In this master thesis project, a new protocol called the Round Trip Time (RTT) protocol is implemented and verified. It helps determine the Ethernet clock frequency offset between two communicating nodes. The detection of this offset between nodes is a way to reduce the clock synchronization error. Ethernet is the basis on which a large amount of communication takes place in the world. Either it is used for exchanging data from one device to another or to connect devices to the internet. Due to the absence of clocks being exchanged between the various Ethernet communicating nodes, clock phase and frequency offsets can be present which leads to clock de-synchronization between the various nodes and results in lower system throughput. In the telecommunication industry, synchronization error between base stations can lead to lower throughput, performance degradation and packet loss. Also, with the introduction of 5G, stringent requirements will be placed on the clock synchronization errors.Currently, the Precision Time Protocol (PTP) is used to detect and correct clock synchronization errors. The PTP implementation reduces the clock synchronization error but it is still quite large. Hence, it is necessary to find a protocol which can work together with the PTP protocol to reduce this error. This thesis will introduce a new way to determine the clock frequency offset between nodes through the implementation of the RTT protocol. Through the course of this project, the clock frequency offset was determined by the RTT protocol. By comparing the expected and the theoretical clock offsets, it was concluded that the two values were very similar. The error between the offsets was in the range of 2.349-15.687 parts per billion (ppb) of the link frequency. Thus, the RTT protocol accurately and precisely determined the clock frequency offset between two Ethernet communicating nodes. This protocol is also extended to determine the clock frequency offset between two nodes transmitting periodic signals. For future works, this protocol can be combined with the PTP protocol and a way to determine the clock phase offset will be investigated. / I detta examensarbete implementerades och verifierades ett nytt protokoll, kallat Round Trip Time (RTT)-protokollet, som hjälper till att bestämma Ethernets klockfrekvensförskjutning mellan två kommunicerande noder. Denna fastställda förskjutning mellan de två noderna är ett sätt att reducera klocksynkroniseringsfelet. Ethernet är grunden i en stor del av dagens kommunikation i världen. Antingen används det för informationsutbyte mellan två enheter, eller för att ansluta till internet. Då det saknas ett utbyte av referensklocka mellan de olika kommunikationsnoderna på Ethernet, kan det uppstå klockfasoch frekvensförskjutning som leder till att klockan desynkroniseras mellan de olika noderna och därmed ger ett minskat dataflöde. I telekommunikationsindustrin kan ett synkronisationsfel mellan basstationer leda till minskat dataflöde, sämre prestanda och paketförlust. I och med introduktionen av 5G kommer stränga krav att ställas på klocksynkronisationsfelen.För närvarande används Precision Time Protocol (PTP) för att upptäcka och korrigera klocksynkroniseringsfelen. Implementationen av PTP reducerar klocksynkroniseringsfelet, men det är fortfarande relativt stort. Därav är det nödvändigt att hitta ett protokoll som kan arbeta tillsammans med PTP för att reducera detta fel. Detta arbete kommer att introducera ett nytt sätt att bestämma klockfrekvensförskjutningen genom implementation av RTT-protokollet. I detta arbete bestämdes klockfrekvensförskjutningen av RTT-protokollet. Genom att jämföra det förväntade och faktiska värdet på klockförskjutningen kunde slutsatsen dras att de två värdena var väldigt lika. Felet var i storleksordningen av 2,349-15,687 parts per billion (ppb) i linkfrekvensen. Således bestämmer RTT-protokollet korrekt och exakt klockfrekvensförskjutningen mellan de två kommunikationsnoderna i Ethernet. Protokollet utökas också för att bestämma klockfrekvensförskjutningen mellan två noder som sänder en periodisk signal. För framtida arbete kan detta protokoll kombineras med PTP-protokollet, och det ska även undersökas ett sätt för att bestämma klockfasförskjutningen.

This study investigates the possible use of GNSS synchronized PTP grandmasters as a general method for synchronizing IP audio equipment. Two relatively low cost GNSS synchronized PTP grandmaster clocks were built and tested in various real world scenarios. Low latency audio streams were sent over internet between GNSS synchronized audio devices via the protocol SRT, Secure Reliable Transport, and the result was compared to using the commercially available service Jamkazam. It was found that the solution with distributed GNSS synchronized IP audio devices worked well over both LAN and WAN, but the specific SRT solution tested was not suited for really low latency usage like NMP, Networked Music Performance. Further studies are needed to find alternate SRT solutions or other protocols for use when very low latency performance is needed. It was also found that the lowest latency possible was not the most desirable latency when used for monitoring mixes in an NMP context. A latency of 15-20 ms was generally the most preferred, indicating monitor mixes for IEM, In Ear Monitoring, might benefit from introducing delays in the signal chain. More studies are needed to investigate this further.

