Use of PTP in AVoIP Networks

Tato bakalářská práce se zaměřuje na návrh, implementaci a vyhodnocení nízkonákladového PTP grandmasteru pro sítě AVoIP, synchronizovaného pomocí GNSS. Moderní protokoly AVoIP, jako jsou Dante a AES67, vyžadují striktní časovou synchronizaci pro zajištění přesného přehrávání médií bez výpadků zvuku nebo jiných artefaktů. Ačkoliv jsou na trhu dostupná komerční zařízení grandmaster, tato práce zkoumá vlastní řešení založené na běžně dostupném hardwaru, konkrétně na Raspberry Pi 5 a Adafruit Ultimate GPS HAT. Teoretická část představuje základní principy časové synchronizace v síťových systémech, porovnává protokoly NTP a PTP, detailně popisuje standard IEEE 1588 a zkoumá požadavky na časování v sítích AVoIP. Praktická část popisuje sestavení hardwaru a softwarovou konfiguraci zařízení grandmaster. Systém využívá hardwarové přerušení 1PPS, časová data NMEA a sadu linuxových balíčků, která zahrnuje gpsd, chrony, phc2sys a ptp4l. Pro zlepšení přesnosti synchronizace byly implementovány dvě softwarové optimalizace: izolace procesorových jader a sdružování přerušení síťové karty. Výsledný grandmaster byl nasazen a testován v rámci univerzitní sítě s podporou protokolu Dante. Vyhodnocení ukázalo, že izolace procesorových jader úspěšně snížila směrodatnou odchylku posunu hardwarových hodin více než trojnásobně (z 388,8 na 117,4 ns). Další testování prokázalo vysokou stabilitu systému během simulovaných výpadků sítě, signálu GPS a napájení, čímž se demonstrovala jeho vhodnost pro nasazení v produkčním prostředí AVoIP.

Táto bakalárska práca sa zameriava návrhom, implementáciou a vyhodnotením nízkonákladového PTP Grandmastera pre AVoIP siete, synchronizovaného pomocou GNSS. Moderné AVoIP protokoly, ako sú Dante a AES67, vyžadujú prísnu časovú synchronizáciu na dodržanie presného prehrávania médií bez výpadkov zvuku alebo iných artefaktov. Hoci na trhu existujú dostupné komerčné Grandmaster zariadenia, táto bakalárska práca skúma vlastné riešenie založené na bežne dostupnom hardvéri, konkrétne na Raspberry Pi 5 a Adafruit Ultimate GPS HAT. Teoretická časť predstavuje základné princípy časovej synchronizácie v sieťových systémoch, porovnáva protokoly NTP a PTP, podrobne opisuje štandard IEEE 1588 a skúma požiadavky na časovanie AVoIP sietí. Praktická časť opisuje zostavenie hardvéru a softvérovú konfiguráciu Grandmaster zariadenia. Systém využíva hardvérové prerušenie 1PPS, časové údaje NMEA a sadu softvérových nástrojov pre systém Linux, ktorá zahŕňa gpsd, chrony, phc2sys a ptp4l. Na zlepšenie presnosti synchronizácie boli implementované dve softvérové optimalizácie: izolácia procesorových jadier a združovanie prerušení sieťovej karty. Výsledný Grandmaster bol nasadený a testovaný v rámci univerzitnej siete s podporou Dante. Vyhodnotenie ukázalo, že izolácia procesorových jadier úspešne znížila smerodajnú odchýlku posunu hardvérových hodín viac ako trojnásobne (z 388,8 na 117,4 ns). Ďalšie testovanie ukázalo vysokú stabilitu systému počas simulovaných výpadkov siete, signálu GPS a napájania, čím sa demonštrovala jeho vhodnosť pre nasadenie v produkčnom AVoIP prostredí