Sichere Zeitsynchronisation im Netzwerk

Helfen kann hier die seit über 40 Jahren mit dem Thema „präzise Zeit“ beschäftigte Firma Lange-Electronic GmbH aus Bayern, die sich die beiden Netzwerk Timing Profis Masterclock (USA) und Elproma (Polen) ins Boot geholt hat, um den deutschsprachigen Raum mit zuverlässiger und hoch-genauer Zeit im Ethernet zu versorgen.

Beim amerikanischen Hersteller Masterclock ist der Name bereits Programm. Spezialisiert auf digitale und analoge Zeitanzeigen, die per NTP auf dem richtigen Stand gehalten werden, bietet Masterclock auch Zeit- und Frequenzgeneratoren an, die als stabile Hauptuhren (Masterclocks) im Netzwerk per NTP zur Verfügung stehen. Optional kann die Zeit über PTP (Precision Time Protocol) oder diverse Zeitcode-Ausgänge direkt verteilt werden.

Einen Schritt weiter geht die ursprünglich 1992 in den Niederlanden gegründete und seit 1998 in Polen ansässige Firma Elproma. Mit internationalen Innovationspreisen ausgezeichnet, hat die ISO 9001 und IQnet zertifizierte Firma schon mehrfach als Spezialist für die Ethernet Zeitsynchronisations-Protokolle NTP und PTP-IEEE1588 an Forschungs- und Entwicklungsprojekten teilgenommen, so zum Beispiel an CERN White Rabbit und DEMETRA Horizon 2020. Im Rahmen des 2017 abgeschlossenen DEMETRA Projektes wurden Zeitsynchronisations-Services untersucht, einige davon auf Basis des europäischen Satellitennavigationssystems GALILEO. Dabei wurden auch einige Schwächen aufgedeckt. Kritische Infrastrukturen wie beispielsweise intelligente Netze von Stromversorgern (Smart Grids) können durch unzureichende Vorsorge bei der Zeit-Synchronisation anfällig für Angriffe und damit teure Ausfälle sein.

Die Forschungsergebnisse finden in den Elproma Zeitservern ihre Anwendung. Bei Bedarf können die Systeme redundant aufgebaut werden, so dass sie die Zeit über zwei Multi GNSS (Global Navigation Satellite System) Empfänger beziehen können, zusätzlich sind sie abgesichert über interne hoch-genaue Oszillatoren. Erreicht wird dadurch eine Genauigkeit von besser als 15 Nanosekunden relativ zu UTC (Universal Time Coordinated). Bei der Verteilung der Zeit im LAN ermöglicht der modulare Aufbau der Geräte Abstufungen. Mit den Modulen für das Network Time Protocol NTP (LAN 1 und LAN2) und Software Time Stamping werden besser als 10 µsec erreicht. Erheblich genauer – besser als 200 Nanosekunden – wird die Synchronisation bei Verwendung von PTP und den optionalen ARM-basierten PTP-Modulen für LAN3 bis LAN10 mit eigenen IP-Stacks und Hardware Time Stamping. Eine Erweiterung für DCF-77 wäre erhältlich, allerdings genügt hier die mögliche Genauigkeit den Ansprüchen der Geräte eigentlich nicht, es würde sich also maximal um eine zusätzliche Ausfallabsicherung handeln.

Diese hohe Genauigkeit wird benötigt um Rechnernetze beispielsweise im Bereich Telekommunikation, Stromversorgung, Wertpapierhandel oder Forschung und Entwicklung zeitlich zu synchronisieren.