[APPLICATION MICROCHIP] En fournissant une alternative terrestre au GNSS, la solution TimeProvider 4500 v3 avec transfert temporel haute précision (HA-TT) de Microchip établit une nouvelle voie en matière de distribution temporelle résiliente et précise pour les infrastructures critiques. Cette technologie garantit notamment une continuité de service 24H/7J, même en cas de perte ou de brouillage des signaux satellites. Grâce à la précision, à l’évolutivité et aux capacités d’intégration apportées, cette approche constitue une solution de référence pour les opérateurs souhaitant protéger leurs réseaux contre les vulnérabilités liées à la dépendance aux systèmes GNSS.

Auteur : Eric Colard

Directeur produits émergents, département Fréquence et systèmes temporels

Microchip Technology

Dans notre monde hyperconnecté, les infrastructures critiques telles que les réseaux de télécommunications ou d’énergies, les transports, la défense et les administrations, nécessitent toutes une synchronisation temporelle précise pour assurer un fonctionnement fluide.

Traditionnellement, les systèmes de navigation par satellite (GNSS, Global Navigation Satellite Systems), tels que le GPS, sont considérés comme une valeur sûre pour fournir cette synchronisation. Cependant, les systèmes GNSS deviennent de plus en plus vulnérables - brouillage, menaces de leurrage et obstacles physiques - pouvant entraîner des problèmes de continuité de service et de sécurité.

C’est dans ce contexte que la solution TimeProvider 4500 (TP4500 v3) de Microchip apporte une technologie terrestre de pointe qui fournit une transfert temporel haute précision (HA-TT, High-Accuracy Time Transfer) sur les réseaux optiques, garantissant un service résilient 24H/7J, y compris en l’absence de système GNSS.

Les vulnérabilités des GNSS, un défi à relever

La synchronisation fondée sur un système GNSS, bien que facilement accessible, n’est pas infaillible. Des interférences, des obstacles physiques voire des attaques délibérées peuvent perturber la réception GNSS, compromettant la synchronisation d’infrastructures critiques. Les gouvernements du monde entier exigent dorénavant des services PNT (positionnement, navigation et synchronisation temporelle) complémentaires afin de renforcer la résilience et la fiabilité.

Ces solutions supplémentaires garantissent le fonctionnement sans interruption en cas de fourniture de service limitée ou de perturbations.

Le PNT, un rôle central de la synchronisation temporelle dans les solutions PNT sécurisées

Ces vulnérabilités des systèmes GNSS ne sont pas que théoriques. Plusieurs incidents ont déjà eu lieu dans le monde prouvant que les interférences et les attaques par leurrage peuvent entraîner des pannes de réseau cellulaire, interrompre des transactions financières, voire menacer la sécurité des infrastructures de transport.

A mesure que les besoins en synchronisation de précision augmentent avec le déploiement de la 5G, des réseaux électriques intelligents et des systèmes autonomes, la nécessité d’une solution de secours robuste devient de plus en plus critique.

Le coût et la complexité liés au déploiement d’émetteurs-récepteurs GNSS sur chaque site d’horloge maîtresse, combinés aux risques de perte de signal dans les environnements urbains denses ou en présence d’interférences hostiles, ont accéléré la recherche d’une alternative terrestre capable d’égaler, voire de dépasser, la précision des solutions GNSS.

L’horloge maîtresse TP4500 v3 constitue la réponse de Microchip à ces défis. Elle fournit une alternative terrestre normalisée aux solutions GNSS autorisant la distribution d’une référence temporelle précise sur de longues distances à travers des réseaux optiques, avec une précision inférieure à la nanoseconde.

Cette innovation représente une avancée majeure pour les opérateurs d’infrastructures critiques en offrant un mécanisme de synchronisation résilient et indépendant des systèmes utilisant des satellites.

Le TP4500 v3 est conçu pour être déployé dans différentes topologies réseau, notamment les architectures point à point, en anneau et maillées. Une flexibilité qui permet aux opérateurs d’adapter leurs réseaux de distribution temporelle à des contraintes géographiques et infrastructurelles spécifiques, tout en garantissant une couverture optimale et une forte redondance.

Le système exploite les infrastructures fibre existantes, limitant les coûts de nouvelles installations et permettant un déploiement rapide de réseaux urbains, régionaux et nationaux.

Qu’est-ce que le transfert temporel haute précision (HA-TT) ?

Le HA-TT est une technologie définie par la norme ITU-T G.8271.1/Y.1366.1 (01/2024) permettant un transfert temporel avec une erreur maximale (|TE|) de seulement 5 nanosecondes (ns) sur 800 kilomètres (km) de fibre optique, soit une moyenne de 500 picosecondes (ps) par nœud dans une chaîne de 10 nœuds.

