GPS time synchronization through IEEE-1588 protocol

Abstract

[ANGLÈS] Clock synchronization of seismometers is a key point to find the exact location of the earthquake. When seismometers are installed at seafloor observatories, data is collected through a marine cable and by using the Ethernet protocol. In IEEE-1588 protocol, instruments are synchronized through an Ethernet connection. They exchange timing data with a master clock through Ethernet in order to synchronize the clocks with an error below a microsecond. Therefore, instruments MUST be able to receive timing data from an external master clock. We have developed a Stelaris Luminary LM3S9B96 to be able to implement the clock synchronization through IEEE-1588. Furthermore this board is able to get synchronized through PTPd protocol also will supply different outputs, to implement data time stamping for the different types of GPS. The principal framing type of frame generated is TSIP (TSIP: Trimble Standard Interface Protocol) and trigger (PPS) from an external clock, due to it would be tested in a real seismometer, Taurus from Nanometrics. In a normal Taurus, GPS receiver inside Taurus provides this information. But on the seafloor it's impossible to get signal for a GPS so on this system must be used for getting the correct time stamping for data acquirement. It has also been improved to be able to work with other GPS receivers, just for making it interoperable with other systems such as NMEA GPS systems and IRIG-B.

[CASTELLÀ] La sincronización temporal de sismómetros es un punto clave a la hora de localizar la posición exacata de dónde ha sucedido un terremoto. Cuando un sismógrafo es instalado en un observatorio en el fondo marino, la información de éste se extrae mediante un cable marino usando el protocolo de Ethernet. En el protocolo IEEE-1588, los instumentos son sincronizados a través de una conexión Ethernet. Estos intercambian información temporal con un reloj principal llamado "master" para pode sincronizar cada "slave" con una precisión de unos microsegundos. Por lo cual se tiene que proporcionar de alguna manera la capacidad de comunicar cada instrumento o sismógrafo en nuestro caso, con un "master clock". Se ha desarrollado una placa de evaluación de la casa de Luminary, DK-LM3S9B96 para proveer de sincronización temporal a través del protocolo IEEE-1588 a cualquier instrumento o sismógrafo. Además, dicha placa a parte de trabaar con el protocolo PTPd (Precision Time Protocol daemon) nos proporcionará las distintas salidas con las tramas de GPS necesarias para proporcionar las bases temporales y el trigger que en éste caso es un PPS (Pulse Per Second). El primer tipo de trama implementada es el TSIP ( Trimble Standard Interface Protocol) ya que éste podrá ser testeado con un sismómetro real, Taurus de la empresa Nanometrics. En un Taurus normal el receptor GPS ca incorporado en el sismógrafo y provee dicha información temporal necesaria para captar los datos. Pero en el fondo marino es imposible sincronizar un GPS con los relojes atómicos de los satélites, es por este motivo que se utilizará el protocolo IEEE-1588 con la placa mencionada previamente. También se ha implementado sobre la placa los protocolos NMEA e IRIG-B, que son protocolos de comunicación GPS y que hace que el sistema sea interconectable con cualquier sistema que sea sincronizado mediante GPS.

[CATALÀ] La sincronització temporal de sismòmetres es un punt clau per tal de poder localitzar la posició exacta on ha succeït un terratrèmol. Quan un sismòmetre és instal·lat en un observatori del fons marí, la informació que aquest extreu es recull mitjançant un cable marí utilitzant el protocol d'Ethernet. En el protocol IEEE-1588, els instruments són sincronitzats a través d'una connexió Ethernet. Aquests intercanvien informació temporal amb un rellotge principal anomenat "master" per tal de poder sincronitzar-se cada instrument amb una precisió d'uns pocs micro segons. Per tant s'ha de proporcionar d'alguna forma la capacitat de comunicar-se amb un "master clock" al sismòmetre que es vol sincronitzar. Ha estat desenvolupada una placa d'avaluació de Luminary, l'Stellaris DK-LM3S9B96 per ser capaços de proveir sincronització temporal a través del protocol IEEE-1588 a qualsevol instrument, com en podria ser un sismògraf. A més a més aquesta placa a part de treballar amb el protocol PTPd (Precision Time Protocol daemon) ens proporcionarà les diferents sortides amb les trames de GPS per proporcionar les bases temporals i el trigger que en aquest cas és un PPS (Pulse Per Second). El primer tipus de trama implementat es el TSIP (TSIP: Trimble Standard Interface Protocol) ja que aquest podrà ser testat amb un sismòmetre real, Taurus de l'empresa Nanometrics. En un Taurus normal el receptor GPS va incorporat en el sismògraf i proveeix aquesta informació temporal necessària per captar les dades. Però al fons marí es impossible sincronitzar un GPS amb els rellotges atòmics dels satèl·lits, i per aquest motiu s'utilitzarà el protocol IEEE-1588 amb la placa esmentada. També s'ha implementat sobre la placa els protocols NMEA i IRIG-B, que son protocols de comunicació de GPS i que fan que el sistema sigui interoperable amb qualsevol sistema que se sincronitzi mitjançant GPS.