技術コンセプト

エクイニクスのPrecision Timeは、GNSSソースから正確な時刻を受信し、業界標準の時刻プロトコルを使用してその時刻をネットワーク全体に配信します。

高精度時間ソース

Precision Timeは、GNSS受信機を使用して、全地球測位システム（GPS）を含む全地球航法衛星システム（GNSS）から正確な時刻を取得します。

GNSSタイムソースと冗長性

プレシジョンタイム・インフラストラクチャは、GPS信号を正確に受信できる冗長GNSS受信機を使用し、正確な時刻を提供します。さらに、GNSS受信機にはルビジウム原子時計が搭載されており、何らかの理由でGPS信号への接続が失われた場合でも、ホールドオーバーのタイミング精度を提供します。

Precision Timeインフラストラクチャで使用されるGNSS受信機とアンテナは、GPS L1、GLONASS L1、BeiDou B1、Galileo E1、QZSS L1を含む複数のGNSSコンステレーションからの信号を受信できます。これらの時間ソースを組み合わせることで、複数のレベルの冗長性が得られます。

Precision Time Server 1とTime Server 2は、それぞれ別のGPSクロックから時刻を受信します。1つはニューヨーク（NY）のタイミングチェーンから、もう1つはシリコンバレー（SV）のタイミングチェーンから供給され、独立したタイミングソース間の冗長性を確保しています。

グランドマスター・クロックとホールドオーバー精度

GNSS対応グランドマスタークロックは、ルビジウム発振器を使用し、GNSS（GPS）信号源とロックした状態でサブマイクロ秒の精度を実現します。信号源との接続が失われた場合でも、サブマイクロ秒レベルの精度を維持することが可能です。

Precision Timeインフラストラクチャに正確な時刻を提供するGNSS受信機が衛星コンステレーションへの接続を失った場合、このサービスは内蔵の冗長メカニズムに依存します。GPSやその他のコンステレーションを含むすべてのGNSS信号源が利用できない場合、各グランドマスター・クロック内のルビジウム発振器がホールドオーバー・タイミングを提供します。これにより、24時間にわたって最大1.5ミリ秒のタイミング精度を維持することができます。

タイムサーバーとサービス拠点

所定のPrecision Timeサービスロケーション（シリコンバレーやニューヨークなど）内では、2つの冗長GNSS基準時間ソースがすべてのタイムサーバーインスタンスに時間を提供します。同じサービスロケーション内のすべてのタイミングサーバーは同じ基礎となる時間ソースを使用するため、一貫性のある同期された時間配信が保証されます。

2つのサービス接続が同じPrecision Timeサービスロケーションにプロビジョニングされる場合、基礎となるGNSS基準時間ソースは両方の接続で共有されます。ただし、各EPTサービス接続は、それぞれ独立したタイミング・サーバー・インスタンスによってバックアップされます。GNSS基準は共通ですが、一方のサービス接続のEPTタイムサーバー1は、もう一方のEPTタイムサーバー1と同じインスタンスではありません。タイミングサーバーはトラフィックや処理を共有せず、互いに独立して動作します。

タイムサーバーは、高性能NICカードを搭載した物理サーバーで、2つの異なるサーバーから1組のネームスペースが作成されます。一方のサーバーはタイムサーバー1として動作し、もう一方のサーバーはタイムサーバー2として動作します。

GNSS干渉保護

GNSSサービスは妨害電波の影響を受けやすく、妨害電波はGNSS信号と同じ周波数で信号が放送され、GNSS信号がかき消されることで発生します。また、スプーフィングは「偽」の信号がターゲットアンテナに直接放送され、不正なソリューションに収束させることで発生します。

