Clock synchronization gateway between SAE AS6802 and IEEE 1588

Abstract

Die Vorteile einer synchronisierten, systemweiten Zeitbasis in verteilten Systemen werden mit der ständig ansteigenden Komplexität und Größe ebendieser immer ersichtlicher. Vor allem bei der Ablaufkoordination zwischen Netzwerkknoten oder deren Kommunikation bietet eine synchronisierte Zeitbasis eine erhebliche Vereinfachung bezüglich der Realisierung als auch der Verifizierung derartiger Systeme. Zum Erzeugen einer synchronisierten Zeitbasis in Netzwerken werden für gewöhnlich spezielle Uhrensynchronisationsprotokolle eingesetzt, die in den letzten Jahrzehnten verstärkt Untersuchungsgegenstand diverser Forschungsvorhaben waren. In der Regel wurde jedes dieser Protokolle für einen speziellen Aufgabenbereich entwickelt und weist dadurch entsprechende Eigenschaften auf, die es von den anderen unterscheidet, vor allem betreffend Redundanz, Kosten, Fehlertoleranz, Unterstützung für externe Synchronisierung, Präzision, Korrektionsmethode usw. Trotz der Fülle an verfügbaren Uhrensynchronisationsprotokollen, gibt es keinen Standard der eine Schnittstelle zwischen zwei unterschiedlichen Uhrensynchronisationsprotokollen beschreibt. Als Folge dessen ist die Realisierung eines Netzwerks mit heterogener Uhrensynchronisation erschwert bis gänzlich unmöglich, da an den Schnittstellen zweier Synchronisationsbereiche die Zeitinformation für gewöhnlich verloren geht. Um dieses Problem zu lösen, wurde im Zuge dieser Diplomarbeit ein Gateway entwickelt, das es ermöglicht die Zeitinformation von einem Synchronisationsbereich zu nutzen, um die Zeit eines weiteren Synchronisationsbereiches mit unterschiedlichem Uhrensynchronisationsprotokoll zu synchronisieren. Im Speziellen handelt es sich hierbei um die Protokolle SAE AS6802 und IEEE 1588. Die entwickelte Implementierung erlaubt eine redundante Übermittlung der Zeitinformation von einem SAE AS6802 synchronisierten Netzwerkbereich in einen IEEE 1588 synchronisierten Bereich. Dabei ist es möglich mehrere Schnittstellen zwischen den beiden Netzwerkbereichen zu unterhalten. Bezüglich der Gegenrichtung ist es einem SAE AS6802 synchronisierten Knoten und in weiterer Folge dem gesamten Netzwerkbereich möglich, seine Zeit auf die eines IEEE 1588 Grandmaster aufzusynchronisieren.

With growing system complexity and system size, the benefit of a system-wide synchronized timebase becomes apparent: synchronized clocks simplify the coordination of the actions and communication of nodes in a (potentially spatially wide-spread) distributed system. Typically, clock synchronization protocols are used to establish such a synchronized timebase. Over the last few decades several clock-synchronization standards for distributed computer networks have emerged, each of them designed with a specific field of application in mind, providing unique properties concerning: redundancy, fault tolerance, cost, support for external synchronization, precision, media, phase/frequency correction. Despite this variety of clock synchronization approaches almost none of these standards consider an interface to different approaches, hence none of them are officially suitable to create a system with heterogeneous clock synchronization clusters, without losing the time information on the transition between the clusters. To overcome this problem the thesis introduces an approach to interface different clock synchronization standards and other time sources to each other. In particular, an interface from SAE AS6802 time to IEEE 1588 time and vice versa has been developed. The developed design allows for a redundant time information communication from an internally synchronized SAE AS6802 cluster to a single or multiple IEEE 1588 clusters. Utilizing the implemented IEEE 1588 grandmaster protocol stack of the boundary SAE AS6802 nodes, connected to the IEEE 1588 cluster. The opposite gateway direction enables a SAE AS6802 node and in further consequence the whole SAE AS6802 cluster to synchronize its time to TAI, e.g. employing the time information provided by an IEEE 1588 grandmaster synchronized to the GPS time.