Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 92914 10.20295/1815-588X-2024-04-981-992 Современные технологии - транспорту HIGH TECHNOLOGIES FOR TRANSPORT Современные технологии - транспорту Modeling of local time scale synchronization through optical transport network nodes Моделирование процесса привязки локальной шкалы времени через узлы оптической транспортной сети https://orcid.org/0009-0009-5513-9302 Прошин Федор Алексеевич Proshin Fedor A. fedorproshin@gmail.com Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation 27 12 2024 27 12 2024 21 4 981 992 26 12 2024 https://atjournal.ru/en/nauka/article/92914/view

Цель: разработать имитационную модель процесса привязки локальной шкалы времени на узле телекоммуникационной сети с использованием протокола точного времени (Precision Time Protocol, PTP) при передаче пакетов через узлы оптической транспортной сети (Optical Transport Network, OTN). Сформировать последовательность этапов периодической подстройки локального источника времени с учетом дрейфа локальных часов. Получить вероятностно-временные характеристики процесса привязки и оценить достигаемую точность привязки. Сформулировать предложения по повышению точности с учетом выявленных характеристик и путем использования более эффективных механизмов передачи сигналов синхронизации. Методы: сравнение действующих и перспективных механизмов передачи сигналов синхронизации на уровне OTN на основании нормативной документации, анализ технической документации и экспериментальных данных с целью формирования исходных данных для моделирования, имитационное моделирование с использованием мультиагентного подхода. Результаты: разработана имитационная модель процесса привязки локальной шкалы времени с периодической подстройкой локальных часов при наличии дрейфа. Получены вероятностно-временные характеристики процесса передачи сообщений синхронизации и определены составляющие, влияющие на достигаемую точность привязки локальной шкалы времени. Сформулированы рекомендации по повышению точности привязки. Практическая значимость: результаты моделирования могут быть использованы при проектировании транспортных сетей на базе OTN, а также на этапе перевода действующих транспортных сетей на оборудование технологии OTN с целью обеспечения сетевой синхронизации на присоединяемых участках и совместного их функционирования. Также полученные вероятностно-временные характеристики могут быть использованы при моделировании сети сложной топологии, состоящей из множества узлов OTN.

Purpose: to develop a simulation model of local time scale synchronization at telecommunication network node by using precision time protocol (PTP) assuming that packets are transmitting through optical transport network (OTN). To form a sequence of stages for periodical local clock correction taking into account the local clock drift. To get probabilistic-temporal parameters of this process for evaluating the achievable accuracy. To formulate suggestions for improving the accuracy in view of received parameters and by using more effective mechanisms of synchronization signal transmitting. Methods: comparison of current and perspective mechanisms of synchronization signal transmitting through OTN layer tha can be founded in standards, analyzing of technical documentation and experimental data for generating initial data using in model, simulation modeling with the point of view multi-agent method. Results: the simulation model of local time scale synchronization with the periodical drift correction is developed. The probabilistic-temporal parameters of synchronization message transmitting are received and elements that influence achievable accuracy are obtained. A number of recommendations for its improving is formulated. Practical importance: the simulation results can be implemented for designing transport networks based on OTN and for upgrading current transport networks in a way of implementing OTN with the point of view to provide network synchronization for each attached network and to work correctly with the synchronization information. Also received probabilistic-temporal parameters can be used for modeling at network layer taking into account more complex OTN topologies.

 сетевая синхронизация частотно-временное обеспечение OTN привязка локальной шкалы времени PTP дрейф часов network synchronization frequency-time provision OTN local time scale synchronization PTP clock drift

