Pour les réseaux broadcast, qu’ils diffusent de la vidéo (télévision ou streaming) ou de l’audio (radio), la synchronisation temporelle est une nécessité.
En effet, si les équipements ne sont pas parfaitement synchronisés, on peut observer différentes erreurs comme des désynchronisations audio/vidéo, ou encore des erreurs de montage à cause de trames inversées.
Ces problématiques peuvent être amplifiées par une mauvaise qualité du réseau ou un trafic très important. Il est donc important que la synchronisation temporelle soit optimale pour offrir une expérience utilisateur satisfaisante.
PTP, la précision au service des réseaux de broadcast
Pour répondre à ce besoin, il faut un protocole de synchronisation offrant une grande précision et fonctionnant sur de grandes distances. Les réseaux de broadcast doivent en effet adresser un grand nombre de clients dispersés géographiquement à l’échelle d’un pays ou plus.
PTP (Precision Time Protocol) est un protocole de synchronisation temporelle qui offre d’excellentes garanties et fonctionnant sur de grandes distances. Il a été standardisé pour la première fois en 2002 sous le nom IEEE-1588. Il a ensuite été révisé plusieurs fois.
PTP a été introduit pour offrir une meilleure précision par rapport à NTP (Network Time Protocol) qui n’offre qu’une précision théorique de l’ordre de la microseconde. PTP utilisant des horodatages matériels, il permet d’atteindre théoriquement une précision de l’ordre de la nanoseconde. En pratique, la précision est inférieure à la microseconde ce qui est suffisant pour les réseaux broadcast.
Comment fonctionne PTP ?
PTP fonctionne sur un mode maître-esclave avec une horloge maître qui va diffuser son heure à l’ensemble du réseau.
Afin de ne pas surcharger l’horloge maître d’un réseau, celle-ci peut être aidée par des « boundary clocks » qui agissent comme des esclaves par rapport à l’horloge maître mais comme des maîtres pour les horloges se trouvant derrière elles sur le réseau.
Deux types de messages vont circuler. Tout d’abord l’horloge maître diffuse son horodatage et dans le même temps, le délai de transmission est estimé par les horloges esclaves du réseau. Ensuite, une fois qu’un esclave connaît le décalage induit par le réseau entre lui et l’horloge, il peut synchroniser son horloge lorsqu’il reçoit les horodatages de l’horloge maître.
La spécificité des réseaux IP
Traditionnellement, les opérateurs utilisaient des réseaux analogiques pour diffuser des contenus audios ou vidéos. Chaque canal ne pouvant faire passer qu’un seul flux, les besoins de synchronisation étaient moindres et étaient assurés par des algorithmes conçus pour fonctionner sur ce type de support comme black and burst ou tri-level sync. Récemment, les opérateurs s’éloignent de SDI (Serial Digital Interface) au profit d’IP (Internet Protocol) pour des raisons de coûts et de facilité de maintenance.
Les réseaux SDI étant toutefois plus fiables que les réseaux IP, ce changement implique une attention accrue à la gestion des paquets sur le réseau et à une plus grande attention portée sur la synchronisation pour éviter les erreurs. La précision temporelle devient donc primordiale.
PTP permet de répondre à ces défis. Grâce à sa grande précision, il permet de synchroniser efficacement un grand nombre de machines. Les trames audio et/ou vidéo partent certes dans le bon ordre de la source, mais il n’est pas certain que les paquets ne rencontrent pas de délais ou ne soient pas perdus en route. Avec un horodatage précis, le récepteur sera capable de les remettre dans l’ordre pour diffuser la séquence dans l’ordre à l’utilisateur.
Les aspects techniques de PTP
Dans la configuration de PTP, il existe un mécanisme de profils qui permettent de définir un ensemble de paramètres du protocole. Ces différents profils permettent de s’assurer que PTP va fonctionner au mieux pour l’application envisagée. Il existe ainsi un profil dédié aux réseaux broadcast. Il permet de tirer le meilleur parti de PTP afin d’éviter au maximum les erreurs. Ce profil a été défini par la Society of Motion Picture and Television Engineers et se nomme SMPTE 2059-2. Voilà les paramètres définis par le profil :
| Paramètre | Défaut | Minimum | Maximum |
|---|---|---|---|
| Domain number | 127 | 0 | 127 |
| announce interval | 250 ms | 125 ms | 1 s |
| Sync interval | 125 ms | 1/128 s | 500 ms |
| Delay request interval | Sync interval | Sync interval | 32 x Sync interval |
Grâce à des profils prévus pour, PTP assure également une synchronisation adaptée aux réseaux mobiles 4G et 5G. ces réseaux sont de plus en plus souvent un enjeu pour les réseaux broadcast avec l’évolution des usages de consommation. De manière plus générale, PTP est désormais utilisé dans le standard du Open Radio Access Network (Open RAN ou O-RAN).
