Отечественный сервер времени ИСС-2

Редакция ЦПС тестирует сервер времени ИСС-2 от компании «Прософт-Системы».

Еще в 2017 году на одной крупной выставке мы увидели это устройство под очень стильным круглым колпаком, который, как показалось нашей редакции, означал не защиту от внешнего мира, а невероятный охват территории. Главное здесь — небо. Потому что под колпаком находился современнейший сервер времени производства компании «Прософт-Системы» ИСС-2. Забегая вперед, скажем, что тот самый колпак с выставки символизировал надежное обеспечение точным временем всех, кто будет под ним находиться. Ну что, сверим часы?

Апгрейд или кардинальный пересмотр вида сервера времени?

Сервер времени ИСС-1: налаживаем синхронную работу

Внимательные читатели наверняка заметят, что на страницах журнала «Цифровая подстанция» уже мелькали литеры «ИСС». И точно, два года назад в нашу редакцию попал ИСС-1 — качественный сервер времени, о котором мы уже писали.

Давайте посмотрим, чем отличается ИСС-2 от первой версии. На рис. 1 представлен общий вид ИСС-2, на рис. 2 представлен общий вид ИСС-1, на рис. 3 представлен ИСС-2 со стороны портов и точек подключения.

Галерея. Внешний вид ИСС-2

При знакомстве с ИСС-2 и его сравнении с ИСС-1 относительно внешнего вида мы сделали следующие выводы:

  • ИСС-2 стал больше. Исполнение устройства в форм-факторе 1U19’’ позволит оптимально использовать пространство в шкафах. Так, если бы ИСС-1 получил РТР и устанавливался на DIN-рейку в шкаф, то оставалось бы много неиспользованного пространства.
  • Наличие индикации состояния устройства на передней панели и размещение портов на обратной стороне также позволяет оптимизировать два независимых процесса. Во-первых, индикация на передней панели упрощает анализ состояния устройства при обходе оперативного персонала, за стеклянной дверью сразу видно, в каком состоянии находится устройство: синхронизация — есть, спутники — есть, питание основное и резервное — есть. Во-вторых, порты размещены и с задней стороны, что также упрощает прокладку медных/коаксиальных/электрических линий связи и монтаж оборудования в целом. Если разместить ИСС-1 лицевой стороной во внутрь шкафа, то можно будет аккуратно обвязать его, однако проверить индикацию на устройстве можно будет, только открыв заднюю дверь шкафа. Если же расположить ИСС-1 лицевой стороной наружу, то откроется видимость индикации, но при этом будет неаккуратная обвязка оборудования. ИСС-2 от таких проблем избавлен благодаря своей конструкции.
  • ИСС-2 прибавил в количестве и разнообразии портов. ИСС-1 из-за своей компактности похвастаться таким разнообразием не мог.

В таблице 1 отражено соотношение портов в устройствах ИСС-1 и ИСС-2.

Таблица 1. Сравнение характеристик ИСС-1 и ИСС-2

Тип порта Количество портов ИСС-1 Количество портов ИСС-2
Питание 1 (AC или DC) 2 (AC или DC)
Выходы IRIG-B/PPS (тип настраивается программно) 2 13 выходов:

· 6 под коаксиальный кабель,

· 3 RS-485,

· 2 сухой контакт

· 2 оптоволокно

Ethernet 0 2 (SNTP и/или PTP)
Релейный выход состояния (Alarm) 1 1
COM порты 1 1
Для передачи NMEA 0183 0 4 (1 через COM, 3 через

RS-485)

Как видно из таблицы 1, ИСС-2 значительно прибавил в количестве портов и типов выходных сигналов синхронизации, став универсальным сервером времени, обеспечивающим выполнение любых желаний.

Так как в тест-драйве мы объективно подходим к устройствам, то не можем не сказать, что вряд ли такое разнообразие выходов сигналов синхронизации может понадобиться единовременно в рамках одного объекта. Здесь, конечно, интересно, какие варианты комбинации портов «Прософт-Системы» могут предложить (например, поддержка только PTP по Ethernet или только IRIG-B по коаксиальному кабелю) и как это влияет на цену [1].