Cette technologie établit une nouvelle référence dans l’industrie en matière de précision et permet la distribution de l’heure officielle provenant des laboratoires nationaux de métrologie à l’échelle d’un pays entier, sans dépendre des GNSS.

Schéma de la technolgie HA-TT illustrant une classe A avec une erreur maximale de 5 ns sur 800 km

Le TimeProvider 4500 v3 constitue l’épine dorsale d’un réseau terrestre de distribution temporelle, appelé “virtual Primary Reference Time Clock” (vPRTC). Cette architecture exploite les réseaux optiques existants, l’Ethernet standard et des modules SFP usuels, ce qui la rend à la fois économique et simple à déployer.

Vers une distribution temporelle terrestre

Cette architecture vPRTC est conçue pour être évolutive et résiliente. En associant plusieurs unités TP4500 v3 au sein du réseau, les opérateurs peuvent étendre une distribution temporelle précise sur plusieurs centaines de kilomètres, chaque nœud n’introduisant qu’une erreur minimale.

Une approche qui permet de créer un backbone temporel national capable de fournir un niveau de précision identique à celui des déploiements GNSS locaux pour les opérateurs télécoms, les services publics, les infrastructures de transport et les bâtiments administratifs. 


 Architecture de distribution temporelle terrestre vPRTC

Contrairement aux déploiements traditionnels nécessitant un système GNSS sur chaque site d’horloge maîtresse, le TP4500 v3 permet une synchronisation hautement résiliente sans dépendance au GNSS. Il prend en charge des références temporelles UTC(k) fournies par les laboratoires nationaux et s’intègre de manière fluide aux infrastructures réseau existantes. Cette capacité s’avère particulièrement précieuse dans les environnements où les signaux GNSS sont peu fiables ou indisponibles, tels que les installations souterraines, les centres urbains à forte densité ou les zones soumises à du brouillage intentionnel.

En s’appuyant sur un réseau terrestre, le TP4500 v3 garantit que les services critiques (communications d’urgence, chambres de compensation financières ou centres de contrôle des réseaux électriques) restent synchronisés et opérationnels même lors d’interruptions GNSS prolongées.

Utilisation de l’UTC(k) comme référence temporelle pour les sites ePRTC à la place du GNSS

Le TP4500 v3 est conçu pour répondre aux exigences de fiabilité des opérateurs télécoms, avec la prise en charge de multiples modes de fonctionnement et d’architectures redondantes. Il peut être configuré comme horloge passerelle, acceptant plusieurs entrées (GNSS, SyncE, IEEE 1588 PTP, 1PPS, 10 MHz) et générant différents types de sorties pour divers équipements réseau.

Des performances de niveau opérateur

L’horodatage matériel sur tous les ports garantit la plus haute précision, tandis que le système peut évoluer pour desservir des milliers de terminaux PTP. Les capacités HA-TT du TP4500 v3 ne reposent pas uniquement sur la précision brute, mais également sur la constance et la fiabilité.

Le système est conçu pour maintenir sa précision même lorsque les conditions réseau fluctuent, grâce à des mécanismes avancés d’horodatage matériel, de supervision en temps réel et de compensation adaptative des dispersions chromatiques et autres dégradations de la fibre optique.

Les opérateurs d’infrastructures critiques sont ainsi rassurés, car ils peuvent se fier à leur synchronisation, y compris en cas d’engorgement du réseau ou de maintenance.

La redondance est intégrée dans le TP4500 v3 à la fois au niveau matériel et logiciel. Les opérateurs peuvent mettre en œuvre des configurations actif/veille ou actif/actif afin d’assurer la continuité du service temporel même en cas de panne ou de maintenance d’une unité.

Les capacités de supervision du système incluent la mesure en temps réel des signaux 1PPS, 10 MHz et E1/T1, ainsi que des alarmes à seuil pour l’erreur maximale d’intervalle temporel (MTIE) et la déviation temporelle (TDEV), fournissant aux opérateurs des informations exploitables sur l’état et les performances du réseau.

Le TP4500 v3 procure une précision inférieure à la nanoseconde, avec une erreur temporelle maximale de 5 ns sur 800 km. Ces résultats sont rendus possibles par la génération de paquets PTP accélérée matériellement, une technologie de synthèse de fréquence avancée et l’intégration du FPGA PolarFire de Microchip.

Le système dépasse notablement les exigences de la classe D et est optimisé pour les applications dans les télécommunications, les énergies distribuées en réseaux, les transports, les administrations et la défense.

