1. IEEE 1588
ㅇ 이더넷 등 패킷 네트워크 상에서,
- 마이크로 초(μs) ~ 나노 초(ns) 단위의 시각 동기화를 달성하기 위한,
- 고 정밀 시각 동기화 프로토콜 (Precision Time Protocol) 표준 임
ㅇ 표준명 : IEEE 1588
— "Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems"
ㅇ 용도 : 통신,전력,방송,공장 자동화 등 산업 전반에서 활용됨
2. 구성 요소
ㅇ Master Clock : 기준 시간을 제공하는 장치 (例: GPS 동기 기준)
ㅇ Slave Clock : 마스터로부터 시간 정보를 수신,보정하는 장치
ㅇ Boundary Clock (BC) : 마스터와 슬레이브 간 중간 노드로, 시각 계산 후 재전송
- 각 포트별로 독립적인 클록 기능을 수행하여, 네트워크 구간별 국소적 보정 수행 가능
- 대규모 네트워크에서도 계층적 동기화 유지 가능.
ㅇ Transparent Clock (TC) : 통과 지연(Time Delay)을 보정하여 전파 지연 오차를 줄임
- 메시지가 스위치를 통과할 때 걸린 지연시간을 측정,기록하여 패킷에 삽입하면,
- 슬레이브가 이를 감안해 보정 가능
- 따라서, 네트워크 홉 수가 많아도 동기 정확도 유지 가능
ㅇ Grandmaster Clock : 전체 네트워크에서 최상위 기준이 되는 마스터
3. 동작 원리 및 개요
ㅇ 원리 : 이더넷 네트워크 상에서, 마스터(clock source)와 슬레이브(clock client) 간에,
- 서로 메시지를 교환하여
- 시각 차(Offset)와 전송 지연(Time Delay)을 계산하고,
- 슬레이브가 자신의 시계를 보정하는 것
ㅇ 4 종류 메세지
- Sync (Master → Slave) : 마스터의 전송 시각(T1)을 슬레이브에 알림
- Follow_Up (Master → Slave) : Sync 메시지의 실제 전송 시각을 정밀하게 전달
. (하드웨어 타임스탬프 보정용)
- Delay_Req (Slave → Master) : 슬레이브가 마스터에게 자신의 측정 시점을 알림
- Delay_Resp (Master → Slave) : Delay_Req 수신 시각(T4)을 알려줌으로써, 왕복 지연 계산
ㅇ 전송 시각
- T1 : 마스터가 Sync 메시지를 전송한 시각
- T2 : 슬레이브가 Sync 메시지를 수신한 시각
- T3 : 슬레이브가 Delay_Req 메시지를 전송한 시각
- T4 : 마스터가 Delay_Req 메시지를 수신한 시각
* 슬레이브는, 이들 값으로 시각 차(Offset) 및 전송 지연(Delay)을 추정 계산하여, 시계를 보정
4. 버전별(v1,v2) 비교
※ [범례 : ① IEEE 1588-2002 (v1), ② IEEE 1588-2008 (v2)]
ㅇ 정밀도 : ① μs 수준, ② ns 수준까지 향상
ㅇ 통신 구조 :
- ① 단순 마스터–슬레이브 구조,
- ② 다계층 (마스터, 슬레이브, Boundary Clock, Transparent Clock 등)
ㅇ 메시지 종류 :
- ① 기본 4종류 (Sync, Follow_Up, Delay_Req, Delay_Resp)
- ② 동일 4종류 + 관리용 메시지, Signaling 등 추가
ㅇ 네트워크 지원성 : ① 주로 LAN 환경 (비 IP 기반), ② IP 기반 (UDP 포트 319/320 사용) 확장
ㅇ 호환성 : ① v1 장치와 v2 장치 간 비호환, ② —
ㅇ 프로파일 개념 : ① 없음, ② PTP Profile 개념 도입 (산업별 맞춤 설정 가능)
5. 주요 프로파일 例)
ㅇ Default Profile : (IEEE 1588)
ㅇ Telecom Profile : (ITU-T G.8265.1 / G.8275.x)
- 통신망 (4G, 5G, LTE 등), 패킷망 등에서 주파수/위상 동기 제공
ㅇ Power Profile : (IEEE C37.238)
- 전력망 (Smart Grid) 용도로, 보호계전기,계측장비 간 동기화용
ㅇ Aerospace & Defense Profile : (IEEE 1588 Annex)
- 항공/군수용으로, 고 정밀,고 신뢰적 동기화 추구
ㅇ AVB / TSN Profile : (IEEE 802.1AS)
- 오디오/비디오/자동차 이더넷용으로, 저 지연 스트리밍 및 시간 민감 네트워킹 지원
ㅇ White Rabbit Profile : (CERN 프로젝트)
- 과학 실험(입자 가속기 등)용으로, 피코초(ps) 단위 정밀도 실현
6. 산업별 주요 적용 例)
ㅇ 통신망 시각 동기화 (4G/5G, O-RAN 등)
ㅇ 방송 네트워크 (SMPTE ST 2059)
ㅇ 전력 시스템 (IEC 61850-9-3, IEEE C37.238)
ㅇ 공장 자동화 및 산업 제어 (TSN 기반)
ㅇ 과학,연구 장비 간 고정밀 동기화 등