Под колпаком

Любой сервер времени тем лучше, чем точнее он обеспечивает синхронизацию времени на объекте. Но, помимо надежной синхронизации ведомого оборудования, важно, чтобы сам сервер обеспечивал подстройку своих внутренних часов от спутников ГЛОНАСС или GPS. Мы провели несколько испытаний сервера времени, чтобы понять, насколько хорошо и в каких условиях он обнаруживает и устанавливает надежную связь со спутниками.

Рис. 4. Антенна ИСС-2 в помещении

Испытание 1. Запуск в помещении, антенна не вынесена за пределы помещения, область видимости небосвода для антенны (через окно) — 15%. Результаты показаны на рис. 4.

Созданные нами условия невозможны на реальном объекте. Однако полученный результат позволяет судить о чувствительности антенны. Даже при такой небольшой области видимости ИСС-2 смог обнаружить достаточное количество спутников для синхронизации.

Рис. 5. Антенна ИСС-2 на улице

Испытание 2. Антенна вынесена на улицу, погода облачная, область видимости — 50%. Результаты показаны на рис. 5.

С точки зрения видимости спутников ГЛОНАСС ситуация изменилась несильно: 5 спутников обеспечивают синхронизацию устройства, но один спутник потерялся из видимости (очевидно, из-за сгущения облаков). А вот со спутниками GPS ситуация улучшилась кардинально: количество видимых спутников сохранилось, но ИСС-2 определил уже не 11, а 17 сигналов, отвечающих требованиям синхронизации.

Испытание 3. При тестировании ИСС-1 мы проверяли запуск сервера на холодный и горячий старт, а также разбирали отличия этих видов пусков, в данном тест-драйве мы не можем не сравнить ИСС-1 и ИСС-2 по данному параметру, поэтому повторили серии испытаний с запуском ИСС-2 при различных условиях. В таблицах 2–4 приведены результаты холодного, теплого и горячего стартов ИСС-2 и их сравнение с соответствующими стартами ИСС-1.

Таблица 2. Холодный старт

Холодный старт ИСС-1 ИСС-2
Среднее время холодного старта в минутах 3 мин 11 с 2 мин 40 с

Таблица 3. Теплый старт

Теплый старт ИСС-1 ИСС-2
Среднее время теплого старта в секундах 30 с 58 с

Таблица 4. Горячий старт

Горячий старт ИСС-1 ИСС-2
Среднее время горячего старта в секундах при отключении антенны на время менее 3 мин 5 с 2 с
Среднее время горячего старта в секундах при отключении антенны на время менее 10 мин 19 с 20 с

Как и ИСС-1, ИСС-2 после прерывания питания запускается последовательно. Сначала осуществляется включение и начинается выполнение внутренних функций устройства, далее включается модуль приема сигналов спутников и обеспечивает синхронизацию устройства. Учитывая, что ИСС-2 имеет поддержку PTP, подробному разбору которого посвящен целый раздел ниже, проанализируем работу устройства с точки зрения запуска, начала формирования пакетов РТР и дальнейшей синхронизации устройства от спутников.

Рис. 6. Первое Announce-сообщение от ИСС-2 при холодном старте

Через 47 секунд после подачи питания на ИСС-2 коммутатор, являющийся ведомыми часами относительно ИСС-2, определил, что север времени является ведущими часами. При этом ИСС-2, не имея синхронизацию от спутников, так как полный холодный старт занимает 2,5 минуты, в Announce-сообщении прописывает, что синхронизация осуществляется от внутреннего генератора (см. рис. 6).

За оставшееся время холодного старта, до момента синхронизации ИСС-2 от спутников, коммутатор периодически сообщал о нестабильно задержке в канале связи и поводил часы. В результате получается, что около 2 минут система синхронизации была нестабильна.

