ASTRO-H 衛星におけるSpaceWire を利用した時刻情報配信の精度検証

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1 W72a ASTO-H 衛星における SpaceWire を利用した時刻情報配信の精度検証 埼玉大学理工学研究科田代 寺田研究室修士 2 年岩瀬かほり 神頭知美 寺田幸功 田代信 ( 埼玉大理工 ) 石崎欣尚 ( 首都大理工 ) 能町正治 ( 大阪大理 ) 高橋忠幸 国分紀秀 尾崎正伸 湯浅孝行 (ISAS/JAXA) 他 ASTO-H collaboration

2 W72a (1/6) 科学目標 ASTO-H 時刻要求精度 中性子星パルサーやブラックホールの X 線変動を調べたい 時刻性能が重要 パルサー 要求精度の一例 ) クラブパルサーのライトカーブ HXD/PIN 位相 電波と X 線の到来時刻差 ~300 us 10=30 us 必要時刻精度 ( ゴール ) adio 1 st Pulse Peak 300 us

3 W72a (1/6) 科学目標 ASTO-H 時刻要求精度 中性子星パルサーやブラックホールの X 線変動を調べたい 時刻性能が重要 パルサー 要求精度の一例 ) クラブパルサーのライトカーブ HXD/PIN 位相 電波と X 線の到来時刻差 ~300 us 10=30 us 必要時刻精度 ( ゴール ) adio 1 st Pulse [ 目的 Peak ] ASTO-Hで採用され 300 us ている時刻配信方法がこれを満たすか検証する

4 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 SMU ( 中央計算機 ) SpaceWire 例 )HXI :SpaceWire : ルーター

5 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 SMU ( 中央計算機 ) Time Code SpaceWire 例 )HXI :SpaceWire : ルーター

6 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 SMU ( 中央計算機 ) Time Code SpaceWire 例 )HXI :SpaceWire : ルーター

7 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 SMU ( 中央計算機 ) Time Code SpaceWire 例 )HXI :SpaceWire : ルーター

8 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 :SpaceWire : ルーター SMU ( 中央計算機 ) TimeCode 到着 固定遅延 TimeCode 送出 SpaceWire ジッタ 時間 Time Code 例 )HXI 装置毎で一定 事前測定 地上補正 SpW が時刻専用でないことでランダムに発生 30 us に納めるべし

9 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 :SpaceWire : ルーター SMU ( 中央計算機 ) Time Code これまでの報告 (2009 春季物理学会湯浅ら, ISC 2010 神頭ら ) リンクレート 100MHz での測定ジッター :1 hop 毎に 0.07 us 増 固定遅延 :1hop 毎に 0.3 us 増 民生品の DIO Board SpaceCube を使用 TimeCode 到着 固定遅延 TimeCode 送出 SpaceWire ジッタ 時間 例 )HXI 装置毎で一定 事前測定 地上補正 SpW が時刻専用でないことでランダムに発生 30 us に納めるべし

10 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 :SpaceWire : ルーター SMU ( 中央計算機 ) Time Code TimeCode 到着 固定遅延 TimeCode 送出 SpaceWire ジッタ 例 )HXI 装置毎で一定 事前測定 地上補正 時間 SpW が時刻専用でないことでランダムに発生 30 us に納めるべし これまでの報告 (2009 春季物理学会湯浅ら, ISC 2010 神頭ら ) リンクレート 100MHz での測定ジッター :1 hop 毎に 0.07 us 増 固定遅延 :1hop 毎に 0.3 us 増 民生品の DIO Board SpaceCube を使用 実際の衛星内は 複数のリンクレート複数のルータ 複雑なネットワーク ネットワーク全体の固定遅延 ジッタ はどうなる?