Precision Timeは、GNSSサーバー内の統合GNSSファイアウォール技術を使用してGNSSタイミング信号を保護します。この機能は、GNSS受信機にOrolia BroadShieldソフトウェアを統合することで提供されます。GNSS信号はジャミングやスプーフィングの兆候がないか常に監視されています。妨害が検出された場合、アンテナへのGNSSリンクは無効になり、GNSSサーバー内に統合されたルビジウム発振器を使用して時刻が提供され続けます。

メモ

Orolia BroadShieldソフトウェア統合は香港のサービス拠点ではご利用いただけません。

Precision Timeのインフラストラクチャは、管理されたケージ内の安全なIBXデータセンターでホストされており、パブリックネットワークには公開されていません。このサービスは、RFC 1918アドレッシングを使用してプライベートEquinix Fabricネットワーク上で提供され、すべてのタイミングトラフィックが公共のインターネットから隔離された状態を維持します。インフラストラクチャへのアクセスは厳格に管理され、許可された担当者に限定されています。

Precision Time Grandmasterの実装

Precision Timeサービスでお客様に見えるグランドマスターは、エクイニクスがセキュアなマルチテナントをサポートするために開発したカスタムハードウェアタイムスタンプ実装です。Precision Timeサービスにはそれぞれ固有のプロセスがあり、Equinix Fabric仮想接続を介して完全に分離された状態でサービスを提供します。これにより、IPアドレス、ドメイン、優先度などの設定をお客様のローカル環境に合わせて調整できます。サービス内のネットワークとプロトコルの設定はすべてお客様の接続に合わせてカスタマイズされ、プロトコルの要素が他と共有されることはありません。

異なる顧客接続間で共有される唯一のコンポーネントは、ハードウェアタイムスタンプ用の安定したタイムベースです。エクイニクスは、各Precision Timeサービスサイトで、White Rabbitハードウェアでリンクされたアンチジャミングおよびアンチスプーフィング対策で保護された複数のGNSSサーバーを運用しています。これらのサーバーは、当社のすべてのPrecision Time Grandmasterインスタンスが使用する安定したタイムベースを作成します。

対応タイムプロトコル

Precision Timeは、ネットワーク上のクロックを同期するための2つの時間プロトコルをサポートしています：

• ネットワークタイムプロトコル（NTP）
• プレシジョンタイムプロトコル（PTP）

PTPの時間精度はNTPよりも優れていますが、NTPはネットワークオーバーヘッ ドが少なく、ネットワーク上のより多くのデバイスを同期させることができます。

ネットワークはどちらのプロトコルを使用するようにも設定できます。どちらの場合も、時刻は Precision Time サービスから取得され、同期化のために接続デバイスに配信されます。

PTPとNTPは、時刻同期にUDP（User Datagram Protocol）を使用します：

• PTP は、イベントメッセージに UDP ポート 319 を、一般メッセージにポート 320 を使用します。
• NTP は、クライアントとサーバーの通信に UDP ポート 123 を使用します。

精度と同期

精度は、サービスによって配信される時刻と協定世界時（UTC）との間の最大偏差として定義されます。精度が最も高くなるのは、クライアントがPrecision Timeサービスと同じメトロ内で接続した場合です。リモート接続の精度は若干異なる場合があります。

Precision Timeは、グローバルサービスレベル合意（SLA）監視プラットフォームを使用して継続的に監視され、一貫したパフォーマンスを保証します。

本番環境で観察される標準的な同期精度：

• NTP: 30-100マイクロ秒以下（99.9パーセンタイル）、ネットワークパフォーマンスにより異なります。
• PTP: 1-10マイクロ秒以下（99.9パーセンタイル）、ネットワークパフォーマンスにより異なります。

NTPサービスレベル契約

Precision TimeはNTPの精度SLAを提供していません。同じメトロの実運用環境では、一般的な可視精度は99.9パーセンタイルで30～100マイクロ秒以下です。リモート接続やより可変的なネットワークパスの場合、ネットワークの状態や展開によっては、観測される精度が1～10ミリ秒の範囲内に収まることがあります。

SLA	Requirements to Meet SLA	Comments
99.9%	Use at least one Fabric port or virtual device.	Connect to any available service location as described in Service Locations.
99.999%	Use two Fabric ports or virtual devices on primary and secondary networks, with separate Precision Time connections.	For each service connection, connect to any available service location as described in Service Locations. Connecting to two different service locations will help achieve an additional level of geo-redundancy.

