Здавалка
Главная | Обратная связь

Методы синхронизации

В технологии SDH применяется два основных метода синхронизации узловых задающих генераторов: синхронизация «главный – ведомый» и взаимная.

Синхронизация «главный – ведомый» использует иерархию задающих генераторов, в которой каждый уровень синхронизируется по эталону высокого уровня. В иерархии синхронизации данного метода
имеется четыре уровня задающих генераторов по качеству:

– первичный эталонный генератор (PRC);

– ведомый генератор (транзитный узел);

– ведомый генератор (местный узел);

– задающий генератор мультиплексора SDH (SEC).

ведомый генератор (транзитный узел) ведомый генератор (местный узел);

ведомый генератор (транзитный узел) задающий генератор мультиплексора SDH (SEC).

Рис. 1. Синхронизация по методу «главный – ведомый»

Первичный генератор PRC (ПЭГ) является задающим генератором высшего уровня, а SEC – низшего уровня. Задающие генераторы высшего уровня не должны синхронизироваться от генераторов низшего уровня в режиме отложенных данных (holdover mode – рабочее состояние задающего генератора, у которого пропал входной эталонный сигнал, и для управления выходным сигналом используются сохраненные данные, полученные во время работы в состоянии захвата). Но задающие генераторы в режиме отложенных данных могут использоваться для синхронизации генераторов того же уровня качества. Эталонные тактовые сигналы распределяются между уровнями иерархии через распределительную сеть, которая использует возможности транспортной сети. Транспортная сеть содержит задающие генераторы оборудования SDH (SEC). Основным режимом работы ведомого задающего генератора является режим захвата (locked mode – рабочее состояние задающего генератора, при котором выходной сигнал управляется внешним эталонным сигналом с его входа). В этом режиме каждый задающий генератор в цепи имеет одну и ту же долговременную среднюю частоту.

В методе «главный – ведомый» используется методика синхронизации на одном конце, т. е. синхронизация конкретного узла синхронизации по отношению к другому узлу синхронизации, при которой информация о синхронизации на конкретном узле получается из разности фаз между местным тактовым сигналом и приходящим от другого узла цифровым сигналом.

Таким образом, для ведомого задающего генератора в качестве эталона должна использоваться трасса синхронизации (логическое представление одной или нескольких линий синхронизации). В свою очередь линия синхронизации связывает два узла синхронизации между собой и служит для передачи сигнала тактовой синхронизации и изменяется на альтернативную, если первоначальная трасса нарушается.

Метод взаимной синхронизации предусматривает обмен синхросигналами двунаправленным способом между узлами сети. Каждый тактовый генератор подстраивает собственную частоту по сигналу управления, вырабатываемого на основе частот всех тактовых генераторов, присутствующих в сети (рис. 6.2). Этот метод имеет ряд трудностей:

– сложность механизмов синхронизации, затрудняющая контроль и определение эффективной частоты синхронизма сети;

– наличие сетей типа кольца, которые создают проблемы для создания стабильного сигнала синхронизма как на короткое, так и на долгое время;

– разница между временами распределения различных хроносигналов, присутствующих в сети.

Рис. 2 Метод взаимной синхронизации

Функциональное описание типов задающего генератора

1. Первичный эталонный генератор (PRC – Primary Reference Clock). PRC не является автономным задающим генератором и логической функцией, которая представляет собой или автономный генератор (обычно водородный стандарт), или его синхронизация осуществляется от радио или спутникового сигнала и выполняется его фильтрация. Первичный эталонный генератор (ПЭГ) предназначен для формирования эталонных тактовых последовательностей 2048 кГц и 2048 кбит/с с относительной погрешностью по частоте не более чем 1·10–11, выполняя при этом на цифровой сети связи функции аппаратуры наивысшего (первого) уровня иерархии. ПЭГ при этом может генерировать сигналы синхронизации полностью автономно от других источников сигналов либо работать в синхронном режиме с внешними сигналами.

В состав оборудования ПЭГ VCH-001 входят следующие блоки.

1. Стандарт частоты и времени водородный VCH-1004.

2. Опорный генератор VCH-209.

3. Приёмник-синхронизатор VCH-311.

4. Компаратор частотный VCH-310.

5. Аппаратура сетевой синхронизации HP 55400A.

Аппаратура сетевой синхронизации HP 55400A вырабатывает тактовые последовательности 2048 кГц и 2048 кбит/с с погрешностью по частоте, которая практически полностью определяется качеством сигналов синхронизации, действующих на входах HP 55400А. В качестве источников сигналов синхронизации применён пассивный водородный стандарт частоты типаVCH-1004 с погрешностью по частоте за год ≤ 1,5×10-12. Для обеспечения надёжности функционирования ПЭГ применено горячее резервирование источников сигналов синхронизации. Функцию первого горячего резерва выполняет второй экземпляр водородного стандарта частоты VCH-1004, а функцию второго горячего резерва выполняет рубидиевый опорный генератор VCH-209, подстраиваемый с помощью приёмника-синхронизатора VCH-311.

Компаратор частотный VCH-310 обеспечивает непрерывное сличение по частоте водородных стандартов и таким образом позволяет осуществлять прогнозирование поведения во времени частоты выдаваемых ими сигналов. Это также повышает и надёжность функционирования ПЭГ.

Рис. 3 Структурная схема ПЭГ VCH-001

Состав VCH-001 разработан таким образом, что диагностирование ПЭГ осуществляется непрерывно в ходе работы и позволяет определить без привлечения контрольно-измерительной аппаратуры вышедший из строя прибор комплекта. Аппаратура сетевой синхронизации HP 55400A осуществляет непрерывный контроль за параметрами входных и выходных тактовых последовательностей и, в случае отклонения их от допустимых норм, обеспечивает необходимую сигнализацию и локализацию неисправного устройства. Подробно это описано в «Руководстве пользователя HP 55400A». Когда относительная разность частот сличаемых с помощью компаратора водородных стандартов станет больше 5×10–12, необходимо определить, в каком из двух VCH-1004 произошло недопустимое отклонение частоты. Для этого один из водородных стандартов надо сличить по частоте с опорным генераторомVCH-209, находящимся в режиме синхронизации по эфиру. Поставив переключатель, находящийся на задней панели компаратора частотного VCH-310, в положение 5 МГц, обеспечим этот режим. При этом на компараторе должен быть режим F, время измерения 100 с, количество измерений 10.

Запустив на компараторе «накопление», через 1000 с увидим на табло среднее значение относительной разности частот. Если это значение будет больше 5×10-12, то это означает недопустимо большое отклонение частоты у сравниваемого водородного стандарта.

2. Вторичный источник синхронизации SSU (Secondary Supply Unit) – блок обеспечения синхронизации. SSU является логической функцией, при которой:

– принимаются входные сигналы синхронизации от ряда источников;

– выбирается один из этих входных сигналов;

– фильтруется тактовый сигнал этого источника;

– результирующий тактовый сигнал распределяется между другими элементами узла.

