Time sensitive networking security:issues of precision time protocol and its implementation

Time Sensitive Networking(TSN)will be an integral component of industrial networking.Time synchronization in TSN is provided by the IEEE-1588,Precision Time Protocol(PTP)protocol.The standard,dating back to 2008,marginally addresses security aspects,notably not encompassing the frames designed for management purposes(Type Length Values or TLVs).In this work we show that the TLVs can be abused by an attacker to reconfigure,manipulate,or shut down time synchronization.The effects of such an attack can be serious,ranging from interruption of operations to actual unintended behavior of industrial devices,possibly resulting in physical damages or even harm to operators.The paper analyzes the root causes of this vulnerability,and provides concrete examples of attacks leveraging it to de-synchronize the clocks,showing that they can succeed with limited resources,realistically available to a malicious actor.

虚拟化电视播出系统的PTP同步应用实践

随着计算机性能的不断提高和计算机网络技术的进步,广播电视专业视音频节目的制作、播出逐渐具备了在虚拟化系统中部署的条件,可以在虚拟化平台上构建基于SMPTE ST2110系列标准的播出系统。而精确时间协议(Precision Time Protocol,PTP)时间同步在基于ST 2110系列标准的播出系统中非常关键。为此,讨论在虚拟化平台上为播出系统各虚拟机实现PTP高精度同步的工具和方法。

基于ARIMA-TCN混合模型的高速铁路时间同步方法

列控系统作为高速铁路的核心系统,保持其系统的时间同步对于行车安全至关重要。针对现有时间同步方法易受时变上下行传输时延、随机时钟跳变等影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于差分自回归移动平均-时域卷积神经网络(ARIMA-TCN)混合模型的高速铁路时间同步方法。首先,根据上下行链路传输速率的不对称比,建立高速铁路时钟的数学理论和实际观测模型。然后,使用拉依达准则识别处理跳变异常值,完成实际时间序列的预处理。再次,使用ARIMA模型平滑时间序列中不确定时延带来的噪声抖动,获得平稳的时间序列。最后,通过提出的注意力增强TCN模型进行预测补偿,完成时钟偏移的补偿校正。通过实验仿真,得到基站区间内位置、基站间距以及车速对高速铁路时间同步的影响性分析。实验结果表明:与对比方法相比,所提方法补偿后的均方根误差较最小二乘法减少了75%、较最大似然估计方法误差减少了44.4%,较BP神经网络方法误差减少了16.7%,验证所提方法具有更低的同步误差和更高的同步精度。

基于灰预测的PTP协议改进方法

随着无线网络节点时钟同步需求的日益增加和实时性应用的增多,时钟同步的地位越来越突出,在改善用户体验、提高节点资源的使用率、提高系统稳定性等方面,时钟同步也有着重要意义。精确时钟同步协议(precision time protocol,PTP)广泛运用在时钟同步机制,然而,由于无线网络中存在随机不对称时延,使得PTP的精确度下降。尽管通过统计和估计的方法可以提高同步精度,但需要收集大量的样本,这将导致收敛速度减慢,对于资源有限的设备节点还会引发内存占用问题。首先给出了无线网络中节点之间时钟偏差的特性分析,然后提出了一种基于GM(1,1)的灰预测模型的快速时钟同步方法,该方法基于灰预测理论,灰理论是针对既无经验,数据又少的不确定问题。而对于资源有限的无线网络节点的时钟同步,不对称时延是不确定性的,同时样本很少,非常适合用灰理论进行时延估计。实验结果表明所提解决方案可以实现高精度的快速时钟同步。

一种基于PTP协议的局域网高精度时钟同步方法

PTP协议是IEEE-1588中定义的一种精密时钟同步协议,广泛应用于分布式系统中。但当采用纯软件实现时,同步精度受到网卡的缓存效应、网络的平稳性和操作系统的进程调度等多种因素的影响,难以达到亚毫秒的精度。本文通过分析各种影响因素的特点,结合PTP协议时钟同步机制,提出了一种高精度时钟同步方法,通过采用握手机制以及对测量数据进行处理,有效减弱了各种因素的影响,并结合基于CPU定时器构造的高精度时钟,实现了亚毫秒精度的时钟同步。

