Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 126807 10.20295/1815-588X‑2026-2-503-515 Современные технологии - транспорту HIGH TECHNOLOGIES FOR TRANSPORT Современные технологии - транспорту Simulation Model of the PTP Protocol Operation in E2E Mode Имитационная модель процесса функционирования протокола PTP в режиме E2E Опарин Евгений Валерьевич Oparin Evgeniy Valer'evich onapuh@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0009-0009-5513-9302 Прошин Федор Алексеевич Proshin Fedor A. fedorproshin@gmail.com Опарина Екатерина Владимировна Oparina Ekaterina Vladimirovna sirayaekaterina@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 ЗАО «Институт телекоммуникаций Санкт-Петербург Россия JSC “Institute of Telecommunications” St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 30 06 2026 30 06 2026 23 2 503 515 30 01 2026 04 03 2026 https://atjournal.ru/en/nauka/article/126807/view

Цель: разработать имитационную модель синхронизации часов в соответствии с протоколом точного времени (Precision Time Protocol, PTP), функционирующим в режиме Ent-to-End (E2E). Исследовать влияние вероятностно-временных параметров функционирования сетевых устройств PTP на точность синхронизации. Методы: анализ результатов исследований отечественных и зарубежных авторов и технической документации, имитационное моделирование с применением агентного подхода. Результаты: разработана имитационная модель синхронизации локальной шкалы времени с учетом схемы «точка — точка» с применением прозрачных часов. Получена оценка точности синхронизации в зависимости от вероятностно-временных характеристик влияющих подпроцессов. Теоретическая значимость: разработанная модель позволяет получать оценки достигаемой точности синхронизации при функционировании протокола PTP в режиме E2E в зависимости от характеристик используемых устройств, а также от характеристик каналов связи. Данная модель расширяет теоретическую базу в области синхронизации телекоммуникационных сетей. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы при проектировании относительно небольших пакетных сетей с поддержкой PTP, что актуально в условиях предприятий, внедряющих средства промышленной автоматики, на объектах энергетического комплекса, а также в различных системах управления, включая телекоммуникации. Также разработанные модели могут быть использованы при анализе работоспособности функционирующих локальных сетей для поиска наиболее значимых подпроцессов, которые влияют на качество предоставления услуг пользователям. При необходимости модель может быть в дальнейшем масштабирована для применения на сетях более сложной топологии и стать основой для формирования комплекса моделей синхронизации шкал времени с использованием PTP в различных режимах работы.

Purpose: to develop a simulation model of clock synchronization in accordance with the Precision Time Protocol (PTP) functioning in «End-to-End» (E2E) mode. To investigate the influence of probabilistictemporal parameters of network devices operation on synchronization accuracy. Methods: an analysis of foreign and Russian authors’ works and technical documentation, simulation modeling using an agentbased approach. Results: a simulation model of local time scale synchronization via PTP with transparent clock is developed. An estimation of synchronization accuracy are obtained depending on the influencing subprocesses. Theoretical significance: the developed model makes it possible to obtain the estimation of the achieved synchronization accuracy when PTP is operating in E2E mode depending on the characteristics of the devices that are used, as well as on the characteristics of the communication channels. Practical significance: the obtained results can be used for designing relatively small packet networks with PTP support that is relevant in the context of implementing industrial automation tools at enterprises. The developed models can also be used for analyzing the operability of local area networks functioning to find the most significant subprocesses that affect the provisioned to users quality of service. The model can be further scaled for implementing in networks with more complicated topology and become a basis for complex of synchronization models of PTP working in different modes.

 сетевая синхронизация PTP протокол точного времени E2E частотно-временное обеспечение шкала времени Network synchronization PTP precision time protocol E2E frequency-time provision time scale

