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Gigaset DECT N870/N670 LAN-Sync

Beschreibung

Übersicht und Beschreibung Konfiguration Betriebsmodus DECT N870IP/N670 für die LAN-Synchronisation zusätzlich zur DECT-Synchronisation entlang des Synchronisationspfads.

Die Synchronisation via LAN-Sync kann scheinbar einfacher umzusetzen sein als per DECT-Sync. Dafür muss das Netzwerk besondere Spezifikationen erfüllen.

Voraussetzung DECT-Konfiguration

Anders als beim DECT-Sync fungiert beim LAN-Sync die Basisstation mit dem höheren Synchronisations-Level als LAN-Master (DECT Sync-Level 1), die Basisstation mit dem niedrigeren Sync-Level ist ein LAN-Slave.

Vorteile

  • Die Anordnung der Basisstationen kann weiträumiger erfolgen, da keine Synchronisationsketten gebildet werden müssen.
  • Es sind weniger Basisstationen erforderlich, da der Überlappungsbereich der Basisstationen kleiner ist.
  • Fällt eine Basisstation aus, so hat dies keinen Einfluss auf andere Basisstationen.
  • Der Überlappungsbereich für das Handover der Mobilteile kann kleiner sein, da sich benachbarte Basisstationen nicht in stabiler, fehlerfreier Qualität gegenseitig empfangen müssen. Für den Prozess der dynamischen Kanalauswahl müssen sie sich aber dennoch gegenseitig erkennen können. Für ein Handover muss ein Mobilteil eine Verbindung zu beiden Basisstationen in ausreichender Qualität haben!
  • Die Konfiguration des Systems ist einfacher, da alle Basisstationen auf einem Synchronisations-Master synchronisiert werden können.

Nachteile

  • Basisstationen müssen im selben Netzwert-Segment sein.
  • Besondere Anforderungen an die Netzwerk-Konfiguration und Qualität!
  • Für die Nutzung des Precision Time Protocol (PTPv2) muss die Abweichung (Jitter) kleine als 500 ns (rms) sein.

Voraussetzungen Netzwerk-Topologie

  • Alle Komponenten müssen an (möglichst wenigen) Switchen mit mindestens 100 Mbit/s mit passender Verkabelung angeschlossen sein.
  • Möglichst geringe Anzahl von Switch-Hops zwischen Master- und Slave-Basisstationen.

  • Der DECT-Manager und alle seine Basisstationen müssen im selben Level-2-Segment sein (gemeinsame Broadcast-Domäne).

  • Alle Komponenten des DECT-Systems müssen in derselben Multicast-Gruppe sein. Das impliziert, daß Multicast auf und über alle Switches erlaubt sein muß.
  • Alle Komponenten eines Clusters eines DECT-Systems sollten im selben IPv4-Subnetz sein (siehe N870 in verschiedenen Subnetzen ab FW 2.33.1).
  • Für die Inbetriebnahme müssen die Komponenten des Systems IP-Adressen von einem DHCP-Server erhalten. Im Normalbetrieb sollten die Geräte eine IP-Adressen von einem DHCP-Server erhalten.
  • Es muss ein NTP-Server (>= Stratum 2) zur Verfügung stehen (möglichst NTP-Server per Internet). Active Directory-intergrierte NTP-Server sind nicht genau genug. Alle Geräte (DECT-Master/Integrator) müssen diese(n) NTP-Server erreichen können.
  • Cisco CDP muß auf den Switches deaktiviert sein.
  • Switch-Port-basiertes VLAN zur Trennung des Datenverkehrs der Basisstationen von dem anderer Geräte.

  • Trennung durch VLAN-basierter QoS , um Schwankungen bei der Paketverzögerung zu minimieren.

