Сервер времени ИСС-1: налаживаем синхронную работу
Какими достоинствами обладает данное устройство? Может ли оно использоваться в качестве основного для синхронизации по времени всех вторичных устройств на энергообъекте? Попытаемся разобраться в этих и других вопросах в ходе тест-драйва.
Внешний вид
Достав из коробки сервер времени ИСС-1, мы несколько удивились его размерам. Небольшая коробочка, представленная на рис. 1, как заверяет производитель, – источник сигналов синхронизации. На лицевой панели расположены все компоненты, к которым можно подключиться. Среди них: интерфейс для подключения антенны GPS (в комплекте), два интерфейса для вывода сигналов синхронизации, выходной контакт готовности, COM-порт для настройки, ячейки для предохранителей, вход питания и световая индикация. Это все, что нужно прибору, для выполнения своих функций.

Функции
Набор функций достаточно стандартен для устройств такого класса:
- прием сигналов от глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS;
- формирование сигналов точного времени в форматах 1PPS, IRIG-B, IEEE 1344, 10 МГц;
- индикация режима работы;
- самодиагностика, в том числе непрерывный мониторинг состояния антенны – обрыв антенного провода, короткое замыкание;
- режим теплого старта: уменьшение времени поиска спутников и установки синхронизации в случае фиксированного местоположения устройства;
- дискретные выходы для аварийно-предупредительной сигнализации;
- программное конфигурирование.
Мы протестируем наиболее интересные характеристики устройства: время выхода на готовность, поддерживаемые протоколы синхронизации времени и реализацию программного конфигурирования.
Время выхода на готовность
По данным, предоставленным производителем, ИСС-1 имеет очень малые времена синхронизации со спутниками GPS/ГЛОНАСС. Наш офис «выгодно» расположен в окружении бетонных зданий, и требуемое количество открытого небосвода определенно меньше, чем требует большинство производителей серверов времени, поэтому первый тест, который мы выбрали для ИСС-1, заключается в измерении времени синхронизации со спутниками в жестких городских условиях.
В устройстве ИСС-1 имеется специальный светодиод индикации синхронизации со спутниками, кроме того в ПО (о нем позже) отображается текущее состояние устройства и источник синхронизации (от GPS или от собственного генератора). Вооружившись секундомером, мы стали считать время выхода на синхронизацию со спутниками в разных режимах.
Холодный, теплый и горячий старты. На интуитивном уровне наладчики, возможно, понимают, о чем идет речь, более глубокими познаниями обладают разработчики таких устройств. Уверены, небольшой экскурс в мир космоса не повредит.
В основе видов стартов лежат два термина. Альманах – совокупность данных об основных параметрах орбит спутников. Эфемериды – данные, по которым вычисляются отклонения орбиты, коэффициенты возмущения и т.д., иначе – данные, уточняющие положения спутников.
Принцип подключения при общем рассмотрении выглядит следующим образом:
- Поиск спутников.
- Установление связи с первым возможным для обмена данными.
- Получение альманаха не только спутника, с которым осуществляется связь, но и других спутников орбитальной группировки конкретной системы GPS/ГЛОНАСС.
- Получение эфемерид от каждого из спутников.
- Синхронизация.
Об особенностях стартов далее.
Опыт №1 – Холодный старт
Холодный старт – время, требуемое для синхронизации сервера при включении устройства после длительного перерыва.
В такой ситуации альманах и эфемериды вообще отсутствуют в памяти устройства, поэтому значительное время требуется для загрузки данных.
Подобный эффект наблюдается также при переносе устройства на новое место, сильно удаленного от изначального. Удаленных мест у нас в офисе не много, поэтому мы ограничивались проверкой с точки зрения отключения прибора на продолжительное время (сутки и более).
Среднее время составило 3 минуты, что очень достойно для такого ограниченного для видимости спутников пространства. Кроме того, проводился запуск устройства без выноса антенны на улицу. В данном эксперименте время холодного старта составило 6 минут.
Производитель в свою очередь заявляет, что холодный старт устройства осуществляется менее чем за 2 минуты. Имея в виду, что наше местоположение отличается от «стандартных» мест установки антенн – довольно неплохо.
Опыт №2 – Теплый старт
Важно отметить, что альманах и эфемериды актуальны 30 суток и 30 минут соответственно.
Теплый старт – время, требуемое для синхронизации сервера при потере и восстановлении питания в короткий срок. Время это значительно меньше времени холодного старта, так как необходимо обновить только данные эфемерид.
В рамках эксперимента по измерению времени теплого старта мы отключали устройство от питания на время от 5 до 10 минут, после включения замеряли время включения устройства, а также время синхронизации. На рис. 2 представлен соответствующий график, на котором изображены времена включения устройства, время синхронизации со спутником, суммарное время на включение и синхронизацию, а также время, заявленное производителем.

