מערכות סנכרון, שרת זמן: Time Server

בעולם בו אנו חיים כבני אדם, ההתנהלות היומיומית שלנו כפופה לזמנים.
בחיי היום יום שלנו, זמן הוא מושג יסודי בסיסי המתאר רצף של אירועים.
זמן הוא מושג עולמי המחבר בין מדינות שונות, תרבויות, משימות והתחייבויות, בילויים ועוד.

כל דבר בחיים שלנו כפוף לזמן.

עבור מערכות הנדסיות, זמן מוגדר באופן אחר לחלוטין ומיוצג בצורה שונה.
כל מערכת בפני עצמה מוגבלת ליחידות הזמן שלה: תדרים, מתחים, זרמים או קצב קבוע של פולס מסוים.
במאמר זה ננסה לסקור את הדרכים ההנדסיות הקיימות לפנינו לסנכרון זמן.

שרת זמן (Time Server) הוא סוג של שרת רשת המשדר מידע זמן מדויק ללקוחות הרשת שלו, באמצעות פרוטוקול מוגדר.
הוא יכול להיות שרת ייעודי, שמטרתו היחידה היא לספק זמן מדויק.

שרת הזמן זקוק לשעון ייחוס שמגדיר את הזמן האמיתי, כיוון שהוא משתמש בזמן האוניברסלי המתואם (UTC) UTC זמן אוניברסלי מתואם – Coordinated Universal Time הוא שמו של תקן הזמן הבינלאומי והוא זהה ל-GMT (שעון גריניץ'), אשר היה נפוץ כבסיס זמן עולמי. ללא היסט.
זמן אוניברסלי מתואם (UTC) הוא תקן הזמן העיקרי לפיו העולם מווסת שעונים וזמן.

שרת זמן חומרתי מורכב ממקלט (Receiver) GPS/GNSS לקבלת זמן/מיקום מדוייקים מהלוויין, ומתנד (Oscillator) מתנד מתנד הוא רכיב פיזיקלי בעל תדרים מדויקים. קיימים מספר סוגי מתנדים בעלי ערכי דיוק שונים: TCXO, OCXO, Rubidium ועוד. פנימי לשמירה על יציבות ומניעת סחיפת הזמן.

לפעמים, שרת הזמן יכול להיות גם שרת רשת רב-תכליתי, שאליו ניתן להוסיף את פונקציית חלוקת הזמן לפי סוגי פרוטוקולים שונים ומגוונים, בהתאם לדרישות המערכת אותה אנו מעוניינים לסנכרן.

פרוטוקולי שרת זמן \ Time Server Protocols

NTP

Network Time Protocol: הוא הפרוטוקול הנפוץ ביותר לסנכרון זמן ברשת.
זהו פרוטוקול קוד פתוח, שתוכנן במקור על ידי פרופסור דיוויד ל. מילס מאוניברסיטת דלאוור ועדיין מתוחזק על ידו ועל ידי צוות מתנדבים מאז 1985.

PTP / IEEE 1588

Precision Time Protocol: פרוטוקול הזמן המדויק (PTP), כפי שמוגדר בתקן IEEE 1588-2002 (הידוע גם כגרסת PTPv1)
הומצא על ידי ג'ון סי. איידסון מחברת Agilent Technologies.
זהו פרוטוקול זמן המסנכרן שעונים ברחבי רשת מחשבים.
בהשוואה ל-NTP, הוא מתמקד בדיוק שעון גבוה יותר וברשת מקומית. בשנת 2008 שוחרר תקן מתוקן, IEEE 1588-2008 (גרסת PTPv2).
הוא משיג דיוק שעון בטווח של פחות ממיקרו-שניות, מה שהופך אותו למתאים למערכות מדידה ובקרה.
הסיבות לשדרוג בשנת 2008 היו שיפור הדיוק, הדיוק והחוסן שלו.
כדי להשיג דיוק מקסימלי, כל רכיב רשת שנמצא בין השרתים ללקוחות צריך לתמוך ב-PTP, אך זו אינה דרישה מוחלטת להשגת דיוק גבוה יותר.

PPS

Pulse Per Second: אות חשמלי פיזי השולח פולס ("פעימה") מדויק פעם אחת בשנייה.
הוא אינו מציין מה השעה, אלא מסמן בדיוק מתי מתחילה השנייה הבאה.