Рис. 4 Функциональная схема задающего генератора SSU

Источники синхронизации:

· ТО – внутренний эталонный сигнал тактовой синхронизации сетевого элемента;

· Т1 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного сигнала STM-N;

· Т2 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного сигнала Е1 (2 Мбит/с);

· Т3 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного сигнала 2 МГц;

· Т4 – внешний выход сигнала тактовой синхронизации.

Задающий генератор оборудования SDH (SEC – Secondary Equipment Clock). SEC является встроенным в сетевой элемент SDH задающим генератором и логической функцией, при которой:

– принимаются входные сигналы синхронизации от ряда источников внутри данного элемента;

– выбирается один из этих входных сигналов;

– фильтруется тактовый сигнал;

– в случае повреждения всех входных эталонных сигналов синхронизации в SEC должен использоваться внутренний собственный задающий генератор.

 

Рис. 5 Функциональная схема задающего генератора SEC

Источники синхронизации:

· ТО – внутренний эталонный сигнал тактовой синхронизации сетевого элемента;

· Т1 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного сигнала STM-N;

· Т2 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного сигнала Е1 (2 Мбит/с);

· Т3 – сигнал тактовой синхронизации, полученный из входного синхронизационного сигнала 2 МГц;

· Т4 – внешний выход сигнала тактовой синхронизации.

У задающего генератора синхронного мультиплексора (MUX) могут быть следующие режимы:

автономный (free running mode) – рабочее состояние задающего генератора, выходной сигнал которого строго зависит от генерирующего элемента и не управляется методами фазовой автоподстройки. В данном режиме или у задающего генератора нет входа или у него пропал внешний эталонный сигнал и нет доступа к сохраненным данным, которые могли быть получены от ранее поданного эталонного сигнала;

режим отложенных данных (holdover mode) – рабочее состояние задающего генератора, у которого пропал входной эталонный сигнал; для управления выходным сигналом используются сохраненные данные, полученные во время работы в состоянии захвата;

режим захвата (locked mode) – рабочее состояние задающего генератора, при котором выходной сигнал управляется внешним эталонным сигналом от его входа. Это основной (ожидаемый) режим работы ведомого задающего генератора и состояние, в котором каждый задающий генератор в цепи задающих генераторов имеет одну и ту же долговременную среднюю частоту.

Основные типы синхронизации

Проблемы, связанные с синхронизацией, возникли сразу с появлением цифровых методов передачи информации. Действительно, любая процедура дискретизации, передачи и приема данных в виде бинарного сигнала или кодированного бинарного сигнала, требует согласованности частот передачи и приема, в противном случае передаваемая информация будет некорректно принята. Проблемы синхронизации не ограничиваются только цифровой первичной сетью, но имеют важное значение при рассмотрении сетей ISDN, передачи данных (СПД), цифровой телефонии, сетей специального назначения и других вторичных сетей. В технологии современной связи существует три основных понятия синхронизации: частотная, фазовая и временная (то же самое, что и синхронизация по времени). Наиболее важным типом синхронизации для первичной сети является частотная синхронизация (ЧС), которая означает согласованность генераторов различных цифровых устройств в сети по частоте. В этом случае в идеале все генераторы сети работают с одинаковой частотой, скорость передачи цифровой информации с высокой степенью точности равна скорости приема, в результате в системе связи нет потерь информации вследствие проскальзываний, т.е. нет ошибок, связанных с нарушениями синхронизации. Существенно, что это и является основной целью эксплуатации - добиваться возможно меньшего уровня ошибок в сети. Поэтому именно ЧС представляет главный интерес операторов связи, и рассмотрена ниже наиболее подробно. Фазовой синхронизацией (ФС) называется соответствие фаз приемного и передающего сигналов. Наиболее важна эта синхронизация внутри различных электронных устройств. Для ее достижения используют различные компоненты (фазовращатели), фазовые детекторы и т.д. В современной практике систем связи ФС наиболее часто используется в цепях приемников сигнала в виде петлей ФАПЧ, где осуществляется достижение ФС между линейным сигналом и цепью приемника. Временная синхронизация (ВрС) или синхронизация по времени предусматривает, что все устройства в сети имеют единое время. Это время обычно согласуется со всемирным скоординированным временем (UTC - Coordinated Universal Time). Обычно задача ВрС связана с различными вторичными сетями и системами (СПД, сетями специального назначения, системами биллинга и т.д.). В качестве примера можно рассмотреть очень распространенный метод защиты банковских электронных сетей, когда каждому документу присваивается точная временная метка. На приемной стороне метка сравнивается с текущим временем и анализируется принципиальная возможность преобразования электронного документа при его передаче по сети. В случае превышения задержки передачи определенного порога, документ считается недействительным. Такая схема защиты является довольно мощной, однако требует, чтобы все рабочие станции в сети были синхронизированы по времени. Следует отметить, что ВрС представляет собой совершенно независимую от частотной синхронизации задачу. В современной практике построения корпоративных сетей есть однако несколько методов интегрального решения обоих задач.

Таким образом, из сказанного выше следует, что для современных цифровых первичных сетей наиболее важным вопросом является ЧС. В дальнейшем под синхронизацией понимается ЧС.

2.2 Роль синхронизации в современных сетях связи

Основной задачей частотной синхронизации является достижение одинаковых или кратных частот генераторов (тактовых частот) всех цифровых устройств, входящих в систему цифровой связи. Для достижения синхронизации в сети необходимо:

· установить единую тактовую частоту для всей системы связи, чтобы система работала с одной скоростью;

· обеспечить, чтобы все цифровые устройства в сети работали синхронно;

· синхронизация сети должна поддерживаться в любое время независимо от изменений в структуре сети, вызванных такими факторами, как сбои в каналах и узлах, перестроения сети, ее расширение и т. д.;

· система синхронизации (СС) должна быть также достаточно стабильной по отношению к таким нарушениям, как изменение частоты или фазы в узле, изменение времени передачи по линии и т.д.;

Из описанного выше раскрывается интегральный смысл синхронизации - для СС практически нет разделения на первичную и вторичные сети, синхронизация должна охватывать все цифровые устройства сети. Тем не менее, современные методы проектирования и построения системы электросвязи устанавливают определенную приоритетность в построении систем синхронизации. Поскольку в системе электросвязи первичная сеть представляет собой ядро сети и создает каналы для вторичных сетей, так и СС наиболее корректно строится в следующем порядке: сначала создается СС первичной сети, а затем вторичная сеть синхронизируется от первичной сети. Таким образом, СС начинается с первичной сети.

