PTP โปรโตคอลทำงานอย่างไร? How does PTP work?
PTP โปรโตคอล หรือ Precision Time Protocol (PTP) ทำงานผ่านชุดการแลกเปลี่ยนข้อความ หรืออาศัยการแลกเปลี่ยน Message โดยจะมีการคำนวณค่าการหน่วงเวลาในเครือข่ายหรือเส้นทางที่มีการส่ง Message เพื่อซิงโครไนซ์นาฬิกา Clock ผ่านเครือข่าย Elproma และ เทคซอร์ส กรุ๊ปส์ ผู้ผลิตและผู้เชี่ยวชาญด้านการอ้างอิงเวลาในระบบเครือข่าย ขอสรุปภาพรวมวิธีการทำงานของ PTP ไว้ดังนี้
- Clock Roles บทบาทของนาฬิกา
- Clock Selection การเลือกนาฬิกา
- Message Exchanges การแลกเปลี่ยนข้อความ
- Clock Adjustment การปรับนาฬิกา
1. Clock Roles หรือ บทบาทของนาฬิกาใน PTP โปรโตคอล
Clock Roles หรือ บทบาทของนาฬิกาใน PTP โปรโตคอล จะมีอยู่ด้วยกัน 4 บทบาท
- Master Clock (MCLK) นาฬิกาหลัก ภายในเครือข่าย ซึ่งคอยทำหน้าที่เป็นตัวให้เวลาอ้างอิงกับนาฬิกาเครื่องอื่นๆ
- Slave Clock (SCLK) นาฬิการอง ภายในเครือข่าย ซึ่งจะมีหน้าที่ซิงโครไนซ์เวลากับนาฬิกาหลัก Master Clock
- Boundary Clock ภายในเครือข่าย ซึ่งจะมีหน้าที่ 2 ขา ขาที่หนึ่ง เพื่อซิงโครไนซ์นาฬิกาตัวเองกับนาฬิกาหลัก Master Clock และขาที่สอง จะทำหน้าที่เป็นนาฬิกาหลัก Master Clock เพื่อให้เวลากับอุปกรณ์อื่นอีกที
- Transparent Clock ภายในเครือข่าย ซึ่งจะมีหน้าที่ส่งต่อข้อความ PTP และแก้ไขเวลาให้ถูกต้องโดยอาศัยค่า Delay ที่เกิดขึ้นขณะส่งผ่านอุปกรณ์ไปยังอุปกรณ์ปลายทาง
2. Clock Selection การเลือกนาฬิกาในเครือข่าย
Clock Selection การเลือกนาฬิกาในเครือข่ายว่าจะทำหน้าที่บทบาทอะไรภายในเครือข่ายนั้น จะใช้อัลกอริธึม (Best Master Clock Algorithm BMCA) โดยอัลกอริธึมนี้ใช้เพื่อเลือกนาฬิกาหลัก Master Clock ที่ดีที่สุดโดยพิจารณาจากโดยใช้เกณฑ์ต่างๆ เช่น คุณภาพนาฬิกา ความเสถียร และลำดับความสำคัญ ซื่งเมื่อได้ Master Clock แล้ว นาฬิกาตัวอื่นๆ ทั้งหมดในเครือข่ายจะกลายเป็น Slave Clock ของมันทันที
3. Message Exchanges การแลกเปลี่ยนข้อความ
Message Exchanges การแลกเปลี่ยนข้อความ ระหว่าง Master Clock และ Slave Clock ในเครือข่าย จะมีการบันทึกเวลา timestamp ลงไปทั้งหมด 4 เวลา คือ t1-t4 โดยการทำ time timestamp แต่ละครั้ง จะเกิดขึ้นในแต่ละการส่งข้อความต่างๆ ดังนี้
- Sync Message ซิงค์ข้อความ ข้อความนี้ จะเริ่มจาก Master Clock (MCLK) จะส่ง Sync Message ไปยัง Slave Clock (SCLK) เป็นระยะ โดย Sync Message นี้มีการบันทึกเวลา timestamp เป็น (t1) เมื่อมีการส่งข้อความออกไปจากตัว Master Clock และเมื่อ Sync Message มาถึงตัว Slave Clock (SCLK) ก็จะมีการบันทึกเวลา timestamp เป็น (t2) ที่ตัว SCLK