IEEE 1588-2019 (07.11.2019). Standard for A Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems. IEEE 1588-2019 (07.11.2019). Standard for A Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems. Waldhauser S., Jaeger B., Helm M. Time Synchronization in Time-Sensitive Networking // Network Architectures and Services. 2020. Pp. 51–56. Waldhauser S., Jaeger B., Helm M. Time Synchronization in Time-Sensitive Networking // Network Architectures and Services. 2020. Pp. 51–56. Dhiman D. C. NextGen Network Synchronization. Springer, 2021. 175 p. Dhiman D. C. NextGen Network Synchronization. Springer, 2021. 175 p. Research on High-accuracy Clock Synchronization Based on IEEE 1588 Protocol / F. Shan [et al.] // 2019 IEEE 7th International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT). 2019. Pp. 343–347. Research on High-accuracy Clock Synchronization Based on IEEE 1588 Protocol / F. Shan [et al.] // 2019 IEEE 7th International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT). 2019. Pp. 343–347. An Enhanced Method for Nanosecond Time Synchronization in IEEE 1588 Precision Time Protocol / F. Li [et al.] // Processes. 2023. Vol. 11 (5). P. 17. An Enhanced Method for Nanosecond Time Synchronization in IEEE 1588 Precision Time Protocol / F. Li [et al.] // Processes. 2023. Vol. 11 (5). P. 17. Novel Re-synchronization Circuit to Enable High-Accuracy PTP Timestamping / C. A. Shao [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2024. P. 9. Novel Re-synchronization Circuit to Enable High-Accuracy PTP Timestamping / C. A. Shao [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2024. P. 9. Рыжков А. В. Частотно-временное обеспечение в сетях электросвязи: учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия — Телеком, 2021. 270 с. Ryzhkov A. V. Chastotno-vremennoe obespechenie v setyah elektrosvyazi: uchebnoe posobie dlya vuzov. M.: Goryachaya liniya — Telekom, 2021. 270 s. Рыжков А. В., Шварц М. Л., Лоховин В. А. Перспективные направления развития систем связи и синхронизации сложных инфраструктурных объектов // T-Comm — Телекоммуникации и Транспорт. 2024. Т. 18, № 11. С. 30–37. Ryzhkov A. V., Shvarc M. L., Lohovin V. A. Perspektivnye napravleniya razvitiya sistem svyazi i sinhronizacii slozhnyh infrastrukturnyh ob'ektov // T-Comm — Telekommunikacii i Transport. 2024. T. 18, № 11. S. 30–37. Рыжков А. В., Шварц М. Л. Пути формирования прецизионной шкалы времени национальной сети связи // T-Comm — Телекоммуникации и Транспорт. 2020. Т. 14, № 2. С. 17–24. Ryzhkov A. V., Shvarc M. L. Puti formirovaniya precizionnoy shkaly vremeni nacional'noy seti svyazi // T-Comm — Telekommunikacii i Transport. 2020. T. 14, № 2. S. 17–24. Опарин Е. В. Функционирование системы частотно-временного обеспечения железнодорожного транспорта в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. М.: РИОР, 2025. 248 с. Oparin E. V. Funkcionirovanie sistemy chastotno-vremennogo obespecheniya zheleznodorozhnogo transporta v usloviyah vozdeystviya destabiliziruyuschih faktorov. M.: RIOR, 2025. 248 s. Мазуренко Д. К. Аспекты построения системы частотно-временной сетевой синхронизации сигналов // T-Comm — Телекоммуникации и Транспорт. 2017. Т. 11, № 8. С. 4–8. Mazurenko D. K. Aspekty postroeniya sistemy chastotno-vremennoy setevoy sinhronizacii signalov // T-Comm — Telekommunikacii i Transport. 2017. T. 11, № 8. S. 4–8. Мазуренко Д. К., Пальцин Д. А., Фень А. С. Эксплуатация оборудования системы синхронизации сигналов в сетях, построенных на технологии коммутации пакетов, и в сетях 5G // Электросвязь. 2022. № 12. С. 14–17. Mazurenko D. K., Pal'cin D. A., Fen' A. S. Ekspluataciya oborudovaniya sistemy sinhronizacii signalov v setyah, postroennyh na tehnologii kommutacii paketov, i v setyah 5G // Elektrosvyaz'. 2022. № 12. S. 14–17. Опыт внедрения систем частотно-временного обеспечения сетей связи / М. Л. Шварц [и др.] // T-Comm — Телекоммуникации и Транспорт. 2022. Т. 16, № 7. С. 21–28. Opyt vnedreniya sistem chastotno-vremennogo obespecheniya setey svyazi / M. L. Shvarc [i dr.] // T-Comm — Telekommunikacii i Transport. 2022. T. 16, № 7. S. 21–28. Прошин, Ф.А., Сторожук М. Н., Сторожук Н. Л. Методы синхронизации в сетях связи // Первая миля — last mile. 2024. № 2 (118). С. 62–69. Proshin, F.A., Storozhuk M. N., Storozhuk N. L. Metody sinhronizacii v setyah svyazi // Pervaya milya — last mile. 2024. № 2 (118). S. 62–69. Бунцев И. А. Создание и реализация имитационных моделей в программной среде AnyLogic. М.: Горячая линия — Телеком, 2016. 154 с. Buncev I. A. Sozdanie i realizaciya imitacionnyh modeley v programmnoy srede AnyLogic. M.: Goryachaya liniya — Telekom, 2016. 154 s.