Проект Белый Кролик

White Rabbit - это название совместного проекта, включающего ЦЕРН , GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research и других партнеров из университетов и промышленности по разработке полностью детерминированной сети на основе Ethernet для передачи данных общего назначения и передачи времени с субнаносекундной точностью . Первоначально он использовался в качестве распределительной сети для контроля и сбора данных на участках ускорителей в ЦЕРНе, а также в проекте GSI Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR). Конструкция оборудования, а также исходный код находятся в открытом доступе. ^[1] Название проекта является ссылкой на Белый Кролик появляется вРоман Льюиса Кэрролла «Приключения Алисы в стране чудес» .

Фокус и цели

White Rabbit обеспечивает точность синхронизации менее наносекунд, которая раньше требовала выделенных жестких систем синхронизации, с гибкостью и модульностью сетей Ethernet в реальном времени . Сеть White Rabbit может использоваться исключительно для обеспечения хронирования и синхронизации в распределенной электронной системе или для обеспечения как синхронизации, так и передачи данных в реальном времени. ^[2]^[3]

Проект White Rabbit фокусируется на:

Субнаносекундная точность : синхронизация более 1000 узлов через оптоволоконные или медные соединения длиной до 10 км.
Гибкость : создает масштабируемую модульную платформу с простой конфигурацией и низкими требованиями к обслуживанию.
Предсказуемость и надежность : обеспечивает детерминированную доставку сообщений с наивысшим приоритетом с использованием класса обслуживания .
Надежность : отсутствие потерь высокоприоритетных управляющих сообщений системного устройства.
Аппаратное и программное обеспечение с открытым исходным кодом : чтобы избежать привязки к поставщику .

Другой особенностью этого проекта является то, что он полностью работает с открытым исходным кодом с доступными аппаратными и программными источниками. ^[4]

Технологии

Для достижения субнаносекундной синхронизации White Rabbit использует синхронный Ethernet (SyncE) для достижения синтонизации ^[5] и протокол точного времени (PTP) IEEE 1588 (1588 ) для передачи времени и модуль для точного измерения разности фаз между эталонными часами и генератором. локальные часы на основе фазочастотных детекторов . ^[3]^[6]

White Rabbit использует протокол точного времени для достижения субнаносекундной точности. Двусторонний обмен сообщениями синхронизации протокола точного времени позволяет точно регулировать фазу и смещение часов. Задержка канала связи точно известна через точные аппаратные временные метки и расчет асимметрии задержки.

Приложения White Rabbit

В CERN White Rabbit использовали новую систему управления цепью инжектора.

В GSI White Rabbit станет системой хронометража комплекса FAIR .

KM3NeT нейтринный телескоп использует Белый Кролик для синхронизации детекторов. ^[7]

EISCAT 3D радар будет использовать Белый Кролик для синхронизации в формовочной сети пучка. ^[8]

Около 6000 узлов детекторов для эксперимента LHAASO ( Large High Altitude Air Shower Observatory ) синхронизированы сетью White Rabbit. ^{[ необходима цитата ]}

По крайней мере, две программы исследования космического микроволнового фона ( обсерватория Саймонса и CMB-S4) рассматривают White Rabbit для определения времени сбора данных и систем управления. ^{[ необходима цитата ]}

Несколько компаний ^[9] начали коммерциализировать White Rabbit для коммерческих приложений, разработав собственное оборудование и программное обеспечение White Rabbit.

Первым элементом белого кролика в проекте белого кролика был «выключатель белого кролика», финансируемый правительством Испании и ЦЕРН , и произведенный Seven Solutions .

В 2015-2016 годах White Rabbit был успешно развернут сервисом № 3 DEMETRA проекта Horizon 2020 и протестирован для распространения Galileo с точным временем UTC с использованием наземного оптоволоконного сервиса. ^[10]

Сеть хронометража White Rabbit

Временная сеть белого кролика состоит из трех важных частей. ^[11]

Протокол точного времени - IEEE1588 или протокол точного времени - это протокол времени, разработанный для обеспечения точности синхронизации в 1 микросекунду или даже меньше, особенно для использования в промышленных сетях и исследовательских лабораториях, где необходима точная синхронизация. Точность субнаносекунд в идеале возможна в сетях PTP, но на практике каналы ведущий-ведомый и ведомый-ведущий могут быть асимметричными, а разрешение временных меток PTP ограничено. Следовательно, получаемая точность синхронизации в сетях PTP ограничена.
Синтонизация уровня I с использованием SyncE. Как и в стандарте SyncE, механизм работы всех узлов на одной частоте работает на уровне физического уровня. Следовательно, это не влияет на передачу данных. Основная идея синтонизации уровня I заключается в том, что часы в сети не работают на определенной частоте, а должны быть привязаны к эталонному стандарту и отслеживаться. Итак, сеть, использующая синтонизацию уровня I, имеет иерархию в сети: есть главный узел, который отправляет информацию о частоте в потоках данных, а все другие узлы в системе извлекают эту информацию из потока данных и имеют цикл фазовой автоподстройки частоты, который заставляет их работать именно с этой частотой. Это устраняет дрожание и дрейф частоты в тактовых генераторах, которые ответственны за смещение.
Измерение фазы. Как объяснялось ранее, частота локального узла регулируется с помощью тактового сигнала, извлеченного из потока данных, отправленного главным узлом. Затем локальный узел отправляет свой локальный тактовый сигнал мастеру. Поскольку локальная и основная тактовые частоты синхронизированы, этот тактовый сигнал является просто задержанной версией главного тактового сигнала. Вычислив фазовый сдвиг между этими двумя сигналами, можно очень точно измерить задержку конкретного канала.