11 W72a (2/6) SpaceWire(SpW) を利用した時刻配信方法 GPS 受信機 GPS クロック信号 :SpaceWire : ルーター SMU ( 中央計算機 ) Time Code これまでの報告 (2009 春季物理学会湯浅ら, ISC 2010 神頭ら ) リンクレート 100MHz での測定ジッター :1 hop 毎に 0.07 us 増 固定遅延 :1hop 毎に 0.3 us 増 民生品の DIO Board SpaceCube を使用 TimeCode 到着 固定遅延 TimeCode 送出 SpaceWire ジッタ 例 )HXI 装置毎で一定 事前測定 地上補正 時間 SpW が時刻専用でないことでランダムに発生 30 us に納めるべし 実際の衛星内は 複数のリンクレート複数のルータ 複雑なネットワーク 今回の実験では 衛星内部を模した複雑なネットワークを組み測定を行った ネットワーク全体の固定遅延 ジッタ はどうなる?

12 W72a (3/6) 実験セットアップ 2011/06/23 ASTO-H SpWネットワークシステム (EM) 試験にて Link ate 50MHz Link ate 25MHz Link ate 10MHz SMU ( 中央計算機 ) SW1 (DH) SW1 (SI) HXI1 DE HXI1 MIO #1 v HXI1 MIO #2 :SpW ケーブル : outer : TimeCode 到着時刻測定位置 1 SW3 (SI) DE :CPU & FPGA Board Space Card MIO:FPGA Board MIO Board 2 実際の搭載時は 20MHz 1から2までのケーブルの長さは15 m( us/mの遅延を考慮すると us 遅延 ) v HXI2 DE HXI2 MIO #1 HXI2 MIO #2

13 W72a (4/6) 予想を立てる 先に リンクレート毎の調査を行った [TimeCode を作る機能のみの装置 (DIO Board) を利用 ] 50 MHz 1 hop + 25 MHz 1 hop + 10 MHz 3 hop の予想値を計算しておく ジッタ 計 5 hop 50MHz 25MHz 10MHz 5 hop の予想値は 3.12 us 0.18 us 0.36 us 0.86 us 固定遅延 50MHz 25MHz 10MHz 5 hop の予想値は us 秒

14 W72a (5/6) 実験結果 測定時間 :2 分間 TimeCode 数 :7787 個 hop 各位置における TimeCode 到着時刻の差分 固定遅延 ( 中心値 ):8.18 us us

15 W72a (5/6) 実験結果 ジッター :1.81 us 測定時間 :2 分間 TimeCode 数 :7787 個 hop 各位置における TimeCode 到着時刻の差分 最短値 7.26 us 最長値 9.07 us us 固定遅延 ( 中心値 ):8.18 us us

16 W72a (5/6) 実験結果 ジッター :1.81 us 測定時間 :2 分間 TimeCode 数 :7787 個 hop 各位置における TimeCode 到着時刻の差分 最短値 7.26 us 最長値 9.07 us us 固定遅延 ( 中心値 ):8.18 us 固定遅延はやや大きいが ほぼ予想に一致 ( us) ジッタ は予想よりも小さな値となった ( us) us < 30 us 達成!

17 W72a (6/6) まとめ ASTO-H 衛星における時刻情報配信の精度を TimeCode の固定遅延とそのジッタ に着目して検証した ジッタ は 予想よりも小さな値が実測された 固定遅延は 予想よりもやや大きな値となった全体として ネットワーク全体 となっていることが確認できた 各装置の足し合わせ 1. ジッタ は 1.81 us で衛星の要求を十分達成 2. 固定遅延は 衛星搭載品での測定を行う

18 ご清聴有難うございました

2 つの遅延 マスターとスレーブの遅延とスレーブとマスターの遅延を計算しなければなりません まずマスターとスレーブの差を計算します : 最初に送られるタイムスタンプは T1 です T1 はマスターがその Ethernet のポートに Sync message を送った時刻であり Follow-up

2 つの遅延 マスターとスレーブの遅延とスレーブとマスターの遅延を計算しなければなりません まずマスターとスレーブの差を計算します : 最初に送られるタイムスタンプは T1 です T1 はマスターがその Ethernet のポートに Sync message を送った時刻であり Follow-up White Paper W H I T E P A P E R "Smarter Timing Solutions" Precision Time Protocol (PTP/IEEE-1588) IEEE-1588 に定義された PTP ( Precision Time Protocol ) は LAN 上のコンピュータを高精度に時刻同期させる手段となります IEEE-1588 のために構築されたLANにおいて

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