При проектировании системы синхронизации на цифровой подстанции необходимо точно предсказывать работу всех устройств в системе (как ведомых, так и мастеров). Например, если релейная защита, устройства сопряжения (MU) и коммутаторы запускаются быстрее, чем сервер времени будет отправлять достоверный сигнал синхронизации по РТР, потоки 9-2 будут включать в себя метку синхронизации «none», а РЗА в свою очередь будет блокироваться. Решение проблемы — формирование сервером времени пакетов РТР только после полного старта с подхватом синхронизации от GPS или других достоверных источников синхронизации.

Ну а в следующих версиях ИСС-2 или в ИСС-3 надеемся увидеть проработку алгоритма синхронизации от спутников с ускорением их подхвата и формирования корректных РТР-пакетов быстрее, чем «заведутся» остальные устройства на ЦПС [2].

Интерфейс — друг наладчика

ИСС-2 — это прекрасный пример устройства, которое сможет наладить кто угодно. Правда, в инструкции по эксплуатации точно описано, как к устройству можно подключиться (хотите Web-, хотите последовательный интерфейс). Кстати, это редко встречается, но в инструкции прописаны заводские IP-адреса.

Понимая, что наладчика ЦПС без ноутбука не бывает, мы работали с устройством через Web-интерфейс.

На рис. 7 представлено приветственное диалоговое окно. Там приведена актуальная информация о состоянии устройства. Не хватает, пожалуй, состояния работы устройства по протоколу PTP [3]. В левой части рисунка видно, что при непосредственном подключении устройства доступны три пункта меню: «Главная», «Информация об устройстве» и «Авторизация». Устройство нельзя параметрировать, так как сначала необходимо авторизоваться. Однако — что нам показалось очень грамотным решением — есть возможность скачать с устройства руководство пользователя.

Рис. 7. Приветственное окно веб-интерфейса

Раздел «Информация об устройстве» показан на рис. 8. Это стандартный раздел со всей основной информацией об устройстве, прошивках и версиях сборок ПО. Учитывая развивающуюся тему информационной безопасности, наверное, нужно как следует подумать, стоит ли данную информацию давать в такой «свободный доступ». Возможно, лучше первое диалоговое окно представить в виде поля для авторизации, а уже после предоставлять доступ к подобным данным [4].

Рис. 8. Раздел «Информация об устройстве»

Процедура авторизации стандартна — логин/пароль. Мы зашли в роли администратора устройства с возможностью его полной конфигурации. Возможности, которые мы получили, можно посмотреть на рис. 9.

Рис. 9. Возможности администратора устройства

Первые два раздела не изменились. Раздел «Состояние» представлен на рис. 10.

Рис. 10. Раздел «Состояние»

Обращаем внимание на подразделы «Список клиентов РТР» и «Список серверов РТР в сети». Сервер помогает наладчику или обслуживающему персоналу понять, что происходит в локальной сети в данный момент. На момент, когда был сделан скриншот, у подключенного к ИСС-2 коммутатора РТР был отключен, а РТР у ИСС-2 был включен, поэтому в списке серверов он отображает сам себя.

При включении на коммутаторе режима прозрачных часов списки изменились, результаты — на рис. 11. Раздел «Список клиентов РТР» обновился, и мы видим, что на первом и втором портах ИСС-2 находятся устройства (на самом деле, одно устройство, так как мы подключились к одному коммутатору двумя портами ИСС-2), которые в адрес портов ИСС направляют запросы Delay_Request. Так как РТР активирован на ИСС-2 только на втором порту, а на порту 1 мы отключили РТР, то видно, что задержка в канале связи между ИСС-2 (порт 2) и коммутатором составляет 60 нс, а задержка между ИСС-2 (порт 1) не рассчитывается, так как порт ИСС не отвечает на запросы.

Рис. 11. Списки клиентов и серверов РТР

При включении на коммутаторе режима граничных часов (Boundary clock) ситуация меняется (см. рис. 12). В списке клиентов остался только 1 порт, так как коммутатор в режиме граничных часов определяет порт подключения сервера времени и остальные порты на отправку запроса Delay_Request отключает.