基于WR-PTP的亚纳秒时间同步技术研究与实现

电信级地面授时主要采用IEEE 1588v2协议,该协议在4G阶段尚可达到要求,但不能满足5G通信中某些应用的需求。为了进一步提高精度,采用基于白兔精确时间协议(WR-PTP)的时间同步技术来实现亚纳秒级同步。深入研究WR-PTP技术特征后,基于WRPC-v4.2内核研制了具有长距离传输能力的WR-PTP时钟模块,通过校正传输链路的不对称性,在100 km远程点对点光纤链路进行实验,测得时间同步偏差为41.5 ps,时间同步精度为-9.5 ps。

一种改进型PTP协议在铁路地面信号设备系统的应用研究

随着列车跨线跨区行驶速度提高,铁路地面信号设备时间统一显得尤为重要。铁路时间同步方法基于NTP协议传输。针对NTP同步技术在传输过程中存在着同步精度低、时间延迟高和稳定性弱的不足,提出一种改进型精准同步协议(PTP)在铁路地面信号设备系统中进行应用。在OPNET仿真下搭建基于3局15站的3层网络拓扑结构的网络模型,在协议层中分别建立改进型PTP协议和NTP协议的子进程模型,通过仿真对同步技术做出对比。研究结果表明:在仿真环境下应用改进型PTP协议同步精度和稳定性有大幅度提高。

PTP网络非对称时延抖动修正算法设计与分析

为了改进PTPV2时间同步网络非对称时延抖动对主从时钟同步精度的影响,设计了传输报文的非对称时延抖动修正算法;基本思路是在主从时钟交换报文信息中,找出最佳报文用于从时钟的调整;采用两级过滤先进增强时间恢复算法,即使发生网络传输阻塞,也能筛选出未受阻塞的幸运报文用于时钟偏差估计;新算法能够很容易集成到PTPV2协议中,而不会影响基本的报文信息交换;实际测试结果表明,新设计的时间恢复算法,在普通交换机网络中,可有效抑制非对称时延抖动,主从时钟同步精度也可优于100ns。

山东电力PTP时间同步网的建设与展望

介绍了时间同步的概念和主要方式,简要描述了PTP网络对时协议的同步过程,针对目前时间同步存在的问题,分析论证了建设全省时间同步网的必要性和意义;同时结合山东电力传输网现状及发展趋势,展望了基于地面链路的山东电力时间同步网建设与应用,可作为山东电力PTP时间同步网建设的参考依据。

PTP协议时间同步精度测试

本文根据PTP精确时间协议的同步原理,研究了时间同步的测试方法与实现,提出了测试时间同步的方法和系统结构,开发了时间同步测试仪。通过实际应用,证明这种测试方法能够准确地测试被测设备的时间同步精度。

IP时代的电视系统同步技术综述

随着电视系统由传统的串行数字接口(Serial Digital Interface,SDI)架构逐渐向网际互连协议(Internet Protocol,IP)架构转变,网络时钟协议(Network Time Protocol,NTP)、精确时间协议(Precision Time Protocol,PTP)、实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP)时间戳(Timestamp)、电影和电视工程师协会(The Society of Motion Picture and Television Engineers,SMPTE)ST 2059等信号取代了传统SDI架构中的黑场(Black Burst,BB)信号,成为IP化电视系统的设备同步、流同步信号。基于此,详细介绍PTP的同步原理、RTP数据包的重要数据格式、RTP时间戳在视音频流同步中的原理及SMPTE ST 2059的定义及相关应用。

IP架构电视系统测量分析

随着基于电影和电视工程师协会(The Society of Motion Picture and Television Engineers,SMPTE)ST 2110标准的网际互连协议(Internet Protocol,IP)化电视系统越来越多,传统串行数字接口(Serial Digital Interface,SDI)架构电视系统测量方法在IP化电视系统中已不再适用。对此,详细介绍IP测量与SDI测量的区别与联系,以及IP架构电视系统测量的内容、方法及相关指标,以期在IP化电视系统出现问题时,能够通过相关测量,快速定位、解决系统故障。