Наиболее важны вопросы синхронизации первичной сети. Современная первичная сеть ориентирована на использование технологии SDH. В отличие от технологии PDH, где предусматривался режим, плезиохронной ("почти синхронной") работы различных устройств систем передачи, технология SDH предусматривает синхронную работу всей сети и всех устройств, входящих в сеть. Поэтому современной тенденцией в развитии первичной сети является повышение роли СС и эта тенденция сохранится в ближайшем будущем.

Вторым фактором, который влияет на увеличение роли синхронизации в современных цифровых системах связи, является развитие последних. В общем случае для синхронизации нет разделения на первичную и вторичные сети, все цифровые устройства системы электросвязи должны участвовать в системе синхронизации. В результате уровень проблем, связанных с синхронизацией, находится в зависимости от общего количества цифровых устройств на сети. При малом количестве цифровых устройств проблемы синхронизации могут быть решены в частном порядке, и система синхронизации не рассматривается операторами как отдельная система в составе сети. Однако при увеличении количества цифровых устройств проблемы синхронизации уже не могут быть рассмотрены частично и должны рассматриваться системно. С этим связана определенная локальная революция в подходе: появление определенной "критической массы" цифровых устройств на сети приводит к необходимости рассматривать систему синхронизации как отдельную составную часть системы электросвязи. С дальнейшим увеличением количества цифровых устройств начинают меняться концепции построения СС.

2.3 Основные параметры системы синхронизации

Для решения основной задачи синхронизации используются синхросигналы, которые позволяют передавать информацию о единой тактовой частоте различным устройствам сети. В наиболее общем случае СС включает в себя:

· все цифровые устройства системы электросвязи, которые можно охарактеризовать как генераторы синхросигналов;

· систему путей, по которым передается информация о единой тактовой частоте;

· синхросигналы, которые осуществляют передачу информации о тактовой частоте.

Любое устройство в сети синхронизации представляет собой генератор с заданными характеристиками. Отсюда вытекает, что основными параметрами СС являются параметры генераторов синхросигналов и самих синхросигналов при их передаче по распределительной сети.

Характеристики качества синхросигнала

Параметры, определяющие работу задающих генераторов:

* Точность установки номинала тактовой частоты СС

(относительная погрешность) df/f - определяется максимальным относительным отклонением частоты от ее номинального значения для заданного временного интервала

· Стабильность частоты - случайные изменения частоты задающего генератора, вызываемыми в течение заданного интервала времени внешними воздействиями или внутренними процессами.

· Дрожание (джиттер) - быстрые (краткосрочные) изменения

значащих моментов цифрового сигнала относительно их эталонного положения во времени. Эта характеристика легко отфильтровывается.

· Блуждание фазы (вандер) - соответствующие медленные (долгосрочные) изменения. Устранить вандер сложнее.

Некорректная синхронизация в цифровых сетях связи может приводить к очень серьезным проблемам передачи данных. Как следствие, телефонный разговор будет разорван, факсы начнут печатать с ошибками, а передаваемые цифровые данные будут целиком или частично потеряны.

В качестве иллюстрации параметров стабильности и точности на рис. 8 представлены несколько вариантов работы генераторов с номинальной частотой fQ . На рис. 8а показана практически идеальная работа генератора - стабильная и точная. Генератор рис. 8b работает стабильно, но не точно, рис. 8c - точно, но не стабильно, на рис. 8d показана неточная и нестабильная работа генератора.

Неточность в работе генератора связана с наличием постоянного отклонения генерируемой частоты (частотным сдвигом). В случае высокой стабильности генератора передаваемые от него синхросигналы будут иметь постоянный частотный сдвиг. Нестабильная работа генератора, наоборот, характеризуется наличием переменного сдвига частот и переменной вариации. Такие вариации можно характеризовать как собственный вандер генератора.

Главная причина таких проблем синхронизации в цифровых сетях передачи данных - нестабильность временной синхронизации. А качественное управление параметрами временной синхронизации требует мониторинга величины нестабильности в течение большого периода времени (часы или даже дни), что возможно только при использовании только сверхустойчивых генераторов времени.

Медленные изменения фазы характеризуются ОВИ (ошибкой временного интервала), возникают за счет нестабильности частоты.

ОВИ - разность между величиной временного интервала, воспроизводимого данным задающим генератором, и величиной того же самого временного интервала, воспроизводимого эталонным задающим генератором той же частоты и абсолютной стабильности.

МОВИ - (максимальная ошибка временного интервала, MTIE) максимальное значение размаха изменения задержки выходного сигнала задающего генератора по отношению к идеальному сигналу тактовой синхронизации, получаемого от эталонного задающего генератора как функция временного интервала наблюдения.

ДВИ - (девиация временного интервала, TDEV) значение ожидаемого изменения длительности группы тактовых временных интервалов, формируемых задающим генератором как функций временного интервала наблюдения (длительности рассматриваемой группы тактовых временных интервалов).

Дрейф частоты - систематическое изменение частоты генератора, вызываемое старением и внешними воздействиями (радиацией, давлением, температурой, влажностью, источником питания, нагрузкой и т.д.).

В соответствии с европейскими нормами параметры MTIE и TDEV первичного эталонного генератора ПЭГ должны укладываться в маски, показанные на рис. 9. Правая асимптота графика MTIE соответствует долговременной нестабильности частоты, равной 10-11.

 

 

2.4 Типы и параметры источников систем синхронизации

Источники систем синхронизации или генераторы разделяются на два основных типа: кварцевые и атомные (рис. 10). К первой группе относятся три типа источников: обычные кварцевые, кварцевые с температурной компенсацией ТСХО (Temperature Compensated Crystal Oscillator) и охлаждаемые кварцевые источники ОСХО (Oven Compensated Crystal Oscillator). Атомные источники разделяются на три типа: водородные мазеры, цезиевые стандарты и рубидиевые источники. Кварцевые источники частоты в той или иной степени используют пьезоэлектрические свойства кварца, тогда как атомные источники частоты работают на принципе резонансного лазерного излучения.

2.5 Основы построения систем синхронизации

Задача тактовой синхронизации в сетях СЦИ, так же, как и в плезиохронных сетях, заключается в обеспечении согласованности по частоте задающих генераторов цифровых устройств, работающих на сети. Однако, если в плезиохронных сетях можно ограничиться обеспечением согласованности задающего генератора приемника данного цифрового потока с задающим генератором передатчика этого же потока, то в синхронных сетях следует добиваться согласованности задающих генераторов всех сетевых устройств. Такая согласованность позволяет ускорить доступ к компонентным потокам, что так же является достоинством синхронных цифровых телекоммуникационных систем.

Структура системы синхронизации

На сетях СЦИ используются все виды тактовой синхронизации: взаимная, автономная и принудительная, последняя подразделяется на виды "распределенный ведущий" и "ведущий - ведомый". Относительная нестабильность тактовой частоты должна быть весьма малой.