Рис. 12. Состояние клиентов и серверов РТР при режиме коммутатора «Граничные часы»

При этом ИСС-2 начинает определять в сети два сервера времени: самого себя (вторая строка таблицы) и коммутатор. При сравнении рис. 11 и 12 стоит отметить, что сервера РТР ИСС-2 определяет по порту Eht 1, на котором, как мы указали ранее, режим РТР не введен.

При включении РТР на обоих портах устройства и режима прозрачных часов на коммутаторе таблицы обновляются и принимают вид, отображенный на рис. 13.

Рис. 13. Список клиентов и серверов РТР при работе портов 1 и 2 ИСС-2 в режиме РТР

На рис. 14 представлен вариант, при котором ИСС-2 портами 1 и 2 с включенным РТР подключен к коммутатору, работающему в режиме граничных часов. ИСС-2 определяет три сервера времени: первая строчка — коммутатор, выступающий в роли сервера времени, подключенного к первому порту ИСС-2; вторая строчка — сам ИСС-2, формирующий данные РТР на первом порту; третья строчка — ИСС-2, формирующий данные РТР на втором порту.

Рис. 14. Коммутатор в режиме граничных часов, порты 1 и 2 ИСС -2 с включенным РТР

Относительно списка клиентов РТР ИСС-2 определяет одного клиента (коммутатор) на втором порту. При этом коммутатор определяет, что по своему порту, которым он подключен ко второму порту ИСС-2, он является ведомым, порт коммутатора, который подключен к первому порту ИСС-2, является мастером. Итог: устройства «договорились» друг с другом в соответствии с IEEE 1588 v.2.

Как видим, такая функция ИСС-2 полезна при наладке и контроле сети, в которой синхронизация организована по РТР. Разве что было бы удобнее, если бы ИСС-2, который параметрируется в данный момент, выделял в списке серверов РТР себя, поскольку не всегда под рукой или в голове есть таблица соответствия МАС-адресов и устройств [5].

Раздел «Журнал событий» показан на рис. 15. Как видно из журнала событий, все наши действия по изменению параметров сервера времени зафиксированы. Стандартная палитра событий: зеленые — системные, серые — фиксация изменений пользователем, красные — ошибки. На наш взгляд, для отечественного продукта не хватает полноценной русификации всего журнала событий [6].

Рис. 15. Журнал событий

Раздел «Сервис» (см. рис. 16) предоставляет возможность не только полного или модульного ребута устройства, но также выгрузки журнала событий, данных диагностики и конфигурации. Все файлы имеют расширение .bin, однако было бы удобнее, если бы диагностику и события можно было выгружать в Excel, Word или «Блокнот». В комплекте с ИСС-2 нам пришла флешка с программой для обновления IsConfig, которая, понятное дело, смогла работать с файлом конфигурации устройства, но посмотреть журнал событий и диагностику у нас не получилось.

Рис. 16. Раздел «Сервис»

Раздел «Настройки» состоит из двух подразделов. Подраздел «Общие» показан на рис. 17. Благодаря данному разделу мы провели тест-драйв не только ИСС-2, но и технической поддержки компании «Прософт-Системы».

Рис. 17. Раздел «Настройки». Подраздел «Общие»

Выявленная проблема — «Настройки сети». При первом подключении к устройству поля ETH1 и ETH2 были пустые. Очевидно, после заводской прошивки эти данные не подтягиваются в модуль Web-интерфейса, что приводит к следующему. Наладчик первый раз заходит в устройство, задает параметры PTP/PPS/SNTP и т. д., сохраняет настройки и перезагружает устройство через Web. Учитывая, что поля настроек сети пустые (нет явного смысла в них что-то вносить, если этого не требуется, а подключение к устройству установлено), в устройство попадает информация, что IP-адреса портов = 0.0.0.0., и связь с устройством теряется. Наладчик, прочитавший мануал, достанет комплектную флешку, установит конфигуратор ИСС, подключит к ноутбуку кабель USB — Serial, установит с флешки драйвера (тоже в комплекте с софтом) и у него не получится подключиться к устройству. Почему? Потому что драйвера не подходят под данную версию прошивки или под Windows [7].

