A model for synchronized distributed test and measurement

Abstract

Durch die Entwicklung von immer komplexeren Systemen wachsen auch die Anforderungen an die Test- und Messanwendungen. Diese Anwendungen kommunizieren über Busse mit einer Vielzahl von verteilten Sensoren und Aktoren, teilweise über weite Distanzen und produzieren bzw. sammeln große Datenmengen. Somit steigen die Anforderungen an neue Bustechnologien für Test- und Messanwendungen. Bestehende Technologien wie z.B. der General Purpose Instrumentation Bus (GPIB) stoßen heutzutage an ihre Grenzen aufgrund der geringen Bandbreite und der geringen Anzahl an Geräten, die angeschlossen werden können. Die Entwicklung von IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) und LAN eXtensions for Instrumentation (LXI) bietet nicht nur Ansätze für diese Problematik sondern auch Lösungen zur genauen synchronen Zeitmessung von verteilten Daten. Durch IEEE 1588 kann Ethernet als Kommunikationsmedium verwendet werden, wobei eine Uhrzeitsynchronisation im Nanosekunden-Bereich erreichbar ist. Diese Arbeit geht einen Schritt weiter in verteilten Test- und Messanwendungen und beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen Konzeptes, das ein Feedback der Messumgebung in die Instrumente zulässt. Es umfasst Messung der Netzwerk-Latenz, verzögertes synchronisiertes Triggern, Vermeidung oder Erkennung von verlorenen Paketen und Fehlerbeseitigung.

Through the development of more and more complex systems, the requirements for test and measurement applications increase as well.<br />These applications communicate over serial networks with a multitude of distributed sensors and actuators, partially over long distances, and collect large amount of data. Consequently, the demands for new bus technologies increase for test and measurement applications. Existing technologies such as the General Purpose Instrumentation Bus (GPIB), nowadays reach their limits, caused by limited bandwidth and the amount of devices that can be connected. The development of IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) and Lan eXtension for Instrumentation (LXI) offers a solution for accurate time-stamping distributed data. Through IEEE 1588, Ethernet could be used as a communication medium, and clock synchronization with a precision of some nanoseconds can be reached.<br />This work is going to take the next step in distributed test and measurement applications. It proposes a concept for synchronously performing measurements that include feedback from the environment into the instruments. The proposal comprises measuring the network latency, delayed synchronization triggering, avoidance or detection of packet loss and error handling.