PTPサービスレベル契約

プレシジョンタイムPTPサービスは、ネットワークアーキテクチャや導入条件にもよりますが、50マイクロ秒以下の精度SLAを提供します。通常、精度は最大5～10マイクロ秒です。同じメトロ内でローカルにサービスを利用する場合、精度は最大1～2マイクロ秒になる可能性があります。

精度SLAはローカル接続に適用されます。リモート接続の精度は若干異なる場合があります。

SLA	Requirements to Meet SLA	Comments
99.9%	Use at least one Fabric port.	Connect to any available service location as described in Service Locations.
99.999%	Use two separate Fabric ports created on primary and secondary Fabric networks. Create two separate Precision Time service connections using each Fabric port.	For each service connection, connect to any available service location as described in Service Locations. Connecting to two different service locations will help achieve an additional level of geo-redundancy.

リープセコンド・ハンドリング

Precision Timeは、Internet Assigned Numbers Authority (IANA)からうるう秒の更新を受け取り、協定世界時(UTC)との整合を維持するために、タイミングに特化した機器を使用してこれらの更新を適用します。

ネットワークタイムプロトコル（NTP）

Precision TimeはこれらのNTP標準をサポートしています：

• NTPv3 (RFC 1305)
• NTPv4 (RFC 5905)

NTPは、クロック同期に使用される軽量で標準的なネットワーキングプロトコルです。ネットワークに参加するコンピュータをUTCの数ミリ秒以内に同期させることを目的としています。NTPサーバーは、ピアネットワーキングを介して真の時刻ソースをトレースするGNSSまたはその他のタイムサーバーを使用して、ネットワーク内のデバイスを同期します。

Precision Time NTPサーバーはストラタムレベル1で動作し、高精度の基準クロックと直接同期します。

NTPは一般的にクライアントサーバシステムとして説明されますが、ピアツーピアの関係でも簡単に使用できます。NTPは簡単に設定できますが、公共のインターネット上で使用する場合、PTPよりも安全性が低くなる可能性があります。

Precision Time NTPは、協定世界時（UTC）とのアライメントを維持するために、タイミング・インフラストラクチャによって直接適用されるうるう秒補正を使用します。うるう秒のスミアとスルーイングは使用されません。

Precision Time NTPは、VRF分離機能を備えたEquinix Fabricを使用したプライベートでセキュアな接続を介して配信されるため、追加の認証メカニズムは必要ありません。NTPエンタープライズ構成ではMD5認証がサポートされていますが、NTSなど他の認証メカニズムはサポートされていません。

Precision Timeは現在IPv4接続のみをサポートしています。IPv6には対応していません。

プレシジョンタイムプロトコル（PTP）

Precision Timeは、「Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control」と題された1588-2008 IEEE標準をサポートしており、一般にPrecision Time Protocol v2（PTP）と呼ばれています。

PTPサーバー（グランドマスタークロックとも呼ばれる）は、マイクロ秒以下の精度でネットワーク全体の時刻を同期します。時間精度を達成するために、PTPは、同期されるすべてのデバイスがハードウェアタイムスタンプをサポートするネットワークインターフェースコントローラ（NIC）を持つことを必要とします。この要件は、ルーターやスイッチなどの中間ネットワークインフラストラクチャにも及びます。

PTPは、計測や制御システムなど、高精度の時間を必要とするシステムで一般的に使用されています。このプロトコルは現在、金融取引、携帯電話タワー通信、海底音響アレイの同期に使用されています。