Поэтому стоимость опорного генератора (первичного эталонного генератора, ПЭГ, PRC) оказывается весьма высокой. В связи с этим от одного, ПЭГ синхронизируется значительный участок сети СЦИ, например, региональный.

Распределение синхросигнала осуществляется по линиям передачи. В ведомом узле из линейного сигнала извлекается составляющая тактовой частоты, которая и используется для синхронизации узлового задающего генератора. Архитектура сети синхронизации имеет вид, показанный на рис. 11.

При прохождении синхросигнала по цепи синхронизации его качество ухудшается за счет накопления фазовых флуктуации. Частично они могут быть подавлены вторичными генераторами (вторичными задающими генераторами, ВЗГ или блоками обеспечения синхронизацией, SSU). Считается, что качество синхросигнала будет приемлемым, если отдельная цепь синхронизации соответствует эталонной. Эталонная цепь передачи синхросигналов состоит из -мультиплексоров СП СЦИ и содержит N ГСЭ и К ВЗГ, причем, N ? 60, а К ? 10, между ВЗГ и между ПЭГ и ВЗГ можно включать не более 20 ГСЭ, т.е. Ni ? 20.

Сигналы синхронизации должны распределяться так, чтобы в случае аварии на цифровой сети синхронизация не нарушалась. Для этой цели, кроме основных путей передачи синхросигнала, создаются и резервные пути. Это важно особенно для обеспечения надежной синхронизации коммутационных станций, которые, по возможности, должны взаимодействовать между собой синхронно.

Для организации резервных путей передачи сигналов синхронизации необходимо ориентироваться на возможности эталонной цепи изменять направление передачи синхросигналов Для организации перехода на обратное направление передачи синхросигналов используются данные, передаваемые SSM-битами. Такая переконфигурация соответствует алгоритму выбора синхросигнала на входе генератора сетевого элемента (ГСЭ) мультиплексора, при котором всегда выбирается тот синхросигнал, у которого выше уровень качества источника. При аварии на линии ГСЭ2 не получает синхросигнала от ПЭГ и начинает передавать по линии в сторону ВЗГ синхросигнал с качеством ГСЭ. Одновременно ГСЭN получает синхросигнал от ВЗГ более высокого качества и передает его ГСЭN-1 и т.д., вплоть ГСЭ2. В результате все ГСЭ, включенные после аварийного участка, получают синхросигнал от ВЗГ.

Очевидно, при создании сети синхронизации надо стремиться к тому, чтобы ее отдельные ветви были бы возможно короче. Если внутри узла имеется несколько сетевых элементов, их генераторы должны синхронизироваться методом "распределенный ведущий", т.е. внутриузловая сеть синхронизации должна быть звездообразной.

Таким образом, все генераторы на сети синхронизации располагаются на трех иерархических уровнях: верхний уровень занимает первичный эталонный генератор ПЭГ, ко второму уровню принадлежат вторичные задающие генераторы ВЗГ, а к третьему генераторы мультиплексоров - местные задающие генераторы МЗГ (задающие генераторы оборудования, SEC, SETS). Вторичные задающие генераторы подразделяются на два типа: транзитные сетевые таймеры (TNC) и локальные (местные) сетевые таймеры (LNC).

Первичный эталонный генератор представляет собой сложную систему, стабильность частоты его сигнала весьма высока. В системах СЦИ в качестве таких генераторов используются устройства, опорными элементами которых являются рубидиевые или цезиевые лазеры.

Генераторы второго уровня (блоки обеспечения синхронизацией, SSU), являются внешними относительно мультиплексоров устройствами. Они снабжаются системой подавления фазовых флуктуации. Генераторы третьего уровня - генераторы мультиплексоров (SEC или SETS), обычно имеют доступ ко многим источникам синхросигналов. Интерфейсы синхросигнала генератора мультиплексора условно показывает рис. 15 Во-первых, это два независимых внешних входа, по которым синхросигнал может быть получен от внешнего источника, например, от первичного генератора. Во-вторых, это опорные сигналы, выделяемые из линейных сигналов (STM-N), поступающих на линейные входы мультиплексора. В-третьих, это опорные сигналы, выделяемые из сигналов доступа, как синхронных (STIVM), так и плезиохронных (2, 34, 140 Мбит/с).

Если происходит потеря всех внешних синхросигналов, генератор переходит в режим удержания (holdover), который характеризуется тем, что генератор оказывается как бы "замороженным", переход от частоты в момент потери синхросигнала к частоте свободных колебаний происходит относительно плавно. В режиме свободных колебаний стабильность частоты сигнала будет определяться собственным кварцевым резонатором генератора. Генератор мультиплексора вырабатывает тактовые сигналы для всех блоков мультиплексора и может передавать синхросигнал на внешние выходы, например, для синхронизации других устройств сетевого узла.

В каждом мультиплексоре для доступных источников синхросигналов определены приоритеты. Например, для генератора могут быть установлены приоритеты в следующем порядке: внешний вход 1, внешний вход 2, линия 1, линия 2, линия 3, сигналы 2, 34, 140 Мбит/с. Если внешние источники синхросигнала изначально недоступны, генератор мультиплексора конфигурируется как независимый генератор с кварцевой стабилизацией (режим свободных колебаний).


В биты 5-8 байта S1 заголовка мультиплексной секции MSOH автоматически вводится код, указывающий уровень качества Q синхросигнала, использованного для формирования данного STM-N.

В табл. 3 приведены значения этих кодов. Уровень качества Q0 обычно соответствует оборудованию прежних выпусков, где байт S1 еще не был определен. Для выбора опорного источника синхронизации из нескольких доступных используются следующие правила.

Из всех доступных источников выбирается источник с наивысшим качеством.

Если источников наивысшего качества несколько, из них выбирается источник с наивысшим приоритетом.

Источнику, полученному от аварийного сигнала, соответствует уровень качества Q6 вне зависимости от кода в байте S1.

В байтах S1 потока, направляемого навстречу потоку, из которого был выделен опорный сигнал для синхронизации данного мультиплексора, устанавливается уровень качества Q6.

Автономный метод предполагает, что передатчик и приемник одного и того же тракта работают с независимыми задающими генераторами. Такая ситуация может складываться в случае соединения независимых подсетей СЦИ. Независимые подсети могут организовываться специально, например, как подсети территориально удаленных больших регионов, или возникать стихийно, в случае аварийной потери мультиплексорами синхронизирующих сигналов. При автономной синхронизации неизбежно расхождение тактовых частот, которое в общем случае через некоторое время приведет к смещению тактовых последовательностей приемника и передатчика на один тактовый интервал, т.е. к битовому проскальзыванию. Результатом битового проскальзывания является потеря циклового синхронизма с последующим его восстановлением, т.е. потери нескольких циклов передачи.