Опыт №3 – Горячий старт
Горячий старт – время, требуемое для синхронизации сервера при восстановлении после повреждения канала связи с антенной, без потери питания устройства. В данной ситуации также необходимо установить связь со спутником и, если требуется, обновить эфемериды. На рис. 3 и 4 приведены соответствующие графики при разном времени повторного подключения антенны.


Конфигурирование
Конфигуратор, наряду с аналогичными программами от «Прософт-Системы», не отличается изысканным дизайном, но юзабилити сохраняется на достаточно хорошем уровне. Порадовала возможность автоматического определения COM-порта, по которому выполнено подключение.

Конфигуратор ИСС-1 встретил нас первым диалоговым окном «Состояние» (рис. 5), отражающим текущие параметры устройства. Во-первых, это индикаторы состояния подключения антенны (ANT), синхронизации устройства со спутниками (LOCK) и информационного обмена со спутниками (DATA).
Отдельный подраздел «Спутники» показывает общее количество спутников, видимых сервером времени, и количество спутников ГЛОНАСС из них. В процессе тест-драйва мы включали устройство, соответственно, синхронизировали много раз, но количество спутников ГЛОНАСС оставалось равным нулю. Причина кроется в регламенте производителей навигационных систем. В соответствии с регламентом, использование GPS находится в приоритете. Если спутников не хватает, то используют ГЛОНАСС, а мы «нашли» 8 спутников GPS в рамках бетонной коробки в центре Москвы – результат отличный, тем более что для точной синхронизации достаточно четырех спутников.

Раздел «Конфигурация» (рис. 6) несколько подпортил общее впечатление. Единственный параметр, который доступен для изменения, – «Тип выдаваемых данных». Ни один параметр из остального перечня после применения конфигурации не устанавливается, а возвращается в исходное значение.

