IEEE 802.1AS는 시간에 민감한 응용을 위해 LAN(Local Area Network)에서 시각을 전달하는 프로토콜, 절차, 관리 객체를 정하는 IEEE 표준이다. 정식 제목은 “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications”이다.[1] 이 표준의 시각 동기화 프로토콜을 gPTP(generalized Precision Time Protocol)라 한다.[2]
범위
동기화된 시각의 전달, timing source(best timeTransmitter) 선택, 위상이나 주파수가 끊기는 시각 장애가 일어났는지와 그 크기의 표시를 다룬다.[1] IEEE 802.1Q의 맥락에서 해당하는 곳에는 IEEE 1588 규격을 쓰도록 정한다.[3]
gPTP는 IEEE 1588-2019가 정하는 PTP에 바탕을 두며, 특정한 구성에서는 IEEE 1588-2019의 프로파일이다. 전이중 점대점 링크로 시각을 전달하는 규정이 PTP 프로파일 하나를 이룬다.[1]
동기화에 참여하는 장치를 time-aware system이라 한다. 브리지, 라우터, 엔드 스테이션 등 어떤 네트워크 장치든 time-aware system이 될 수 있다. PTP Instance는 한 gPTP 도메인에서 gPTP를 실행하는 실체이고, time-aware system은 PTP Instance를 하나 이상 담는다. time-aware system은 gPTP 도메인을 여럿 지원할 수 있고, 도메인마다 PTP Instance를 따로 둔다. PTP Instance는 두 가지다.[1]
- PTP End Instance: PTP 포트가 하나인 PTP Instance. Grandmaster PTP Instance가 아니면 시각 정보를 받는 쪽이다.
- PTP Relay Instance: Grandmaster PTP Instance가 아니면 Grandmaster PTP Instance에서 온 시각 정보를 받아, LAN과 자기 안에서 걸린 지연을 보정한 뒤 다시 내보낸다.[1]
gPTP 도메인의 모든 PTP Instance가 같은 Grandmaster PTP Instance를 따르도록 고르는 방법은 BTCA(best timeTransmitter clock algorithm)다.[1] IEEE 802.1AS-2020은 이 알고리즘을 BMCA(best master clock algorithm)라 불렀다.[1][4]
gPTP는 매체에 상관없는 부분과 매체마다 다른 부분으로 나누어 정한다. 다루는 매체는 전이중 점대점 링크의 IEEE 802.3 이더넷, IEEE 802.3 EPON(Ethernet Passive Optical Network), IEEE 802.11 무선, 일반 CSN(Coordinated Shared Network)이다.[1]
전이중 점대점 링크에서는 링크 양 끝의 포트가 저마다 피어 지연(peer-to-peer delay) 방식으로 링크의 전파 지연을 잰다. 시각 정보는 Sync와 Follow_Up 메시지로 전한다. PTP Relay Instance는 상류 링크의 전파 지연과 자기 체류 시간(residence time)을 더해 correctionField에 보태고, 이를 하류로 보내는 시각 정보에 싣는다. 이 링크에서 gPTP 메시지를 싣는 프레임은 VLAN 태그를 달지 않아야 하고, 우선순위만 태그된 프레임이어서도 안 된다.[1]
지연과 체류 시간의 측정이 같은 시간 축을 쓰도록, PTP Relay Instance는 발진기의 주파수를 실제로 맞추지 않고 측정값을 Grandmaster Clock과의 주파수 비로 보정한다. 각 PTP Instance는 포트마다 링크 건너편 PTP Instance와 자기 클럭의 주파수 비를 재고, Grandmaster Clock과 자기 클럭의 누적 주파수 비를 Follow_Up 메시지에 붙은 TLV(Type-Length-Value)에 쌓아 전한다. 이를 논리적 syntonization이라 한다.[1]