Для минимизации этого явления специально образованные автономные подсети соединяют между собой через устройства управляемого проскальзывания. Устройства эти представляют собой буферы памяти, емкостью более одного цикла передачи. Если поток поступает с повышенной скоростью, буфер постепенно переполняется. Когда переполнение достигает размера одного цикла, содержимое буфера удаляется, но цикловая синхронизация при этом остается ненарушенной. Таким образом, происходит потеря одного цикла, а не нескольких циклов передачи. Если же поток поступает медленнее, чем считывается, то через цикл начинается повторное считывание цикла передачи. Это эквивалентно задержке передачи на время следования одного цикла также без потери цикловой синхронизации.

Результат потери части информации в передаваемом сигнале из-за переполнения или опустошения буферной памяти, имеющейся в аппаратуре, т.е. следствие несовпадения скоростей записи и считывания информации -проскальзывания (slip).

На качество связи проскальзывания влияют следующим образом:

в телефонии только 5% проск-й вызывают слышимые щелчки

в вещании 100% щелчков слышимые

при передаче данных - потеря синхронизации, одиночные или групповые ошибки

2.6 Защита системы синхронизации

Система синхронизации должна оставаться работоспособной при возникновении аварийных ситуаций: отказах генераторного оборудования и обрывах цепей подачи синхросигналов. Для этого генераторное оборудование резервируется, а подача синхросигнала на каждый сетевой элемент осуществляется как минимум по двум альтернативным направлениям. Выбор источника синхросигнала сетевым элементом осуществляется по приведенным выше правилам: из всех доступных источников выбирается источник с наивысшим качеством, а из источников одинакового качества - источник с наивысшим приоритетом. При проектировании сети синхронизации эти правила должны обязательно учитываться. Кроме того, при возможных отказах на сети должны быть исключены случаи подачи на один и тот же сетевой элемент двух сигналов одинакового качества и равного приоритета (исключены петли в сети синхронизации). В случае относительно простых сетей выполнение этих правил несложно, но для разветвленных структур задача значительно усложняется, и принимаемые решения требуют тщательной проверки. В настоящее время методика проектирования сетей синхронизации практически не разработана, поэтому во многих случаях для одной и той же транспортной сетевой структуры могут быть предложены различные схемы синхронизации. Окончательное решение должно быть принято после анализа всех возможных состояний полученных схем. Характерные примеры восстановления сети синхронизации в линейной и кольцевой транспортной структуре показаны на рисунках. Вначале обратимся к линейной схеме. Предположим, что на участке между узлами 2 и 3 произошел обрыв линии. В следующий момент времени задающий генератор третьего узла, не получая сигнала синхронизации, переходит в режим удержания. При этом в линейном потоке, передаваемом от узла 3 к узлу 4, устанавливается уровень качества Q5 (местного задающего генератора МЗГ). Генератор пятого узла, конфигурированный как вторичный задающий генератор ВЗГ (уровень качества Q3), ранее синхронизировался сигналом, выделенным из линейного потока, поступавшим от узла 4 и имевшим уровень качества Q2. Поскольку теперь на узел 5 от узла 4 поступает синхросигнал с уровнем качества Q5, происходит отключение этого сигнала, ВЗГ узла 5 переходит в режим удержания и линейным потокам, исходящим из узла 5, придается статус Q3. Указанные операции составляют первый этап восстановления синхронизма.

На втором этапе восстановления синхронизма происходит переключение синхросигнала на узле 4. Вместо синхросигнала, поступавшего от узла 3, и имевшего уровень качества Q5, теперь используется синхросигнал из потока, приходящего от узла 5 и имеющего уровень качества Q3. Заметим, что если бы между узлами 3 и 5 располагался не один, а несколько узлов с местными задающими генераторами, то во всех этих узлах последовательно, начиная с ближайшего к узлу с ВЗГ, произошло бы аналогичное переключение используемых синхросигналов.

Последний, третий этап восстановления синхронизма заключается в выходе МЗГ третьего узла из режима удержания и его переходу к синхронизации от сигнала с уровнем качества Q3, выделенного из потока, поступающего от узла 4. Таким образом, время восстановления синхронизации в линейной цепи тем больше, чем больше время переключения синхросигналов в узле и чем больше узлов, в которых должны произойти переключения синхросигналов, поскольку эти переключения происходят последовательно.

показана кольцевая транспортная структура. приведена схема передачи синхросигналов от узла А, синхронизированного первичным эталонным генератором ПЭГ, по направлениям A-B-C-D и A-F-E. То, что узел D получает синхросигнал от узла С, а узел Е от узла F, обеспечивается соответствующим присвоением приоритетов, поступающим на узлы синхросигналам (индексы Р1 и Р2 в кружках соответствуют первому и второму приоритетам).

При потере первичного эталонного генератора местный генератор узла А переходит в режим удержания, что соответствует понижению уровня качества синхросигнала в исходящих из этого узла потоках с Q2 до Q5. Поскольку на данной сети нет генераторов с уровнями выше МЗГ (СБ), вся сеть остается синхронизированной от генератора узла А, но не от ПЭГ, как ранее, а от МЗГ.

Качество передачи по данной сети при такой замене источника синхронизации измениться мало.

представлена та же кольцевая транспортная структура с таким же распределением синхросигналов, но при повреждении линии между узлами А и В. На первом этапе восстановления синхронизма происходит переход МЗГ узла В в режим удержания и передача синхросигнала от этого генератора с уровнем качества Q5 на узлы C и D. Но поскольку на узел D поступает сигнал с уровнем качества Q2, его МЗГ, в соответствиями с правилами переключения синхросигналов, синхронизируется по сигналу наивысшего качества и передает поток с синхросигналом качества Q2 на узел С и далее на узел B. На втором, заключительное этапе восстановления синхронизма (см, рис. 19,б), местный генератор узла В выходит из режима удержания и синхронизируется сигналом с уровнем качества Q2, поступающим от узла С.

Точной методики построения сети синхронизации пока не существует. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо полностью анализировать (для всех возможных состояний отказа) каждый предлагаемый вариант построения сети синхронизации. При этом необходимо учитывать особенности переключения синхросигналов в выбранном оборудовании. Например, в некоторых видах оборудовании реализуются реверсивный и нереверсивный способы переключения. Первый из них предполагает автоматический возврат к источнику синхросигнала высшего качества, после того, как его работа восстановилась. При этом заранее может быть установлен временной интервал ожидания возвратного переключения. Нереверсивный способ переключения предполагает только аварийное автоматическое переключение, возврат к источнику синхросигнала высшего качества осуществляется вручную. Такие способы позволяют устранить неконтролируемые переключения в случае, если по каким-либо причинам оказываются доступными источники одинакового качества с одинаковым приоритетом (образование замкнутой петли в трассе передачи синхросигнала).