Voraussetzungen Netzwerk-Konfiguration

Die LAN-Synchronisation besteht aus zwei Ebenen:

  • Standard-PTP, das innerhalb einer Multicast-IP-Domäne von allen DECT-Managern geteilt wird (Cluster-Nummern 1-c bis 7-c)
  • proprietäres DLS (DECT over LAN Sync), das die Cluster isoliert innerhalb eines DECT-Managers synchronisiert (Cluster-Nummern 8-i bis 15-i)

  • Synchronisation über LAN macht intensiven Gebrauch von IP-Multicasts, die von den Switches unterstützt werden müssen (auch auf den Uplink-Ports untereinander).

    Zieladressen und Ports für Multicast
    PTPv2224.0.1.129 UDP über Ports 319/320
    DLS-Protokoll239.0.0.37 UDP über Ports 21045/21046

    Kaskadierte Switche benötigen für diese Multicast-Pakete Uplink-Switching, um LAN-Synchronisation zwischen den Basisstationen und Clustern zu ermöglichen. Anderenfalls müssen isolierte LAN-Sync-Cluster eingerichtet werden, die über DECT synchronisiert werden.

  • IGMP-Snooping wird unterstützt und sollte vom Switch unterstützt werden, um die Multicast-Verteilung zu konfigurieren und auf die LAN-Synchronisation der Basisstationen zu beschränken.

  • VLAN-basierter QoS minimiert Schwankungen bei der Paketverzögerung.

  • Switch-Port-basiertes VLAN isoliert den Datenverkehr von Basisstationen von dem anderer Geräte.

  • DSCP (Differentiated Services Codepoint) basierend auf QoS kann zusätzlich effizient eingesetzt werden.

    Einstellungen für DSCP-Tagging
    Sync über LANPTPv2, DLS (proprietär): DSCP=CS7=56
    RTPDSCP=EF=46
    SIPDSCP=AF41=34

Parameter Netzwerk-Konfiguration

Paketverzögerung (Packet Delay Jitter)

Für eine erfolgreiche Synchronisation über LAN ist es entscheidend, die Genauigkeitsschwankung bei der Paketverzögerung (Packet Delay Jitter) zwischen LAN-Master und LAN-Slaves gering zu halten. Die LAN-Master-Rolle sollte demjenigen Switch-Port zugewiesen werden, der den geringsten Paket-Jitter für alle LAN-Slaves bietet.

Wenn es mehrere geeignete Geräte gibt, sollte die LAN-Master-Rolle einem Gerät zugewiesen werden, das wenig Verkehr hat. Dies ist vorzugsweise eine Basis mit geringem VoIP-Verkehr. Im Zweifelsfall können Sie an der Basis sogar DECT deaktivieren und die Basis nur als LAN-Master betreiben. In der Regel ist dies jedoch nicht nötig.

Geräte, die neben der Basisstation auch den DECT-Manager (und den Integrator) beinhalten, sind aufgrund der Vielfalt an Aufgaben und des zu bedienendem Verkehrs nicht als LAN-Master zu empfehlen. Dies gilt auch für Geräte mit mittlerer Kapazität, wenn für die Basis DECT deaktiviert ist. Der dadurch gewonnene Leistungsvorsprung wird durch die DECT-Manager- und Integrator-Funktionen leicht aufgebraucht.

Da mehrere LAN-Übertragungsparameter einen Einfluss auf die Paketverzögerung und deren Jitter haben können, sind qualitativ hochwertige Switches erforderlich und eine bestimmte Höchstzahl an Switch-Hops darf nicht überschritten werden, um einen ausreichend geringen Paketverzögerungs-Jitter zu gewährleisten.

  • Je weniger Switch-Hops es gibt, desto geringer ist die Paketverzögerung und deren Jitter.
  • Je höher die Bandbreite bzw. Qualität der verwendeten Switches in Bezug auf die Paketverzögerung und deren Jitter ist, desto geringer sind die Paketverzögerung und der Paketverzögerungs-Jitter.
  • Verbesserte Paketverarbeitungslogiken (wie L3-Switching oder Paketinspektion) können den resultierenden Paketverzögerungs-Jitter erheblich beeinträchtigen. Wenn möglich sollten diese für Gigaset N870 IP PRO Basisstationen deaktiviert werden, die mit Switch-Ports verbunden sind.
  • Ein deutlich erhöhtes Datenverkehrsaufkommen eines Switches im Bereich des maximalen Durchsatzes kann den Paketverzögerungs-Jitter erheblich beeinträchtigen.
  • Eine VLAN-basierte Priorisierung von LAN-Paketen kann eine sinnvolle Maßnahme zur Minimierung von Paketverzögerungen und deren Jitter für Gigaset N870 IP PRO Basisstationen sein.