Les principales caractéristiques et éléments différenciateurs de cette technologie peuvent se résumer ainsi : 

- Précision inférieure à la nanoseconde : délai temporel de 5 ns sur 800 km (500 ps par nœud, 10 nœuds)

- Alternative terrestre au GNSS : permet une synchronisation résiliente indépendante des signaux satellites

- Intégration simplifiée : solution basée sur des standards, compatible avec les SFP usuels, Ethernet et les réseaux optiques

- Évolutivité : prise en charge de milliers de terminaux PTP et d’interfaces réseau haut débit (1/10/25 GbE, avec connectivité 100 GbE via des câbles de répartition)

- Redondance et résilience : multiples modes de fonctionnement, fonctionnalité d’horloge passerelle et prise en charge d’entrées de référence hybrides

- Optimisé pour les infrastructures critiques : télécommunications, énergie, transport, défense et administrations

Le TP4500 v3 dispose également d’une interface web conviviale pour la supervision et la gestion. L’interface présente les données de précision du réseau, les valeurs des signaux satellites et l’état du système sous forme d’histogrammes et de tableaux de bord intuitifs. Les opérateurs peuvent ainsi évaluer rapidement les performances et réagir à toute anomalie avant qu’elle n’affecte la continuité de service.

Des marchés et applications variés

Le TP4500 v3 cible les opérateurs d’infrastructures critiques nécessitant un PNT résilient, notamment les réseaux mobiles sans fil (4G/5G/Open RAN), le secteur de l’énergie (réseaux de distribution, réseaux intelligents), les transports (ferroviaire, aérien, maritime), ainsi que les réseaux liés à la défense et au sein d’administrations.

Dans les réseaux mobiles, une synchronisation temporelle précise est essentielle pour les changements de réseau, la synchronisation radio et l’efficacité spectrale. Le TP4500 v3 permet aux opérateurs de satisfaire les exigences temporelles strictes des déploiements 5G actuels et 6G à venir, y compris en environnement difficile.

Dans le secteur de l’énergie, une distribution temporelle précise améliore la stabilité du réseau électrique, la détection des défauts et l’enregistrement des événements, aidant ainsi les opérateurs à respecter les normes réglementaires tout en améliorant leur efficacité opérationnelle.

Les systèmes de transport reposent sur des horloges synchronisées pour la signalisation, la sécurité et la coordination, tandis que les organisations de défense et les administrations nécessitent une synchronisation sécurisée et résiliente pour les communications et les opérations de commandement et de contrôle.

Les établissements financiers dépendent également d’horodatages précis pour garantir l’intégrité des transactions et la conformité réglementaire, faisant du HA-TT un élément clé des marchés modernes. Les capacités HA-TT du TP4500 v3 et son approche fondée sur les standards de l’industrie en font la solution privilégiée pour les opérateurs souhaitant pérenniser leurs réseaux de synchronisation.

Contrairement aux solutions concurrentes, reposant sur des équipements spécialisés aux extrémités du réseau, il n’est pas nécessaire de modifier l’infrastructure réseau existante en installant de nouveaux commutateurs ni d’utiliser des SFP propriétaires au lieu de modèles standard du commerce.

Déploiement, intégration, supervision et gestion

La mise en œuvre du TP4500 v3 est simple grâce à la prise en charge de l’Ethernet standard et des SFP usuels ainsi qu’à sa compatibilité avec les réseaux optiques existants. Les opérateurs peuvent commencer avec un seul nœud puis faire évoluer progressivement le système en y ajoutant de nouveaux nœuds selon les besoins, jusqu’à une chaîne nationale.

L’architecture modulaire du système facilite les mises à niveau et l’intégration avec d’autres horloges maîtresses de Microchip, offrant ainsi une solution de synchronisation unifiée dans des environnements variés. Les options de licence permettent d’activer des fonctionnalités avancées, telles que le mode d’horloge HA-TT, afin d’adapter précisément le système aux besoins et au budget des opérateurs.

Il est indispensable de disposer d’une supervision continue pour maintenir la précision temporelle et détecter les problèmes potentiels avant qu’ils n’affectent le service. Le TP4500 v3 propose des outils complets de supervision, incluant le sondage des paquets PTP, des alarmes à seuils et des mesures en temps réel des signaux clés.

Les opérateurs peuvent ainsi accéder à des rapports détaillés et à des analyses via l’interface web, permettant une maintenance proactive et un dépannage rapide. Le système prend également en charge la gestion à distance et son intégration avec les plateformes de gestion de réseau, simplifiant les opérations et réduisant le risque d’erreur humaine.

Le TP4500 v3 constitue une étape importante vers l’adoption de la norme ITU-T G.8272.2, qui définit une horloge de référence temporelle cohérente de réseau (cnPRTC) offrant encore davantage de précision et de résilience.