После определения задержки канала ее можно использовать в обычном алгоритме PTP для достижения очень высокой точности.

Компонентами сети White Rabbit являются многопортовые коммутаторы White Rabbit и одно- или двухпортовые узлы White Rabbit. Оба компонента могут динамически добавляться в сеть. Длина кабеля и другие факторы задержки автоматически компенсируются алгоритмами протокола точного времени. Хотя обычные устройства Gigabit Ethernet также могут быть подключены, только устройства White Rabbit принимают участие в синхронизации сети и синхронизации.

использованная литература

^ "Обзор Белого Кролика" . Проверено 18 июля 2013 .
^ "Проект Белый Кролик" (PDF) . 2009 . Проверено 18 июля 2013 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ a b Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовски, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (октябрь 2009 г.). «Белый кролик: субнаносекундное распределение времени по Ethernet». 2009 Международный симпозиум по точной тактовой синхронизации для измерения, управления и связи . С. 1–5. DOI : 10.1109 / ISPCS.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8.
^ Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовски, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (2009). «Белый кролик: субнаносекундное распределение времени по сети Ethernet». 2009 Международный симпозиум по точной тактовой синхронизации для измерения, управления и связи . С. 1–5. DOI : 10.1109 / ispcs.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8.
^ wikt: синтез
^ Монолитные цепи фазовой автоподстройки частоты и схемы восстановления тактовой частоты: теория и проектирование . Разави, Бехзад. Нью-Йорк: IEEE Press. 1996. ISBN 9780470545331. OCLC 557450248 .CS1 maint: другие ( ссылка )
^ «KM3NeT - Он-лайн управление детектором и сбор данных» . Проверено 20 января 2016 .
^ «Техническая спецификация для блока импульсного и рулевого управления» (PDF) . 2018 . Проверено 25 ноября 2018 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ "Открытые репозитарии оборудования" . Проверено 18 июля 2013 .
^ «DEMETRA - Демонстратор услуг EGNSS, основанных на архитектуре привязки ко времени» . Проверено 19 февраля 2019 .
^ Dierikx, Эрик Ф .; Валлин, Андерс Э .; Форделл, Томас; Мииры, Яни; Копонен, Петри; Меримаа, Микко; Pinkert, Tjeerd J .; Koelemeij, Jeroen CJ; Пик, Хенк З. (2016). "Протокол точного времени White Rabbit на оптоволоконных линиях дальней связи". IEEE Transactions по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты . 63 (7): 945–952. DOI : 10.1109 / TUFFC.2016.2518122 . ISSN 0885-3010 . PMID 26780791 .

внешние ссылки

Официальный веб-сайт
Учебник Белого Кролика
ION / PTTI 2011 - первый доклад ELPROMA и CERN
Решение White Rabbit

[White_Rabbit@OHWR-1] "Обзор Белого Кролика" . Проверено 18 июля 2013 .

[The_White_Rabbit_Project-2] "Проект Белый Кролик" (PDF) . 2009 . Проверено 18 июля 2013 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[Sub-nanosecond_timing_distribution_over_Ethernet-3] Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовски, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (октябрь 2009 г.). «Белый кролик: субнаносекундное распределение времени по Ethernet». 2009 Международный симпозиум по точной тактовой синхронизации для измерения, управления и связи . С. 1–5. DOI : 10.1109 / ISPCS.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8.

[4] Морейра, Педро; Серрано, Хавьер; Влостовски, Томаш; Лошмидт, Патрик; Гадерер, Георг (2009). «Белый кролик: субнаносекундное распределение времени по сети Ethernet». 2009 Международный симпозиум по точной тактовой синхронизации для измерения, управления и связи . С. 1–5. DOI : 10.1109 / ispcs.2009.5340196 . ISBN 978-1-4244-4391-8.

[Syntonization-5] wikt: синтез

[6] Монолитные цепи фазовой автоподстройки частоты и схемы восстановления тактовой частоты: теория и проектирование . Разави, Бехзад. Нью-Йорк: IEEE Press. 1996. ISBN 9780470545331. OCLC 557450248 .CS1 maint: другие ( ссылка )

[detector_control@KM3NeT-7] «KM3NeT - Он-лайн управление детектором и сбор данных» . Проверено 20 января 2016 .

[Technical_Specification_for_Pulse_and_Steering_Control_Unit-8] «Техническая спецификация для блока импульсного и рулевого управления» (PDF) . 2018 . Проверено 25 ноября 2018 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[WR_Companies-9] "Открытые репозитарии оборудования" . Проверено 18 июля 2013 .

[DEMETRA-10] «DEMETRA - Демонстратор услуг EGNSS, основанных на архитектуре привязки ко времени» . Проверено 19 февраля 2019 .

[11] Dierikx, Эрик Ф .; Валлин, Андерс Э .; Форделл, Томас; Мииры, Яни; Копонен, Петри; Меримаа, Микко; Pinkert, Tjeerd J .; Koelemeij, Jeroen CJ; Пик, Хенк З. (2016). "Протокол точного времени White Rabbit на оптоволоконных линиях дальней связи". IEEE Transactions по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты . 63 (7): 945–952. DOI : 10.1109 / TUFFC.2016.2518122 . ISSN 0885-3010 . PMID 26780791 .

[1]