Transcript Yleisk ytt isen tietokoneen kellosynkronisointi ja k ytt verkkoliikenteen mittauksiin

Yleiskäyttöisen tietokoneen
kellosynkronisointi ja käyttö
verkkoliikenteen mittauksiin
Oskari Simola
Diplomityöseminaari 9.5.2007
Tietoverkkolaboratorio
Valvoja Prof. Raimo Kantola
Ohjaaja Tkt. Markus Peuhkuri
Agenda









Taustaa
Työn Tavoitteet
Kellosynkronisoinnin ongelmat
SynPCI-X
Lämpötilan vaikutus synkronisointiin
Mittauslaitteisto
Mittaustulokset
Johtopäätökset
Jatkokehitysideat
Taustaa



Verkkoliikenteen yksipistemittauksissa
kellosynkronisointi helppoa
Monipistemittauksissa mittalaitteiden
keskinäinen kellosynkronisointi haastavaa
Yleiskäyttöisissä tietokoneissa ongelmana
saavuttaa riittävä tarkkuus
synkronisoinnissa
Työn tavoitteet



Jatko kehittää aiemmin valmistettua
SynPCI synkronisointikortin prototyyppiä
Mitata kellosynkronisoinnin ja pakettien
aikaleimauksen tarkkuutta yleiskäyttöisellä
tietokoneella
Tunnistaa virhelähteet ja määrittää niille
virherajat
Kellosynkronisoinnin ongelmat



PC koneissa ajanmäärittämiseen käytetään
laskureita, joiden taajuus on johdettu
emolevyllä sijaitsevasta kiteestä
Kiteen taajuus on hyvin lämpötila herkkä
Normaalisti on käytetty NTP:tä
määrittämään lokaalin kiteen
taajuuspoikkeamaa
SynPCI-X 1/3






Jatko kehitetty alkuperäisestä Antti Gröhnin suunnittelemasta
SynPCI kortista
Ideana tuoda ulkoiselta GPS laitteelta 10MHz ja 1PPS signaalit
kortille ja käyttää niitä kellosynkronisointiin
Signaalit tuodaan jakolaudan kautta optisia kuituja pitkin jokaiselle
kortille
Optisten vastaanottimien ja nopeiden komparaattorien avulla
signaalit muutetaan takaisin sähköiseen muotoon
Kortilla oleva CPLD piiri toteuttaa tarvittavan laskurilogiikkan ja
PCI/PCI-X tilakoneen
Ulkoisen ohjelmoitavan PLL avulla 10MHz taajuus nostetaan
125MHz, jolloin laskurin resoluutio on 8ns
SynPCI-X 2/3
Laskuri logiikka
Välimuisti (32bit)
10Mhz
LATCH
PLL
1PPS
Laskuri (32bit)
PCI/PCI-X
logiikka
PPS arvo (32bit)
PCI/PCI-X väylä
SynPCI-X 3/3

Ongelmat




5 voltin PCI väylät
PCI-logiikka ei toimi kunnolla kaikkien
emolevyjen 133MHz PCI-X väylässä
Laskurilogiikan ja PCI-logiikan tiedonvälitys
ongelmat
Osa ongelmista saatu korjattua
ohjelmallisesti ajurissa
Lämpötilan vaikutus



Kuvaajassa NTP
synkronisoitu Linux kone
yhden kytkimen yli
Lämpötilan vaikutus
nähtävissä 4 minuutin
viiveellä
Kellon aikapoikkeama
kymmeniä
mikrosekunteja kiteen
lämpötilan muuttuessa
vain asteen kymmenyksiä
Mittauslaitteisto 1/3


Pakettien generointiin käytettiin Spirentin AX/4000
mittalaitetta
Kaappauskoneet





Supermicro 3U Dual Opteron 2.2GHz PC
Kaksi Supermicron 1U Celeron 2.66GHz PC:tä
Mediamuuntimen avulla optisesta muodosta sähköiseen
muotoon
Paketit monistettiin 1Gbit kuparijakajien avulla koneille
Koneiden sarjaporttiin tuotiin 1PPS signaali
keskeytysviiveen mittausta varten
Mittauslaitteisto 2/3
Mediamuunnin
AX/4000
Jakaja
Jakaja
Jakaja
10MHz
GPS
Jakolauta
1PPS
Celeron 1
Opteron
Hallinta kytkin
Celeron 2
Mittauslaitteisto 3/3





AX/4000 generoimien pakettien aikaleiman
resoluutio 10ns
Tarkkuus gigabitin Ethernetissä muutamia satoja
nanosekunteja
Jakajat ja mediamuuntimet jokainen aiheuttaa n.
300ns vakioviiveen
Opteron koneessa kaappauskortin keskeytyksille
varattu toinen prosessori
Celeron koneissa Linuxin ydin päivitetty
tukemaan reaaliaika prioriteettia
Mittaustulokset




Mittauksissa kulkuaikaviive määritettiin
vähentämällä paketin aikaleimasta AX/4000
generoima aikaleima
Kulkuaikaviiveestä piirretty jakauma kertoo
aikaleimauksen tarkkuudesta
Opteron koneessa keskeytysviive maksimissaan
alle 20μs ja Celeron koneissakin alle 50μs
99% paketeista muutaman mikrosekunnin sisällä
Mittaustulokset
Johtopäätökset



SynPCI-X kortin avulla synkronoidussa
koneessa suurin pakettien aikaleimojen
virheen aiheuttaja on keskeytysviive
Lämpötilan muutokset eivät vaikuta kellon
tarkkuuteen
NTP synkronoidussa koneessa
keskeytysviiveen lisäksi lämpötilan
muutokset aiheuttavat kellovirhettä
Jatkokehitysideat




Keskeytysviiveen optimointi
SynPCI-X kortista PCI Express versio
MSI/MSI-X keskeytysten hyödyntäminen
IEEE 1588 standardin mukaiset
verkkokortit
Kysymyksiä?
Kiitos!