По словам разработчиков ИСС-2, они исправят найденные благодаря нашим испытаниям недочеты в ближайшей прошивке.

Мы позвонили в техническую поддержку «Прософт-Систем», где нам помогли разобраться с версией драйвера и восстановлением IP. После первой записи в Web-адресов, которые можно увидеть на рис. 17, любые последующие перезагрузки устройства, связанные с обновлением конфигурации, к их обнулению не приводили. По словам разработчиков ИСС-2, они исправят найденные благодаря нашим испытаниям недочеты в ближайшей прошивке. Ее можно легко поменять в разделе «Сервис».

В подразделе «Выходные интерфейсы» (см. рис. 18.) осуществляется настройка всех выходных портов синхронизации по «аналоговым» протоколам. Так как осциллографа в нашей редакции не нашлось, проверить точность PPS мы не смогли, но думаем, что в 2018 году его реализация осуществляется без ошибок, как и реализация других нецифровых протоколов.

Рис. 18. Раздел «Настройки». Подраздел «Выходные интерфейсы»

В разделе «Настройки синхронизации» (рис. 19) настраивается поведение ИСС-2 при приеме данных от спутников.

Рис. 19. Раздел «Настройки синхронизации»

Самый важный раздел, когда мы говорим про наиболее точный из существующих протокол синхронизации времени по цифровым каналам передачи данных, — это раздел настроек РТР (рис. 20).

Рис. 20. Настройки РТР

Как видим, два порта ИСС-2 параметрируются независимо. Первая строка параметрирования «Профиль» предлагает устанавливать заранее подготовленные в соответствии с IEEE 1588 профили работы ИСС-2 как сервера времени (мастера). Виды профилей и настройки остальных параметров приведены в таблице 5.

Таблица 5. Виды профилей

Профиль Power Profile Telecom Default P2P Default E2E Utility 61850 Custom
Протокол передачи данных (транспортный протокол) L2 L2 L2/UDPv4 L2/UDPv4 L2 L2/UDPv4
Режим синхронизации 2 step / 1 step 2 step / 1 step 2 step / 1 step 2 step / 1 step 2 step / 1 step 2 step / 1 step
Механизм измерения задержек Pear-to-pear End-to-end Pear-to-pear Pear-to-pear Pear-to-pear Pear-to-pear / end-to-end
Тип «часов» (режим часов ИСС-2) Master Master Master Master Master Master
Домен 0-127, 254 24-43 0-127, 254 0-127, 254 0-127, 254 0-127, 254
Приоритет 1 0-255 128 0-255 0-255 0-255 0-255
Приоритет 2 0-255 0-255 0-255 0-255 0-255 0-255
Ожидание Announce, c 3 3-255 2-10 2-10 3 2-10
Интервал отправки Announce, c 0,125-1024 0,125 1,2,4,8,16 1,2,4,8,16 0,125-1024 1,2,4,8,16
Интервал отправки Sync, c 0,0625-1024 0,0652 0,5-2 0,5-2 0,0625-1024 0,5-2
Интервал отправки pear-to-pear-сообщений, c 0,25-1024 1 1-32 1 0,25-1024 1-32
Класс часов 6 6 3-254 3-254 6 3-254

В плане возможностей конфигурации сервер позволяет синхронизировать любую систему, в которой существуют приемники РТР. В рамках тест-драйва мы провели испытания по синхронизации наиболее «капризного» по отношению к синхронизации устройства — коммутатора.

