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metadata.dc.type: Dissertação
Issue Date: 28-Mar-2023
metadata.dc.creator: DUTRA, Rodrigo Gomes
metadata.dc.contributor.advisor1: KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha
Title: Deep learning software-based holdover for PTP IEEE 1588 synchronization in 5G networks
metadata.dc.description.sponsorship: 
Citation: DUTRA, Rodrigo Gomes. Deep learning software-based holdover for PTP IEEEE 1588 synchronization in 5G networks. Orientador: Aldebaro Barreto da Rocha Klauta Júnior. 2023. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2023. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16717 . Acesso em:.
metadata.dc.description.resumo: Este trabalho propõe a avaliação de mecanismos baseados em algoritmos de software para manter a sincronização de um relógio em tempo real em operação de holdover, quando a entrada de referência de sincronização não está disponível. Três algoritmos, ARIMA, LSTM e redes de Transformer, foram implementados e treinados usando dados de carimbo de tempo e temperatura adquiridos enquanto o relógio escravo está sincronizado com um relógio mestre. Quando o relógio escravo perde sua referência, os modelos baseados em algoritmos assumem o controle e o mantém sincronizado. O método proposto foi avaliado em um teste de relógios de protocolo de tempo de precisão IEEE 1588 PTP baseados em uma bancada de testes baseada em FPGAs, onde timestamps precisos em nanossegundos foram coletados para análise offline. Os modelos foram avaliados usando dois tipos de relógios, um econômico, XO, e um robusto, OCXO, em cenários de temperatura constante e variável. Os resultados mostram que todos os algoritmos podem manter a precisão de sincronização do relógio dentro de limites dos requisitos de sincronização para comunicação TDD por intervalos de 1000 segundos em todos os cenários de temperatura e oscilador, sendo que o mecanismo de holdover baseado em redes Transformer superou a abordagem estatística e a rede LSTM. Esta abordagem de software de baixo custo é viável para aumentar a precisão do relógio durante a operação de holdover e pode ser generalizada para outros contextos de holdover, como em um cenário GNSS
Abstract: This work proposes evaluates software-based algorithm mechanisms for maintaining the synchronization of a real-time clock in holdover operation when the timing reference input is unavailable. Three algorithms, Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA), long short term memory (LSTM), and Transformer networks, are implemented and trained using timestamps and temperature data acquired while the slave clock is locked to a master clock. When the slave clock loses its reference, the algorithm-based models take over and control the clock. The proposed method is evaluated on a testbed of IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) clocks based on field-programmable gate arrays, where nanosecond-accurate timestamps are collected for offline analysis. The models are evaluated using two clocks, one cost-effective, cristal oscillator (XO), and one robust, oven controlled cristal oscillator (OCXO), in both constant and variable temperature scenarios. The results show that all algorithms can sustain clock synchronization accuracy within reasonable Time division duplex (TDD) synchronization limits over intervals of 1000 seconds in all temperature and clock scenarios, with the transformerbased holdover mechanism outperforming the statistical approach and LSTM network. This cost-effective software-based approach proves to be feasible for increasing clock accuracy during holdover operation and can be generalized to other holdover contexts, such as in a Global Navigation Satellite System (GNSS) scenario.
Keywords: Aprendizagem profunda
Redes de transformadores
Protocolo de tempo de precisão
Deep learning
Holdover
Transformer network
Precision time protocol
metadata.dc.subject.areadeconcentracao: TELECOMUNICAÇÕES
metadata.dc.subject.linhadepesquisa: PROCESSAMENTO DE SINAIS
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
metadata.dc.publisher.initials: UFPA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Tecnologia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.source.uri: Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
Appears in Collections:Dissertações em Engenharia Elétrica (Mestrado) - PPGEE/ITEC

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