Packet Based Time Synchronisation
Author
Christensen, Magnus Bøgh Borregaard
Term
4. term
Education
Publication year
2021
Abstract
This thesis investigates how to achieve precise packet-based time synchronization in a new Ethernet-based data acquisition system for CERN’s quench monitoring. The work is driven by the need to align distributed nodes to CERN’s central time network while understanding and mitigating clock drift and noise. It combines a theoretical analysis of oscillator noise and time deviation with measurements that identify and quantify noise sources in a test setup using the Precision Time Protocol (PTP, IEEE 1588). The results show that quantization in the IEEE 1588 timestamping logic is the dominant error source, and that high network load can introduce irregular outliers that distort timestamping. To close the loop, a simple control strategy was implemented using the inferred time offsets to steer the clocks. This approach achieves synchronization with time error on the order of hundreds of nanoseconds, meeting the design objectives and enabling near-term deployment in the system.
Dette projekt undersøger, hvordan præcis pakke-baseret tidssynkronisering kan realiseres i en ny Ethernet-baseret dataindsamlingsløsning til CERNs quench-overvågning. Udgangspunktet er kravet om at synkronisere målenoder til CERNs centrale tidsnetværk og samtidig forstå og begrænse urdrift og støjkilder. Arbejdet omfatter en teoretisk analyse af oscillatorstøj og tidsdrift, efterfulgt af målinger til at identificere og kvantificere støjkilder i et testsetup baseret på Precision Time Protocol (PTP, IEEE 1588). Resultaterne viser, at kvantisering i IEEE 1588-tidsstemplingslogikken er den dominerende fejlkilde, og at høj netværksbelastning kan introducere uregelmæssige outliers, der forvrænger tidsstemplingen. For at lukke løkken er en enkel kontrolstrategi implementeret, hvor de estimerede tidsforskydninger bruges til at styre klokkerne. Denne løsning opnår en synkroniseringsnøjagtighed med fejl i størrelsesordenen hundreder af nanosekunder, hvilket lever op til designmålsætningerne og danner grundlag for snarlig implementering i systemet.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]