이 표준과 매체마다 참조하는 표준의 요구를 만족하면, 사이에 PTP Instance가 여섯 개 이하인 두 PTP Instance, 곧 일곱 홉 이하로 떨어진 두 PTP Instance는 정상 상태에서 서로 1 µs(peak-to-peak) 안으로 동기화된다.[1]
핫 스탠바이는 정적으로 설정한 두 gPTP 도메인을 주 도메인과 보조 도메인으로 두고 두 도메인에서 BTCA를 끈 채, time-aware system이 두 PTP Instance를 함께 돌리다가 주 도메인을 쓸 수 없게 되면 보조 도메인으로 넘어가는 방식이다. 두 도메인의 동기화된 시각을 응용이 쓸 하나의 시각으로 바꾸는 기능도 여기에 든다.[1] 핫 스탠바이는 개정 802.1ASdm-2024가 IEEE 802.1AS-2020에 처음 넣었다.[5]
IEEE 802.1 작업 그룹의 TSN 태스크 그룹은 IEEE 802.1AS-2025를 TSN의 기반 표준 가운데 하나로 꼽는다.[6]
개정 이력
- 2011년: 첫판. AV Bridging 태스크 그룹이 AVB의 목표 가운데 하나인 2계층 시각 동기화 서비스로 만들었다.[7][8]
- 2020년: 2판. 2011년판을 대체했고, time-aware system이 gPTP 도메인을 여럿 둘 수 있게 했다. 이 판 뒤로 개정(amendment) 802.1ASdr-2024, 802.1ASdn-2024, 802.1ASdm-2024와 정오표 802.1AS-2020/Cor 1-2021이 나왔다.[4]
- 2025년: 3판. 2020년판을 대체했다.[1] 2020년판에 정오표 Cor 1과 개정 802.1ASdr 등을 합친 판이다.[3] 이 판 뒤로 개정 802.1ASds-2026과 802.1ASed-2026이 나왔다.[1] 802.1ASds-2026은 반이중으로 동작하는 IEEE 802.3 Clause 4 MAC(Medium Access Control)을 지원하게 했다.[9] 802.1ASed-2026은 gPTP 도메인 둘 이상과 여러 시각 분배 경로, 로컬 발진기 클럭, 시각 선택을 써서 시각의 가용성을 높이고 시각 무결성을 더해 고장을 견디는 시각 동기화를 가능하게 했다.[2]
- 2026년: 2025년판을 대체할 개정 프로젝트 P802.1AS가 승인되어 진행 중이다.[10]
IEEE 1588과의 차이
gPTP는 IEEE 1588-2019의 PTP와 다음이 다르다.[1]
- 통신: gPTP는 PTP Instance 사이의 모든 통신이 IEEE 802 MAC PDU(Protocol Data Unit)와 주소로만 이루어진다고 가정한다. IEEE 1588-2019는 2계층과 3·4계층의 여러 통신 방식을 지원한다.
- 도메인 구성: gPTP는 gPTP 도메인 안의 모든 시스템이 time-aware system이기를 요구하며, time-aware가 아닌 시스템을 거쳐서는 시각을 전하지 않는다. PTP Relay Instance가 아닌 장치는 gPTP 정보를 중계할 수 없다. IEEE 1588-2019는 IEEE 1588을 모르는 중계 장치도 도메인 안에 둘 수 있게 한다.
- 지연 측정: 전이중 이더넷 링크에서 gPTP는 피어 지연 방식을 요구하고, IEEE 1588-2019는 종단 간(end-to-end) 지연 측정도 허용한다.
- syntonization: gPTP 도메인의 모든 PTP Instance는 논리적으로 syntonize되어 같은 주파수로 시간 간격을 재며, gPTP에서 이는 필수다. IEEE 1588-2019는 syntonization을 선택으로 둔다.[1]
AUTOSAR 시간 동기화와의 차이
AUTOSAR R25-11의 Time Synchronization over Ethernet 프로토콜 명세는 IEEE 802.1AS에서 파생한 시간 동기화 프로토콜을 정한다. 이 명세는 IEEE 1588과 IEEE 802.1AS가 차량의 요구를 고려해 만들어지지 않았다고 보고, ECU의 역할이 미리 정해져 있고 네트워크가 운행 중에 바뀌지 않는 정적 구성이라는 점을 들어 IEEE 802.1AS의 메커니즘에 확장과 제약을 둔다. 링크 지연의 주기적 측정도 생략할 수 있게 한다.[11]
이 명세가 참조하는 IEEE 802.1AS-2011과 다르게 정하는 점은 아래와 같다.[11]