Akzeptable Genauigkeitsschwankungen (Jitter)

Um die folgenden Kriterien zu erfüllen, müssen die Switches selbst nicht unbedingt PTP-fähig sein. Die oben genannten Richtlinien sind jedoch im Netzwerk zu berücksichtigen.

Die LAN-Synchronisation basiert auf einem zweischichtigen Aufbau:

  • Es wird natives PTPv2 verwendet, um für alle beteiligten Basisstationen einen gemeinsamen Referenz-Timer zu synchronisieren.
    Der Bezugswert für die Zielqualität bei der Bereitstellung einer ausreichenden PTP-Synchronisation entlang der Basisstationen ist eine PTP-Abweichung < 500 ns (rms). Für diese PTP-Synchronisation werden einige wenige Abweichungen > 500 ns akzeptiert. Diese können erste Warnungen erzeugen. Überschreitet die Abweichung für PTP-Synchronisationspakete die Grenze von 500 ns kontinuierlich, gilt die PTP-Synchronisation als unterbrochen. Ein neues Start-Synchronisationsverfahren wird eingeleitet.
  • Basierend auf der PTP-Synchronisation stellen LAN-Master und LAN-Slave ihren DECT-Referenz-Timer auf einen gemeinsamen Zeitabstand zum allgemeinen PTP-Referenz-Timer ein. Dieser gemeinsame Versatz wird mittels proprietärer Kommunikation ständig überwacht. Der Bezugswert für die Zielqualität dieses Synchronisations-Levels wird durch Prüfen der Referenz-Timer-Abweichung der Synchronisations-Pakete dieses DECT-Referenz-Timers bestimmt: DECT-LAN-Synchronisationsabweichung kleiner als 1000 ns. Ein guter Mittelwert wären 500 ns (rms).

Messmöglichkeit LAN-Sync (DECT Master)

Ab Firmware 2.29.1 stellt das System Statistiken zur Qualität des LAN-Sync im Netzwerk bereit.

BezeichnungFunktionBeschreibung
q-idx-ltLAN synchronization quality

Consists of classified values that are weighted and summarized to one resulting index value.
This value offers a fast indication whether synchronization quality is sufficient or not.

  • q-idx-lt > 90% means LAN sync is functional. Remaining 10% evaluate synchronization quality.
  • q-idx-lt higher than 93% are good values!
o-thr-excPTP offset threshold exceeded

If the PTP deviation is > 500 ns seconds, the counter is increased. The network does not meet the requirement that the PTP deviation is < 500 ns.

  • Values > 500 ns are accepted and might just generate some warnings.
  • Values > 500 ns for a longer time or very high over the 500 ns will result into asynchronization (all calls via this base are disconnected)
  • DECT base that loses synchronization needs up to 30 seconds to start synchronizing again.
d-thr-excDLS offset threshold exceeded

If the DLS deviation > 1000 ns seconds, the counter is increased.

Based on the PTP synchronization the LAN Master and LAN slave adjust their DECT reference timer to one common offset to the common PTP reference timer.
This common offset will be permanently monitored by a proprietary communication.

AsyncLAN synchronization indication

Needs to be monitored for sync loss, in combination with o-thr-exc. If o-thr-exc numbers are hign, the PTP deviation is getting worse, it will result in synchronization loss.

Messmöglichkeit LAN-Sync (DECT Basis)

Ab Firmware 2.36.0 können detaillierte Informationen zum LAN-Sync in jeder Basisstation ausgelesen werden. Die angegebenen Werte sind keine Live-Werte, sondern die Zusammenfassung über einen längeren Zeitraum.