Раздел «Настройка выходов» (рис. 7) порадовал возможностью настройки двух выходов на одновременную работу и объемом параметров, доступных для задания. При параметрировании выходов можно выбрать один из протоколов, согласно которому будут формироваться сигналы синхронизации времени: PPS или IEEE 1344 (стандарт, определяющий расширения временного кода IRIG-B для покрытия года, качества времени, летнего времени, местного времени и високосной секунды).
На момент тестирования устройства отсутствовала поддержка различных форматов временных кодов IRIG-B, хотя в конфигурационном ПО был виден пункт меню с соответствующим выпадающим списком. Это надо учитывать, так как не все производители поддерживают IEEE 1344, а с точки зрения поддержки форматов временных кодов IRIG-B решения производителей отличаются.
Также интересной функцией является настройка длительности импульса PPS. Диапазон можно задать от 10 мкс до 10 мс.
Натурные испытания
После анализа внешних и внутренних характеристик ИСС-1 так и напрашивается что-нибудь им синхронизировать. В данном опыте мы решили использовать два сторонних устройства:
- Устройство сопряжения с шиной процесса (УСШ) производства компании «Профотек», которое оснащено интерфейсом синхронизации времени 1PPS.
- Микропроцессорный терминал релейной защиты и автоматики (РЗА) Schweitzer Engineering Laboratories – SEL 451 с интерфейсом синхронизации IEEE 1344.
С точки зрения синхронизации по времени УСШ, согласно техническим требованиям Implementation Guideline For Digital Interface To Instrument Transformers Using IEC 61850-9-2, различают три режима работы: глобальной и локальной синхронизации времени, а также без синхронизации. Признак глобальной синхронизации выставляется УСШ, когда сервер времени, формирующий сигнал 1PPS, получает сигнал GPS/ГЛОНАСС; признак локальной синхронизации – когда сервер времени формирует синхроимпульсы согласно внутреннему генератору импульсов; признак отсутствия синхронизации времени – в условиях отсутствия синхроимпульса. С режимом отсутствия синхронизация времени все понятно, его УСШ идентифицирует по факту исчезновения импульса 1PPS. А вот разграничивать режимы глобальной и локальной синхронизации УСШ должен помогать сервер времени, изменяя длину импульса 1PPS (при локальной синхронизации в диапазоне 0,9-1,1 мкс, при глобальной синхронизации: 5 мкс – 500 мс).
В этой части помощника из ИСС-1 не получилось: в его настройках можно задавать длину импульса синхронизации, но эта настройка действительна для любого режима работы и не изменяется в зависимости от того, присутствует или отсутствует прием сигналов GPS/ГЛОНАСС. Поэтому наш УСШ всегда транслировал пакеты с признаком синхронизации Global 1PPS, что мы видели в программе Wireshark. При исчезновении синхроимпульса признак синхронизации времени в пакете МЭК 61850-9-2LE принимал значение 0 (none). Казалось бы, синхронизировался УСШ и это все, что нужно. Однако режим локальной синхронизации времени введен для того, чтобы детализировать качество этой синхронизации и обеспечивать сохранение работоспособности некоторых функций, в частности защит с абсолютной селективностью, реализуемых устройствами РЗА одного энергообъекта и получающих информацию от одного и того же сервера времени. Указанное было бы невозможно при наличии только двух режимов: наличия и отсутствия синхронизации времени.
В оправдание стоит отметить, что указанные три режима поддерживают далеко не все УСШ и далеко не все сервера времени умеют изменять длительность синхроимпульса 1PPS в зависимости от наличия/отсутствия связи со спутниками GPS/ГЛОНАСС. ИСС-1 может изменять длительность импульса, но только при пользовательской настройке, так как добавление о режимах синхронизации Global и Local в 9-2LE появилось совсем недавно. Производитель в свою очередь пообещал разобраться в данном вопросе и добавить автоматическое изменение длительности импульса в сервер времени.
С терминалом РЗА SEL-451, оснащенным интерфейсом синхронизации времени IEEE 1344, проблем не возникло. В настройках ИСС-1 мы выставили соответствующий формат, и это все, что потребовалось. После подключения терминал синхронизировался, о чем говорит соответствие метки времени в GOOSE-сообщении и с информацией, отображаемой на интерфейсе ИСС-1 (рис. 8).

Выводы
Устройство ИСС-1 показало хорошие результаты в части быстродействия синхронизации со спутниками глобальных навигационных систем. Измеренные в ходе тест-драйва показатели соответствуют тем, которые декларирует производитель. Навряд ли устройство способно выполнять функции основного сервера времени на энергообъекте, поскольку им не поддерживаются такие широко распространенные протоколы синхронизации времени как NTP/SNTP; также не поддерживаются и различные форматы временных кодов IRIG-B. Но для отдельных применений, например при установке на объекте регистраторов переходных режимов, ИСС-1 вполне подходит, тем более у «Прософт-Системы» есть регистраторы собственной разработки, что означает наличие комплексного решения, и это большой плюс.
Что ждать от этого устройства в будущем? Поддержки новых протоколов синхронизации времени, а именно PTP. Когда конкретно, пока не известно, однако тест-драйв обновленного ИСС-1 мы с удовольствием проведем!
Уязвимое железо или железо с уязвимостями…