Standard IEEE 802.1AS-2020. Die Uhrzeit dieser Domäne läuft interferenzfrei von globalen Einflüssen, wie z.B. einer GPS-Synchronisation.
Die TAI-Uhr (Internationale Atomzeit) wird als externe Referenz zu Ereignissen im erweiterten Systemverbund in der AVETO Toolbox berücksichtigt. Diese wird über gPTP(IEEE802.1AS) oder optional über PTP (IEEE1588v2) synchronisiert. Die zeitliche Zuordnung der erfassten Messdaten kann über die TAI-Uhr möglich sein. Dabei wird diese Domäne für eine globale zeitliche Korrelation von Messdaten verwendet.
Die erste Uhrenart ist die Grandmaster Clock, die Hauptquelle der Zeit in einem Netzwerk. Von dieser aus wird die Zeit verteilt.
Uhren in PTP und gPTP arbeiten mit dem Best Master Clock Algorithmus (BMCA). Dieser Algorithmus ermittelt automatisch die beste Uhr im Netzwerk, bestimmt sie als Master Clock und verteilt sie dementsprechend an die anderen Uhren, die als Slave Clocks fungieren. Innerhalb von Geräten können Master und Slave pro Ethernet Port vorkommen.
Ordinary Clock ist mit der Rolle Master entweder die Quelle oder mit der Rolle Slave der Empfänger der Zeit, nicht aber beides. Diese Uhren synchronisieren sich direkt.
Die Verteilung der Zeit über verschiedenen Komponenten hinweg läuft über Boundary und Transparent Clocks.
Eine Boundary Clock ist eine Uhr, die die Zeitinformation über eine Netzwerk-Grenze hinweg transportiert. Sie ist beides: eine Master und Slave Clock.
Sie nimmt die Zeitinformation, passt sie der Verzögerung an und kreiert ein neues Master Zeitsignal, das sie wieder verteilt.
Sie kann zwischen Signaltypen übersetzen und mehrere Sub-Netzwerke verwalten. Diese Eigenschaften fehlen der Transparent Clock.
Eine Transparent Clock (PTP) ist ein Feature, das von Switches genutzt wird um die Paketverzögerung zu messen, die durch diese verursacht werden. Dieses Feature stempelt die Zeitverzögerung des Durchlaufs im Switch ins Paket um sie an die Slave Knoten zu verteilen. Die Transparent Clock organisiert auch die Reihenfolge der Pakete aus mehreren Quellen. Wenn ein Ausgang beschäftigt ist, dann wird zudem die Zeitinformation von der Ankunft am Switch bis zum Versand am Switch eingestempelt.
Wir unterstützen mit XTSS in unseren Building Blocks in AVETO ein weitreichend konfigurierbares,
Plug and Play fähigen und sehr akkurates Timing Konzept – Ideal für jede Messtechnische Anwendung und beste Datenqualität.
| XTSS Feature | USB Dongle for 3rd Party Hardware | i210 PCIe x1 Set | IP Core FPGA | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PTSS – Innerhalb der Plattform Hardware synchronisierte Uhren | |||||||||||
| PTSS | X Nur mit DATALynx und BRICK-Familien | X | X | X | |||||||
| CTSS – über Ethernet synchronisierte Uhren | |||||||||||
| Ordinary Clock (Master/Slave) | X | X | X | X | X | X (SW basiert IEEE 1588v2) | X | X | |||
| Ordinary Clock Slave Only | X | X | X | ||||||||
| Boundary Clock | X | X | X | X | X | X (SW basiert IEEE 1588v2) | X | ||||
| Transparent Clock | X (IEEE 1588v2) | ||||||||||
| TAI Time Source | X (GPS) | X (GPS) | X (GPS) | ||||||||
Ergänzend zu der Synchronisation von Uhren, unterstützen wir zusätzlich, die Datenpakete beim Empfang zeitzustempeln.
Wir bieten hochgenaue über Hardwarepuls synchronisierte Zeitstempel für den Empfang.
| Produkt | Schnittstellen mit Empfangszeitstempel |
|---|---|
| BRICKplus | 5x 1 Gbit Ethernet |
| BRICK2 | 6x 10Gbit Ethernet 3x 1Gbit Ethernet 1x PPS Ausgang (NMEA) |
| BRICK Add-On BMC ETH6000 | 6x 1Gbit Ethernet |
| DATALynx Add-on XTSS + PCIe mit b-plus QX550 | DATALynx Add-on XTSS + PCIe mit b-plus QX550 |