Für die Basisstationen muss LAN-Sync aktiviert sein, um korrekte Werte zu ermitteln. Zugriff auf die Statistiken über das Webinterface der entsprechenden Basisstation.

DECT LAN Sync (DLS) long term statistics

  • ptp-d: ptp clock delay. ptp clock offset to master clock. This value should not exceed 500ns for a longer time
  • dls-d: Measured offset of the local DECT-SYPO signal to the master DECT-SYPO signal. This is the DECT-SYNC criteria and should not exceed 1000ns for a longer time
  • ptp-pd: ptp path delay. This is an indication of the transmission path quality. The account of switches and their processing speed and queue delay's influence this value. Jitter should be as little as possible.

DECT LAN Sync (DLS) statistics overview table

Der aktuelle LAN-Sync-Status (Detail-Infos siehe Gigaset-WIKI).

IfLoad-Statistics

Netzwerk-Auslastung, gesehen von dieser Basisstation.

 

Gigaset Precision Time Protocol (PTPv2)

Das Precision Time Protocol (PTP) synchonisiert Timer innerhalb eines Netzwerkes. In einem LAN wird eine Genauigkeit im Sub-Micrksekunden-Bereich erzielt, sodass das Protokoll sich zur Kontrolle und Messung eignet. Bei Nutzung des LAN-Sync werden die N870-Basisstationen per PTPv2 synchronisiert.

Gigaset N870 ist (bzw kann) ein PTP-Master (sein).

  • PTP-Abweichungen (deviation) müssen kleiner 500 ns sein.
  • PTP-Abweichungen größer 500 ns erzeugen Warnungen im System. Wenn diese Abweichungen dauerhaft größer 500 ns sind, dann wird die PTP-Syncronisation als gestört angesehen und ein neuer Synchronisationsvorgang wird gestartet (kann bis zu 30 Sekunden benötigen).
  • Andere Geräte können auch ein PTP-Master sein (siehe Wikipedia).
  • Switche müssen nicht "PTP aware" sein.
  • Bei der Benutzung von PTP Domains können mehrere PTP Domains innerhalb eines Netzwerkes konfiguriert werden, wenn die Netzwerk-Topologie PTP-Delays oder andere PTP-Probleme verursacht.

  • Eine PTP-Domäne ist ein interagierender Satz von Timern, die mithilfe von PTP miteinander synchronisiert werden. Timer werden einer Domäne anhand des Inhalts der Subdomänennamensfelder in PTP-Nachrichten zugewiesen, die sie empfangen oder generieren. Domänen ermöglichen mehreren Taktverteilungssystemen die gemeinsame Nutzung desselben Kommunikationsmediums.

Gigaset Firmware Benutzung PTP-Modus "clock synchronisation"

Gigaset hat die Verwendung des PTP-Protokolls abhängig von der Firmware geändert:

  • bis Version 2.42 wird "2-step-PTP clock synchronisation" benutzt
  • ab Version 2.42 wird  "1-step-PTP clock synchronisation" benutzt
  • ab Version 2.57 wird  "2-step-PTP clock synchronisation" benutzt

The node which is Master sends a so called «Sync» messages and takes a timestamp (T1). A Sync message contains the timestamp when the Sync message was sent (T1). If a node can insert the sending timestamp (T1) into the Sync message on the fly this is called a «OneStep» cloc.

If the node cannot insert the sending timestamp (T1) on the fly, it will send a so called «FollowUp» message. A FollowUp message contains the sending timestamp of the Sync message (T1)".

For the unexpected case, that some environments have concerns about the improved interoperability and robustness of the two-step clock synchronisation, to switch the LAN-Master base station back to one-step clock procedure. But this situation not expected and so this measure is not recommended. The ptp slaves are anyway always capable to sync to one-step master and two step master. 

BASH 
cli@base-dm-int-7c2f80e0d000:~$ cli-config set dlsd.ptp_cfg_two_step_clk=0

 

Zusätzliche Informationen

Hersteller-Dokumentation:

Weitere Dokumentation:

  • PTP Basics (PDF) - Introduction to PTP protocoll design


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