As traditional TV-broadcasters utilize the Internet to transport video streams, they often employ third party distribution networks to ensure that the Quality of Service of the packet stream remain high. In the last step of such a distribution network, a playout scheduler will schedule the packets so that their intervals are as close as possible to the intervals with which they were initially sent by the source. This is done with the aim to minimize the amount of packet delay variation experienced by the final destination. Due to the source and distribution network not always being synchronized to the same reference clock, reconstructing the packet intervals back into the initial values is subject to the issue of clock skew; the clocks run at different frequencies. In the presence of clock skew, each packet interval will be reconstructed with a slight error, which will accumulate throughout the packet stream. This thesis evaluates how clock frequency ratio estimators can be implemented as part of the playout scheduler, allowing it to better reconstruct the packet intervals in the face of clock skew. Two clock frequency ratio estimators presented in the literature are implemented as a part of playout schedulers, and their use in the context of a video distribution network is evaluated and compared to other playout schedulers. All in all, four of the considered playout schedulers employ clock frequency ratio estimation, and four do not. The playout schedulers are tested on a test bed consisting of two unsynchronized computers, physically separated into a source and a destination connected via Ethernet, to ensure the presence of clock skew. The source generates a video stream, which is sent to the destination. The destination is responsible for packet interval reconstruction and data collection, that allows for comparison of the eight playout schedulers. Each playout scheduler is evaluated under three different network scenarios, each network scenario with increasing amounts of packet delay variation added to the packet stream. The results show that the Cumulative Ratio Scaling with Warm-up scheduler, which employs a clock frequency ratio estimator based on accumulating inter-packet times, performs well under all three network scenarios. The behaviour of the playout scheduler is predictable and the frequency ratio estimate seems to converge towards the true clock frequency ratio as more packets arrive at the playout scheduler. While this playout scheduler is not perfect, its behaviour shows promise in being extended. / När traditionella TV-bolag sänder från avlägsna platser skickas ofta videoströmmen till huvudanläggningen via Internet. För att säkerställa att paketströmmen levereras till huvudanläggningen med hög kvalitet används ofta distributionsnätverk som tillhandahålls av en tredje part. Det sista steget i ett sådant distributionsnätverk utgörs av en utspelningsschemaläggare som schemalägger paketen så att de skickas ut med intervall så lika som möjligt de intervall paketen ursprungligen skickades med, en så kallad återkonstruktion av paketintervallen. Detta görs för att minimera mängden fördröjningsvariation som upplevs av den slutgiltiga destinationen. På grund av att källan och distributionsnätverket inte alltid är synkroniserade till samma referensklocka kommer återkonstruktionen av paketintervallen påverkas av klockskevning; klockorna i källan och det sista steget i distributionsnätverket går i olika takt. Klockskevningen innebär att varje paketintervall återskapas med ett litet fel – ett fel som ackumuleras över tid. Denna uppsats utvärderar hur klockfrekvensratiouppskattare kan användas i en utspelningsschemaläggare, och huruvida uppskattaren kan bidra till att bättre återkonstruera paketintervallen. Två uppskattare som presenterats i tidigare forskning implementeras i utspelningsschemaläggare, och dess användbarhet utvärderas och jämförs inom kontexten för videodistributionsnätverk. Fyra av de utvärderade utspelningsschemaläggarna använder sig av uppskattare och fyra gör det inte. Utspelningsschemaläggarna testas på en testbädd bestående av två osynkroniserade datorer, sammankopplade via Ethernet, för att säkerställa förekomsten av klockskevning. Källan skickar en videoström till destinationen, som i sig ansvarar för återkonstruktion av paketintervallen samt insamling av den data som möjliggör jämförelser mellan de åtta utspelningsschemaläggarna. Varje utspelningsschemaläggare testas under tre olika nätverksscenarion, där varje nätverksscenario utsätter paketströmmen för olika grader av fördröjningsvariation. Resultaten visar att en av utspelningsschemaläggarna, som använder en uppskattare där paketintervall ackumuleras över tid, presterar bra under alla tre nätverksscenarion. Schemaläggaren beter sig förutsägbart, och uppskattningen av klockfrekvensration verkar konvergera till den sanna klockfrekvensration i takt med att allt fler paket inkluderas i beräkningen. Utspelningsschemaläggaren är inte perfekt, men uppvisar lovande beteende för framtida förbättringar.