- Follow-Up Message ข้อความติดตามผล เป็นการส่งจาก Master Clock (MCLK) ไปยัง Slave Clock (SCLK)
- Delay Request Message เป็นการส่งจาก Slave Clock (SCLK) ไปยัง Master Clock (MCLK) และมีการบันทึกเวลา timestamp เป็น (t3) เมื่อมีการส่งข้อความออกไปจากตัว Slave Clock (SCLK)
- Delay Response Message เป็นการส่งจาก Master Clock (MCLK) ไปยัง Slave Clock (SCLK) และมีการบันทึกเวลา timestamp เป็น (t4) เมื่อมีการส่งข้อความออกไปจากตัว Master Clock (MCLK) กลับไปยัง Master Clock (MCLK)
Follow-Up Message ข้อความติดตามผลและ Delay Response Message ข้อความตอบกลับล่าช้านั้น ถูกใช้เพื่อขนส่งข้อมูล timestamp record infomation ที่ MCLK ไปยัง SCLK ข้อมูลดังกล่าวใช้เพื่อปรับเวลาของนาฬิกาที่ตัว SCLK โดยเมื่อสิ้นสุดการแลกเปลี่ยนข้อความเหล่านี้ก็จะได้ค่า t1-t4 เรียบร้อย ตัว SCLK ก็สามารถคำนวณออฟเซ็ต Offset และ Delay ของนาฬิกาของตัวเองเมื่อเทียบกับ MCLK ได้โดยใช้สูตรเฉลี่ยความล่าช้าได้ดังนี้
Offset = (t2 + t3 – t1 – t4) / 2
Delay = ((t4 – t1) – (t3 – t2)) / 2
4. Clock Adjustment การปรับนาฬิกา
Clock Adjustment การปรับนาฬิกา ตัว Slave Clock (SCLK) จะใช้ค่า Offset และค่า Delay ที่คำนวณได้มาปรับปรุงค่านาฬิกาของตัวเอง เพื่อให้แน่ใจว่า SCLK จะซิงโครไนซ์กับ MCLK
ในการ Synchonization Time โดยใช้โปรโตคอล PTP ระหว่างอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็น Master clock และ Slave Clock จะเกิดกระบวนการส่งข้อความ Sync Message, Follow-Up Message, Delay Request Message และ Delay Response Message แบบซ้ำๆ เป็นระยะเพื่อรักษาการซิงโครไนซ์ไว้ Transparent Clock จะคอยช่วยปรับค่า Delay Time (network delay) ที่เกิดขึ้นภายในตัวเองลงในตัวข้อความ Message เพื่อให้มั่นใตได้ว่าตัว Slave Clock ในเครือข่ายจะได้เวลาที่ถูกต้องเสมอ โดยเวลาที่ SCLK ก็จะสามารถแสดงได้ดังนี้ slave time = master time + network delay
สุดท้าย สำหรับการใช้งาน PTP Protocol นั้น จะมีกระบวนการกำหนดการหาค่า Network Delay Mechanism ซึ่งโดยปกติแล้วจะมี อยู่ 2 วิธี คือ แบบ E2E และแบบ P2P โดยที่ยกตัวอย่างการหาค่า offset และ delay ในข้างต้น เป็นการหาค่าแบบ E2E ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันในทางปฎิบัติ ถึงแม่ว่าแบบ P2P จะให้ใช้วิธีหาค่าที่แม่นยำกว่าแบบ E2E โดย Elproma รุ่น NTS-4000 และ NTS-5000 ซึ่งรองรับโปรโตคอล PTP ตามมาตรฐาน IEEE 1588 และสามารถทำ timestamp ได้ทั้งแบบ software และ hardware รวมถึงกระบวนการหาค่าหน่วงเวลา ที่สามารถเลือกได้ทั้งแบบ P2P หรือ E2E