Рис. 21. Пакеты синхронизации при режиме ИСС-2 Power (2 step)

Первоначально мы включили на ИСС-2 профиль Power (2 step) и посмотрели, какие пакеты он шлет (результаты см. на рис. 21). С точки зрения последовательности пакетов — все корректно. Далее мы подключаем ИСС-2 к коммутатору, на котором включен режим прозрачных часов (см. рис. 22). Как видно на рис. 22, в сети, к которой подключен ПК с WireShark, отслеживаются пакеты от ИСС-2 (Announce, Sync и FollowUp), а также запросы коммутатора Delay_Request на измерение задержки в канале связи.

Рис. 22. Пикап трафика от коммутатора

Коммутатор определяет ИСС-2 как мастера (рисунок 23). Как видно из рисунка, поле Current Master содержит МАС-адрес ИСС-2.

Рис. 23. Определение коммутатором мастера

Отметим важное: в соответствии с IEEE 1588 v.2 в сообщениях типа Sync при двухстадийном режиме синхронизации передается метка времени Origin Timestamp, которая может быть равна нулю или же может передавать данные в секундах и наносекундах. В сообщениях типа FollowUP передаются две метки времени: метка времени синхронизации (Origin Timestamp, не равная нулю) и метка времени, равная задержке в канале связи между ИСС-2 и коммутатором (поле correction на рис. 24).

Рис. 24. Кадр FollowUp

От производителя к производителю метка времени Origin Timestamp в Sync при двухстадийном режиме работы либо равна нулю, либо содержит данные о времени, поэтому ошибкой это считать не стоит. Синхронизация конечного устройства произойдет на основании данных из пакета FollowUP.

При включении на ИСС-2 режима 1 step в сообщении Sync метка времени не равна нулю, а сообщения типа FollowUp не формируются (рис. 25).

Рис. 25. Трафик ИСС-2 в режиме 1 step

Выводы

По сравнению с ИСС-1 новый продукт не только изменился внешне, но также стал более мощным внутри.

С каждым тест-драйвом устройств от российского производителя у редакции ЦПС возникает все большая уверенность в готовности отрасли реализовывать надежные цифровые подстанции в рамках импортозамещения. Мы уже работали с серверами времени от других компаний и не можем не отметить, что реализованный веб-интерфейс сделан максимально удобным для пользователя и позволяет провести необходимые настройки ИСС-2 на объекте с минимальными затратами времени. По сравнению с ИСС-1 новый продукт не только изменился внешне, но также стал более мощным внутри. Устройство теперь еще более универсальное — и закрывает молодой рынок отечественных устройств синхронизации с поддержкой РТР.

Обнаруженные недоработки — это нормально. Учитывая предыдущий опыт работы с «Прософт-Системами», можем утверждать, что к моменту выхода этого материала уже будет выпущена новая прошивка устройства, в которой указанные ошибки будут исправлены.

Ждем новых интересных решений от «Прософт-Систем» и пополнения отечественной линейки оборудования для цифровой подстанции!

Комментарии производителя

[1] Предоставленная для тест-драйва модель не является единственной возможной комплектацией, а в ближайшем будущем появится возможность выбора интерфейсов комплектации под нужды проекта на этапе заказа устройства.

[2] К описанному в разделе «Под колпаком»: Заложенная нами логика работы PTP подразумевала запуск сервиса при старте устройства, чтобы как можно раньше началась синхронизация времени на ведомых устройствах, тем самым гарантируя, что они будут работать в одной шкале времени. Для нахождения компромисса в этом вопросе можно добавить флаг на веб-интерфейсе для выбора режима запуска PTP.

[3] К замечанию по окну веб-интерфейса (рис. 7): информация о состоянии PTP в процессе доработки.

[4] К замечанию по разделу «Информация об устройстве» (рис. 8): оно корректно, с точки зрения кибербезопасности предоставлять данную информацию неразумно.

[5] Проблема с отображением ИСС в списках серверов: заменили логику работы, ИСС больше не отображает себя в этих списках.

[6] Русификация журнала событий: описанная ошибка была исправлена, англоязычные сообщения больше не отправляются в пользовательский журнал.

[7] Проблема с IP-адресами портов: исправлена, сейчас выставляются IP-адреса по умолчанию.

Цифровая подстанция

(close)