IRIG

קודי הזמן של IRIG פורמטי IRIG פורמטי ה-IRIG השונים ממוינים לפי סדר אלפביתי כך: IRIG-A, IRIG-B, IRIG-D, IRIG-E, IRIG-G, IRIG-H. פותחו במקור על ידי Inter-Range Instruction Group (IRIG), מועצת מפקדי הטווחים (RCC) של צבא ארה"ב בשנת 1968.
IRIG time codes יכולים לשמש כמעברים ברמת DC (IRIG-DCLS לא מווסתים) המתאימים לחיבור ישיר למערכות דיגיטליות או כצלילי שמע מווסתים באמפליטודה (IRIG-AM) המתאימים להקלטה על גבי קלטת מגנטית.
IRIG time codes הם כלים סטנדרטיים לסנכרון זמן מזה שנים רבות.

10MHz

אות תדר (סינוס או TTL): המשמש כ"שעון פעימות" מרכזי לתיאום התדר והמהירות בין מכשירי מדידה, אלקטרוניקה ותקשורת, ללא קשר לשעה ביום.

ToD

Time of Day: מחרוזת נתונים (לרוב דרך תקשורת טורית כמו RS232) המציינת את השעה, הדקה, השנייה והתאריך המדויקים.
משמשת לרוב בשילוב עם אות ה-PPS כדי לתת את תמונת הזמן המלאה.

SyncE

Synchronous Ethernet :הוא תקן ITU-T לרשתות מחשבים המאפשר העברת אותות שעון דרך השכבה הפיזית של אתרנט.
לאחר מכן ניתן לייחס אות זה לשעון חיצוני.

NMEA

National Marine Electronics Association: פורמט נתונים ותיק שמתקבל ממקלטי GPS (במקור מעולם הספנות והניווט).
פלט טקסטואלי קבוע שמכיל את השעה, התאריך והמיקום הגיאוגרפי דרך חיבור טורי (Serial).

SNTP

Simple Network Time Protocol: הוא יישום פחות מורכב של פרוטוקול זמן הרשת.
הוא משמש באלגוריתמים פשוטים יותר והוא משמש לעתים קרובות במכשירים משובצים כמו מערכות בקרה תעשייתיות וביישומים שבהם אין צורך בדיוק גבוה.

TTL Signal

Transistor-Transistor Logic: גל ריבועי הנע בין שתי רמות מתח המייצגות לוגיקה 0 ו-1.
אות TTL הוא אות דיגיטלי העומד במפרטים של לוגיקת TTL.

שרת זמן ציבורי לעומת שרת זמן פיזי-חומרתי

ההחלטה בין שימוש בשרת זמן ציבורי או בשרת זמן פנימי/ייעודי תלויה בגורמים ופעולות שונות:

זמינות: האם לרשת שלך יש חיבור לאינטרנט?
יציאת UDP 123 לא חסומה היא הכרחית לחלוטין כדי שתוכל להשתמש בשרת זמן ציבורי (חומת אש, DMZ וכו').
אמינות: האם אתה מעדיף לסמוך על מקור זמן ציבורי, שניתן לתפעל אותו בקלות על ידי תוקף, או על החומרה שלך, אשר פחות או יותר חסינה מפני מניפולציה?
מאחר והחומרה מותקנת פיזית בחברה שלך, אתה היחיד שיכול לשלוט בה ושיש לו גישה אליה.
אל תשכח שהיתירות עקב מספר מקורות זמן תבטיח לך קליטת אות זמן קבועה.
אפשרויות התראה: באמצעות שימוש בשרת זמן פנימי יש לך אפשרות לזהות הפרעות קליטה או בעיות אחרות ולקבל התראות באמצעות SNMP או דואר אלקטרוני.
עובדה זו מאפשרת לך לקבל התראות בזמן, כך שיהיה לך מספיק זמן לתקן את ההפרעה שהתרחשה.
שרתי זמן ציבוריים לפעמים אפילו לא ישלחו לך הודעה אם יש הפרעה, ואם כן, יייתכן שזה כבר מאוחר מדי עבורך להגיב בזמן.
דיוק: בהשוואה לשרת זמן ציבורי, זמני האספקה של שרת זמן פנימי יציבים יחסית על ידי שימוש בשרת זמן יחיד או יותר בשרתי זמן ברשת שלכם, מה שבדרך כלל מאפשר דיוק גבוה יותר.
למרות ששרתי זמן ציבוריים משתמשים במנגנוני סינון טובים מאוד כדי להפחית את השפעת ההפרעות, עליכם לבחור בשרת זמן פנימי כדי להיות באתר בטוח.