ハードウェアタイムスタンプは、PTPハードウェアクロックをタイムソースと直接同期させます。パケットは、カーネルまたはユーザー空間に入る前に、ネットワークインターフェースでタイムスタンプされるため、処理の遅延がなくなり、精度が向上します。

ソフトウェア・タイムスタンプはシステム・クロックを同期し、通常NTPで使用されます。タイムスタンプはソフトウェアで生成されるため、ハードウェアタイムスタンプに比べて処理遅延の影響を受けやすく、精度も低くなります。

Precision Timeは、グランドマスタークロックからクライアントデバイスへのエンドツーエンドの時間配信を行うマルチキャストPTP構成をサポートしています。冗長タイム サーバーにより、自動フェイルオーバーとフォールバックが可能です。

Precision Timeは、マルチキャストPTPパケットのデフォルトのTTL（Time to Live）値である64を使用します。この値はサービス内で明示的に設定できるものではなく、基盤となるPTP実装によって制御されます。

PTPのドメイン値は、タイミングドメインを分離するために使用され、時間のソースやトレーサビリティを示すものではありません。

Precision Timeは当初、通常ドメイン0を使用する顧客環境とサービスを区別するために、デフォルトのドメイン値30で開始されました。

Precision Timeは、冗長化されたGNSS時間ソースとサービス拠点に分散されたタイミングインフラストラクチャーにより、協定世界時（UTC）への完全なトレーサビリティを維持しています。

PTPドメイン番号と、優先度やパケットレートなどの関連パラメータは、カスタマーポータルで設定できます。新規接続のデフォルトはドメイン0になりました。

Precision Timeは、クライアント側の優先順位とクロック選択を構成するために使用できるデフォルトのPTPサーバー設定を提供します：

• 優先順位1: 128
• 優先順位2: 128
• クロッククラス 13

Precision Timeは、IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP)規格に基づくSMPTE 2110-10に準拠しています。

主なサービス内容

下の図は、世界規模で展開されるPrecision Timeシステムの主なサービスコンポーネントを示しています。この図では、ニューヨークの地下鉄の詳細と、Precision Timeサービスに接続されたメトロのデバイスを示しています。

定義

• GPSアンテナ - GPSアンテナは、GPS衛星から送信される明確な無線周波数信号を受信するデバイスです。アンテナはGPS信号を電子信号に変換し、GPS受信機に送信します。
• GPSネットワーク・タイム・サーバー - GPSネットワーク・タイム・サーバーは、GPSシステムから高精度の時刻を受信し、その時刻をネットワーク上に配置されたデバイス（ルーター、スイッチ、その他のサーバーを含む）のクロックにブロードキャストするコンピューター・デバイスです。通常、タイムサーバーはクロック同期用にNTPまたはPTPをサポートしています。
• グランドマスター・クロック - グランドマスター・クロックは、外部の時刻基準（最も一般的なのはGNSS衛星ソース（GPSなど））からUTCベースの時刻情報を受信する。この時刻はその後、下流のクライアント・デバイスのクロックに配信される。リファレンス信号を正常に受信すると、グランドマスターはリファレンスから正確な時刻を導き出します。
• バウンダリ・クロック - バウンダリ・ブロック（BC）は、2つ以上のポートを持つクロック・ノードである。例えば、ルーターやイーサネット・スイッチがBCとして動作することがある。BCは通常、1つのポートがセカンダリー・クロックの役割を果たし、残りのポートがマスター・クロックの役割を果たす。
• Equinix Fabric - グローバルなプラットフォーム「Equinix」を利用して、分散型インフラストラクチャとデジタルエコシステムをセキュアに、直接、ダイナミックに接続します。カスタマーポータルを利用して、お客様のデータセンターをEquinix Fabricポートに接続することで、セキュアでオンデマンドなデータセンター間ネットワーク接続を確立できます。詳しくは、Fabricドキュメントをご覧ください。