基于PTPd2的精密时钟同步软件实现方法

针对软件实现方式在协议栈网络驱动层获取时间戳,易受协议栈延时和抖动影响导致同步精度较低的问题,提出一种精密时钟同步软件实现方法。基于开源代码PTPd2采用纯软件方式实现IEEE 1588协议,通过Linux系统的内核函数在网络驱动层获取报文时间戳,相比网络时间协议在应用层获取时间戳可有效避免协议栈的干扰,同时利用Wireshark抓包软件捕获报文经过介质访问控制(MAC)层的时间,在PTPd2中补偿报文从网络驱动层传输到MAC层产生的延时和抖动,提高了时钟同步精度。实验结果表明,当主-从时钟设备直接相连时,合理设置P、I值和同步周期并补偿出边界时间,时钟同步精度可达19μs,可满足大部分分布式控制系统的要求。

基于PTP授时的高可靠时间统一系统的应用研究

现如今,各领域对时间统一系统的性能要求越来越高。以往的时间统一系统大多使用网络时间协议(Network Time Protocol, NTP)进行授时,但该协议只能提供毫秒级的同步精度,且主时钟一般为固定不变的,无法满足测控等应用领域的高精度、高鲁棒性的要求。基于此,对基于IEEE1588标准(Precision Time Protocol,PTP)授时的高可靠时间统一系统的应用进行了深入研究。本系统采用PTP协议进行授时,可使系统时间同步精度达到纳秒级,并以最佳主时钟算法(Best Master Clock,BMC)为理论基础,设计并实现手动设置与自动选择两种模式的双机热备功能,满足了测控等应用领域对时间统一系统的高性能要求。相比较以往的时间统一系统,本系统大大提升了系统的授时精度与鲁棒性。

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30 ns以内,同步偏差最低可达1.38 ns,验证了所提算法的优越性。

基于PTP协议的分布式数据采集系统可行性分析

论文首先介绍了PTP协议的开发背景,接着对协议中涉及的时间同步原理、同步时钟和最佳主时钟算法进行了详述。然后就其它传统同步技术,分析了PTP协议的优势,指出PTP协议综合了软硬件同步方法的优点,可以在不需要太多资源的前提下,就能够获得量级在亚微秒级的时钟同步精度。最后,得出研究基于PTP协议的分布式数据采集系统是可行的结论。

PTP协议在广电时间同步网中的应用研究

随着广电行业的飞速发展,以串行数字接口(SDI)基带信号为基础技术架构的传统电视信号已经很难满足未来技术发展和业务扩展的需求.得益于现代通信技术的迅速发展以及即将到来的万物互联的5G时代,广电行业也将采用IP化技术来构建新的网络系统.处在向IP化发展的过渡期,广电IP化目前还存在一些亟待解决的问题.为了解决广电系统网络中需要更高精度的同步信号来完成时间同步的问题,本文利用精确时间协议(PTP)时间同步技术在专用以太网中完成时间同步组网,搭建了测试环境并对测试数据进行了分析.测试结果表明,相较于传统的网络时间协议(NTP)时间同步技术,输出PTP信号的准确度能够达到亚微秒量级,完全满足广电行业IP化数字电视系统时间同步信号的高精度需求.

PTP技术分析与应用

在通信系统全网IP化的大背景下,分组网络作为统一承载网将面临新的同步需求问题。传统的同步技术精度较低,无法满足新应用对高精度同步的需求。IEEE 1588标准精密时间同步协议(PTP)的提出,成为一种有效解决高精度同步问题的方案。首先分析了PTP技术的同步原理,接着通过综合比较当今几种常用的同步技术的特点得出PTP技术的优势,最后提出了应用方案,并分析了实施过程和部署灵活性。PTP技术可方便灵活地应用于分组网络中,同步精度可达亚微秒级,将成为GPS的有效替代。

基于88E1512的PTP精确时间同步协议设计与实现

随着现代作战平台航电系统高度综合化,作战方式也朝着多用途和体系作战等方面发展,时间同步精度由毫秒量级提高到亚微秒量级,时间同步需求也逐渐由独立系统扩展到分布式系统。基于此,详细介绍高精度时间同步协议(Precision Time Protocol,PTP)的同步原理和工作流程,提出利用88E1512芯片实现PTP时间同步的方法,并详细分析其软硬件架构以及实现流程,同时搭建测试环境开展测试验证。测试结果表明,该方法的PTP时间同步精度满足亚微秒量级的精度需求。

PTP精密时间同步协议的实现方法与应用

介绍了基于IEEE 1588的PTP时钟同步原理,PTP协议实现中具体的软硬件设计。同时,介绍了PTP精密时间同步协议实现方法的工作流程。最后,提出了PTP在电力系统中的应用场合。