Interfaces for the optical transport network, Rec. ITU-T G.709/Y.1331 Amd. 3. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland. Interfaces for the optical transport network, Rec. ITU-T G.709/Y.1331 Amd. 3. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland. The control of jitter and wander within the optical transport network (OTN), Rec. ITU-T G.8251. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland, Nov. 2022. The control of jitter and wander within the optical transport network (OTN), Rec. ITU-T G.8251. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland, Nov. 2022. Рыжков А. В. Частотно-временное обеспечение в сетях электросвязи: учеб. пособие для вузов. М.: Горячая линия — Телеком, 2018. 270 с. Ryzhkov A. V. Chastotno-vremennoe obespechenie v setyah elektrosvyazi: ucheb. posobie dlya vuzov. M.: Goryachaya liniya — Telekom, 2018. 270 s. IEEE standard for a precision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems amendment 1: Precision time protocol (PTP) mapping for transport over the optical transport network (OTN). IEEE standard 1588b-2022, 2022. IEEE standard for a precision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems amendment 1: Precision time protocol (PTP) mapping for transport over the optical transport network (OTN). IEEE standard 1588b-2022, 2022. Generic framing procedure, Rec. ITU-T G.7041/Y.1303 Amd. 1. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland. Generic framing procedure, Rec. ITU-T G.7041/Y.1303 Amd. 1. International Telecommunication Union, Geneva, Switzerland. An enhanced time synchronization method for a network based on Kalman filtering / Q. Li [et al] // Sci Rep. 2024. № 14. Art no. 21271. DOI: 10.1038/s41598- 024-71929-8 An enhanced time synchronization method for a network based on Kalman filtering / Q. Li [et al] // Sci Rep. 2024. № 14. Art no. 21271. DOI: 10.1038/s41598- 024-71929-8 Minimax optimum estimators for phase synchronization in IEEE 1588 / A. Guruswamy [et al]. IEEE Transactions on Communications. Vol. 63. № 9. P. 3350–3362. DOI: 10.1561/2000000108 Minimax optimum estimators for phase synchronization in IEEE 1588 / A. Guruswamy [et al]. IEEE Transactions on Communications. Vol. 63. № 9. P. 3350–3362. DOI: 10.1561/2000000108 Karthik A. K., Blum R. S. Recent advances in Clock synchronization for packet-switched networks // Foundations and trends in signal processing. 2020. Vol. 13, No. 4. P. 360–443. DOI: 10.1561/2000000108 Karthik A. K., Blum R. S. Recent advances in Clock synchronization for packet-switched networks // Foundations and trends in signal processing. 2020. Vol. 13, No. 4. P. 360–443. DOI: 10.1561/2000000108 White paper: Timestamping and clock Synchronization in P4-Programmable Platforms / T. Martinek [et al.] // GEANT. 2022. URL: https:// resources.geant.org/wp content/uploads/2022/09/ GN4-3_White-Paper_Timestamping-and-Clock- Synchronisation-in-P4-Programmable-Platforms.pdf White paper: Timestamping and clock Synchronization in P4-Programmable Platforms / T. Martinek [et al.] // GEANT. 2022. URL: https:// resources.geant.org/wp content/uploads/2022/09/ GN4-3_White-Paper_Timestamping-and-Clock- Synchronisation-in-P4-Programmable-Platforms.pdf Салифов И. И. Методика оценки сквозной задержки на оптической магистральной сети со сложной архитектурой: дисс. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2012. 253 с. Salifov I. I. Metodika ocenki skvoznoy zaderzhki na opticheskoy magistral'noy seti so slozhnoy arhitekturoy: diss. … kand. tehn. nauk. Ekaterinburg, 2012. 253 s. Богданова Е. Г. Оптическая маршрутизация в транспортной сети IMT-2020/5G // Первая миля. 2020. № 1. С. 62–70. Bogdanova E. G. Opticheskaya marshrutizaciya v transportnoy seti IMT-2020/5G // Pervaya milya. 2020. № 1. S. 62–70. Хмелев К. Ф. Основы фотонного транспорта. Киев: Техника, 2008. 680 с. Hmelev K. F. Osnovy fotonnogo transporta. Kiev: Tehnika, 2008. 680 s. WDM/OTN Latency, Shenzhen, China, Huawei. URL: https://info.support.huawei.com/network/ptmngsys/ Web/WDMkg/en/43_latency.html WDM/OTN Latency, Shenzhen, China, Huawei. URL: https://info.support.huawei.com/network/ptmngsys/ Web/WDMkg/en/43_latency.html Моделирование процесса обработки меток времени на устройствах транспортной сети / А. К. Канаев [и др.] // Труды учебных заведений связи. 2024. Т. 10. № 2. С. 34–47. DOI: 10.31854/1813- 324X-2024-10-2-34-47 Modelirovanie processa obrabotki metok vremeni na ustroystvah transportnoy seti / A. K. Kanaev [i dr.] // Trudy uchebnyh zavedeniy svyazi. 2024. T. 10. № 2. S. 34–47. DOI: 10.31854/1813- 324X-2024-10-2-34-47 Huang Y., Mehrotra S., Li J. A hybrid FECARQ protocol for low-delay lossless sequential data streaming // Proc. IEEE International Conference on Multimedia and Expo ICME 2009. P. 718–725. Huang Y., Mehrotra S., Li J. A hybrid FECARQ protocol for low-delay lossless sequential data streaming // Proc. IEEE International Conference on Multimedia and Expo ICME 2009. P. 718–725.