Сети ТСС должны строиться так, чтобы ВЗГ и ГСЭ были способны принимать синхросигнал, по крайней мере, из двух трасс передачи синхросигнала. Для этой цели ведомый задающий генератор ГСЭ должен иметь возможность переконфигурироваться, чтобы принимать синхросигнал из альтернативной трассы, если основная трасса нарушена. В результате при нарушении в цепи передачи основного синхросигнала все сетевые элементы должны пытаться восстановить синхронизацию путем приема синхросигнала с направления, в котором наиболее высокий уровень качества источника (QL).

При организации резервных путей передачи синхросигналов очень важно исключать возможность появления замкнутых петель. До некоторой степени этому препятствует наличие в сигналах информации о качестве источника, передаваемой SSM-битами и указывающей, когда это необходимо, что сигнал, поступающий с данного направления, нельзя использовать для синхронизации (DNU код 1111- "не использовать"). ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СИНХРОНИЗАЦИИ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ПОНЯТИЯ
Проблемы синхронизации цифровых сетей – это часть общей задачи синхронизации цифровых последовательностей, однако они имеют и некоторые специфические особенности. Две сопоставляемые цифровые последовательности могут быть синхронизированы по трем параметрам:
· по времени прихода на узел сети t – временная синхронизация;
· по начальной фазе синхронизируемого блока – фазовая синхронизация;
· по длительности интервала (t) или частоте следования импульсов f = 1/t – частотная синхронизация.
Задача временной синхронизации глобальна, но решается просто, если использовать службу единого скоординированного времени (UTC) или единый источник синхронизации, например навигационные системы Loran-C и GPS/ГЛОНАСС. Фазовая синхронизация актуальна только для конкретного физического устройства и достаточно просто обеспечивается системами фазовой автоподстройки, позволяющими привязывать начальную фазу сигнала к началу такта локального тактового генератора. Проблема частотной синхронизации – наиболее сложная, поскольку она глобальна и локальна одновременно (она актуальна как для всей транспортной сети, так и для любого конкретного мультиплексора или коммутатора в точке восстановления). Подавляющее большинство проблем синхронизации относится именно к частотной синхронизации, поэтому далее будем рассматривать только ее.
В цифровых системах с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующих плезиохронную и синхронную цифровую иерархию (ПЦИ/PDH, СЦИ/SDH), основной вид синхронизации – тактовая, она определяет остальные (по фреймам и мультифреймам) виды синхронизации. Проблемы синхронизации возникают, когда несколько простых локальных сетей (узлы имеют топологию “звезды” и настолько близки друг к другу, что временем распространения сигналов между ними можно пренебречь), причем каждая со своим источником тактовой сетевой синхронизации (ТСС), объединяются в сложную сеть передачи.
Если на передающем и принимающем узлах частоты источников тактовой синхронизации (хронирующих источников, или таймеров) не совпадают, за определенное время накапливается ошибка временного интервала (ОВИ/TIE), равная разности момента прихода (tп) n-го импульса цифровой последовательности и момента генерации (tг) n-го импульса источником тактовой синхронизации принимающего узла. Частота местного источника ТСС может быть выше или ниже частоты принимаемой последовательности. В зависимости от этого, когда ОВИ становится соизмеримой с длиной тактового интервала, происходит либо пропадание одного импульса, либо формирование лишнего – что приводит к срыву синхронизации. Данное явление называют проскальзыванием или слипом (slip). При передаче аудиосигнала слипы воспринимаются как щелчки – до определенного уровня это терпимо. Однако при передаче данных они приводят к нарушению связи.
Качество синхронизации можно оценить периодом времени, за который накопленная ОВИ приводит к срыву тактовой синхронизации, или частотой проскальзываний в единицу времени. Учитывая, что отдельные участки сложной сети могут синхронизироваться от источников различной точности, важно определить предельно допустимые значения частоты слипов. В соответствии с руководящими техническими материалами Министерства связи (РТМ МС) РФ [1] все системы ТСС классифицируются по четырем типам: синхронный – слипов фактически нет; псевдосинхронный – допускается Ј1 слип/70 дней; плезиохронный – Ј1 слип/17 часов и асинхронный – Ј1 слип/7 с.

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ ТСС
Общие вопросы синхронизации и основные определения описаны в рекомендации ITU-T G.810, они актуальны для сетей как с PDH, так и с SDH. Цель тактовой синхронизации – передать с требуемой точностью информацию о длине единичного тактового интервала t0 (или о тактовой частоте f0) всем устройствам/узлам одной сети или всем взаимодействующим сетям. Компактную региональную сеть можно синхронизировать одним высокоточным таймером (первичным) в центральном узле сети, транслируя его такты на другие узлы сети (как в службе времени большого города). Для этого необходим не только первичный таймер, но и надежная система распределения сигнала синхронизации (СРСС) на все узлы сети.
Если сеть глобальная, то для синхронизации ее можно разделить на несколько региональных сетей, каждая – со своим первичным таймером и СРСС. Существуют два основных метода тактовой синхронизации [1]: иерархический метод принудительной синхронизации с парами таймеров ведущий-ведомый, и неиерархический метод взаимной синхронизации. На практике распространен только первый метод. В качестве единственного он принят и на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) РФ [2].
СРСС строится по трем альтернативным схемам:
· одноуровневая звезда (см. рис., а) – все узлы сети питаются от одного первичного эталонного генератора тактовых импульсов (ПЭГ), расположенного в центре звезды (хабе);
· распределенная одноуровневая схема ( рис., б) – каждый (или каждый второй) узел сети снабжается ПЭГ или его эквивалентом – приемником сигналов единого первичного эталонного генератора;
· иерархическая многоуровневая схема (рис., в). Ее суть в том, что сигналы ПЭГ (первый уровень иерархии) распределяются по синхронизируемым элементам (СЭ) дерева сети синхронизации до второго уровня иерархии, где они управляют вторичными источниками – вторичными задающими генераторами (ВЗГ), которые через цепочки СЭ управляют локальными источниками синхронизации третьего уровня иерархии (табл.1). Эта схема управления часто называется схемой типа ведущий-ведомый (или master-slave). В документах о ВСС РФ принята именно эта схема управления синхронизацией [1, 2].
ПЭГ строится на основе хронирующих атомных источников тактовых импульсов (водородный или цезиевый эталон) c точностью поддержания частоты не хуже 10-13–10-12. Калибруется вручную или автоматически по сигналам UTC. Сигналы ПЭГ (а также генераторов нижних уровней иерархии) распространяются аппаратурой распределения сигнала синхронизации (SDU/АРСС), обеспечивающей на практике от 16 до 520 интерфейсных выходов сигналов ТСС, которые по наземным линиям связи передаются для управления ВЗГ.
Стандарты предусматривают четыре режима работы хронирующих источников: – режим ПЭГ (мастер-узел); режим принудительной синхронизации (ведомый ВЗГ, транзитный и/или местный узлы); режим удержания (holdover) с точностью удержания 5·10-10 для транзитного узла и 10-8 для местного узла и с суточным дрейфом 10-9 и 2·10-8, соответственно [1]; свободный режим (free run) для транзитного и местного узлов с точностью удержания 10-8 и 10-6, соответственно.

ТОЧНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОСНОВНЫЕ ОШИБКИ ЭТАЛОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Эталонные источники разных уровней формируют следующие эталонные синхросигналы:
· 2048 кГц – синхронный частотный сигнал в соответствии с ITU-T G.703/13 – для синхронизации АТС, УАК (узлов автоматической коммутации), систем ПЦИ/PDH и СЦИ/SDH;
· 2048 Кбит/с – потоковый синхронный сигнал псевдослучайной последовательности в соответствии с ITU-T G.703/9, или сигнал, получаемый из входного сигнала Е1 (от АТС или УАК) с использованием функции ретайминга (retiming, ресинхронизация). Применяется для синхронизации систем PDH, SDH и мультиплексорного оборудования;
· синхронный 64-кГц сигнал для синхронизации основных цифровых каналов (ОЦК) PDH;
· дополнительные синхронные сигналы 8 кГц; 1; 5 и 10 МГц – для синхронизации цифрового оборудования.
При этом эталонные источники обладают определенной нестабильностью, отдельные параметры которой нормируются соответствующими стандартами для каждого класса оборудования (см. табл.1). Основные из них:
· дрожание фазы/джиттер (jitter) – кратковременные, с частотой выше 10 Гц, смещения фронтов сигнала тактовой синхронизации относительно их идеальных положений во времени. Для всех типов генераторов джиттер не должен превышать 5% от длительности единичного интервала в выходном сигнале 2048 кГц или 2048 Кбит/с;
· дрейф фазы/вандер (wander) – медленные, с частотой не выше 10 Гц, смещения фронтов сигнала тактовой синхронизации относительно их идеальных положений во времени. Для всех типов генераторов вандер не должен превышать 12,5% от длительности единичного интервала в выходном сигнале 2048 кГц или 2048 Кбит/с;
· полоса захвата (hold-in range) – максимальное расхождение между тактовыми частотами ведущего и ведомого генераторов, в пределах которого ведомый генератор обеспечивает автоподстройку частоты;
· ошибка временного интервала ОВИ/TIE – разность между измеренными значениями временного интервала Т, необходимого тестируемому генератору для генерации n импульсов длительностью t0 (T = n·t0), и аналогичного временного интервала Tref для эталонного генератора (Tref = n·tref): TIE(t, n) = T(t, n) – Tref(t, n);
· максимальная ошибка временного интервала МОВИ/MTIE – максимальное значение разброса временных отклонений сигналов тестируемого генератора от эталонного за некоторый период измерения Т;
· девиация временного интервала ДВИ/TDEV – измеренное максимальное отклонение параметров временного интервала от их среднего значения;
· относительное отклонение частоты Df/fн = (fд – fн) / fн, где fд – действительная частота сигнала, fн – заданная номинальная частота сигнала.

КЛАССЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ХРОНИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ
Основных международных классификаций хронирующих источников две – на основе стандарта ANSI Т1.101 и на основе рекомендаций ITU-T G.811, G.812, G.813 (табл.2). Еще существуют национальные классификации, например предложенная в РТМ МФ РФ классификация на основе понятия “блок системы синхронизации“ (БСС) [1]. Статистика возникновения проскальзываний при взаимодействии двух узлов, синхронизируемых таймерами различной точности (табл.3) [3], показывает, что при существующей точности таймеров синхронный режим вообще недостижим, псевдосинхронный обеспечивают только узлы с таймерами класса Stratum 1 или G.811, а плезиохронный режим можно поддержать, если точность таймеров взаимодействующих узлов не хуже 10-9. Из отечественных таймеров последний режим обеспечивают только генераторы на основе БСС-1. Существенно, что приведенная статистика характеризует только одно звено синхронизации. В многозвенной схеме ситуация ухудшается пропорционально числу звеньев.

ОБОРУДОВАНИЕ СИНХРОНИЗАЦИИ СЕТИ
Оборудование для синхронизации сетей можно условно разделить на две большие категории: автономные хронирующие источники и датчики точного времени. Первые основаны на прецизионных атомных (водородных, рубидиевых или цезиевых) эталонах времени. Достаточно дорогие и редкие до недавнего времени, они (из-за бурного развития синхронных систем связи) производятся серийно и вполне доступны для установки в сетях. Характерные примеры подобных устройств [4]: эталоны водородные – активный VCH-1003A (погрешность по частоте ±1,5·10-12) и пассивный VCH-1004 (погрешность ±3,0·10-12); цезиевый HP 5071A (погрешность ±1,5·10-12); рубидиевый ННИПИ Р-1050С (±2,0·10-11). Более широко (в первую очередь, в качестве БСС) распространены генераторы с кварцевым первичным источником, но они не используются в ПЭГ. Характерный пример – кварцевый таймер ONIIP M0075 с суточной нестабильностью по частоте ±1,0·10-9.
Однако сегодня наиболее простое решение – датчики точного времени, работающие со спутниковыми системами точного времени. Они обладают точностью синхронизации 10-11 и точностью удержания частоты 10-10. Наиболее доступна (из универсальных и точных) система мирового скоординированного времени UTC. Для его трансляции используются несколько спутниковых систем. Наиболее известные из них – международная спутниковая радионавигационная система LORAN-C, отечественная система позиционирования ГЛОНАСС и глобальная система позиционирования GPS (США ) [5]. Последняя, в силу дешевизны приемного оборудования, получила наибольшее распространение.
На основе GPS/ГЛОНАСС были разработаны – как альтернатива ПЭГ – первичные эталонные источники (ПЭИ/PRS, точность не хуже 10-11) и связанная с ними технология локальных первичных эталонов (ЛПЭ/LPR). В этой технологии сигналы UTC используются для подстройки частоты управляемых сетевых таймеров классов ВЗГ или МЗГ. Многие западные телефонные компании используют ее для таймеров класса TNC на транзитных узлах вместо традиционных улучшенных рубидиевых часов. ЛПЭ с синхронизацией от UTC перекрывают требования по точности 10-11 стандартов ITU-T для ПЭГ. Системы с распределенными ЛПЭ не только увеличивают надежность синхронизации цифровых сетей, но и устраняют (при использовании сообщений о статусе синхронизации SSM) саму возможность нарушения синхронизации на цифровой сети связи.
Роль российской системы ГЛОНАСС аналогична GPS, хотя ей и предстоит еще нелегкий путь, связанный с модернизацией спутниковой группировки и выпуском отечественных приемников ГЛОНАСС. Отметим, что ведущие мировые производители сетевых таймеров заявляют, что оборудование следующего поколения будет способно принимать как сигналы системы GPS, так и ГЛОНАСС [5]. Опытные образцы инегральных приемников ГЛОНАСС демонстрируют и отечественные разработчики, в частности – ФГУП НИИМА “Прогресс”.
Оборудование для ТСС производит ряд компаний во всем мире, таких как Oscilloquartz (Швейцария), Datum (США), Symmetricom (США); Siemens (Германия), Agilent Technologies (США), “Алто” (Санкт-Петербург), “Время-Ч” (Нижний Новгород). Достаточно известна, например, линейка таймеров компании Hewlett-Packard, которую теперь производят фирмы Symmetricom и Agilent Technologies. Эта линейка включает таймеры для узлов всех трех уровней и систему управления сетью синхронизации – операционную оболочку HP SmartView. Для мастер-узлов выпускается внешний ПЭГ на основе цезиевого стандарта частоты HP 5701A (Agilent Technologies), обеспечивающий точность не хуже (1–2)·10-12 (типовое значение – 5·10-13). Прибор рассчитан на срок службы 10–15 лет, использует фреймовую синхронизацию 8 кГц для автоматической настройки, время готовности после включения – 20 минут.
Для сетей с распределенными ПЭГ или для распределительных транзитных узлов производится источник HP 55300A (Symmetricom). Его точность на большом интервале – ~10-11, внешняя синхронизация – либо от HP 5701A, либо от датчика системы GPS (точность ~10-12 в Р-режиме повышенной точности), либо от сигналов спутниковой системы точного времени Loran-С. HP 55300A удобен при распределении сигналов синхронизации в сетях SDH. В распределительных транзитных узлах эффективен источник HP 55400A (Symmetricom) класса ANSI Stratum 2. Его точность – 10-10. Таймер оснащен интерфейсной панелью с 9 входами и 400 выходами, может управляться от HP 55300A.

СИНХРОНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ SDH
Проблема синхронизации сетей SDH, с одной стороны, является частью общей проблемы синхронизации цифровых сетей. Но SDH привносит и свои проблемы, вызванные плавающим режимом размещения контейнеров в поле полезной нагрузки. Это фактически приводит к определенной (внутренней) асинхронности трафика, что не позволяет использовать для синхронизации поток 2 Мбит/с, выделенный при демультиплексировании из потока STM-N. Однако технология SDH предлагает и свои специфические методы решения проблем синхронизации [5].
Целостность синхронизации сети PDH основана на схеме иерархической принудительной синхронизации (ведущий-ведомый). Прохождение сигналов таймеров через узлы сети PDH прозрачно, так как фазы используемых для синхронизации сигналов в потоках E1 жестко привязаны к фрейму PDH. В сети SDH, восстанавливающей в каждом узле сигнал таймера из линейного сигнала STM-N, такая прозрачность теряется, и сигнал потока E1, демультиплексированный из потока STM, нельзя использовать для синхронизации без специальной процедуры ретайминга. Последнюю реализуют преобразователи сигналов синхронизации (ПСС, retimer), восстановливающие исходную точность синхронизации плезиохронному потоковому сигналу 2048 Кбит/с, нарушенную действием механизма указателей полезной нагрузки при прохождении через SDH-сети.
Кроме того, сети SDH наряду с привычной топологией точка-точка используют кольцевую и ячеистую топологии, для которых маршруты сигналов могут меняться в процессе функционирования сетей – а это дополнительные проблемы синхронизации.
Сети SDH имеют несколько дублирующих источников синхронизации [5], подразделяемых на внешние и внутренние.
Внешняя синхронизация – это сигнал с частотой 2048 кГц (см. ITU-T G.703, п.13):
· от внешнего сетевого таймера типа ПЭГ;
· с интерфейса канала доступа (аналог таймера транзитного узла), выделяемый из первичного потока 2048 Кбит/с;
· выделяемый из линейного сигнала 155,520 Мбит/с или 4n·155,520 Мбит/с (линейный таймер).
Внутренняя синхронизация – это сигнал 2048 кГц внутреннего таймера (аналог таймера ведомого локального узла). Его точность регламентируется производителями, и для мультиплексоров SDH выбирается на уровне Stratum3 (4,6·10-6).
Точность внутреннего таймера мала, ошибка накапливается при так называемом “каскадировании сигналов таймеров”, когда узел сети восстанавливает сигнал таймера по принятому сигналу и передает его следующему узлу. Поэтому использовать внутренний таймер можно только локально. В этом смысле наиболее надежны сигналы внешнего сетевого таймера и линейный сигнал STM-N. Вообще же, целостность синхронизации сети SDH лучше поддерживается при распределенных первичных эталонных источниках (рис., б) – меньше влияет топология сети, нет эффектов “каскадирования сигналов таймеров”.
Хронирующие источники могут работать в одном из четырех режимов, следовательно, системы управления должны переключать эти режимы, причем необходим показатель, на основе которого принимается решение о переключении. В качестве такого показателя ITU-T ввел понятие уровень качества хронирующего источника, который может быть передан в виде сообщения о статусе синхронизации (SSM). В системах PDH (согласно новой версии стандарта ITU-T G.704) SSM передается в последовательности резервных бит в мультифрейме Е1, в сетях SDH – в заголовке фрейма STM-N, где для SSM зарезервированы четыре бита (с пятого по восьмой) байта синхронизации S1. При сбое в сети узел, ответственный за распространение SSM, способен послать сообщение системе управления о необходимости использования альтернативного сигнала синхронизации. Современные системы управления сетью используют до шести уровней качества хронирующего источника (табл.4). Сообщение “Уровень качества неизвестен” означает, что сигнал хронирующего источника получен со старого оборудования PDH/SDH, не поддерживающего сервис SSM. Сообщение “Не рекомендуется использовать для синхронизации” может прийти от блока, чей интерфейс STM-N уже задействован для синхронизации. Обозначения кода качества Qn используются на схемах сетей синхронизации. Стремительное развитие цифровых систем коммутации и средств передачи информации, внедрение технологий SDH и SONET привело к значительному возрастанию роли систем синхронизации в сетях телекоммуникаций. Новые сферы применения и виды предоставляемых услуг также вызывают повышенные требования к характеристикам и работе сетей синхронизации.

Точная работа и тщательное планирование систем синхронизации требуются не только для того, чтобы избежать неприемлемых рабочих характеристик, но чтобы ослабить скрытые, дорогостоящие и трудноопределимые проблемы и уменьшить малозаметные взаимные влияния сетей различного подчинения.

Синхронизация - это средство поддержания работы всего цифрового оборудования в сети связи на одной средней скорости. Для цифровой передачи информация преобразуется в дискретные импульсы. При передаче этих импульсов через линии и узлы связи цифровой сети все ее компоненты должны синхронизироваться. Синхронизация должна существовать на трех уровнях: битовая синхронизация, синхронизация на уровне канальных интервалов (time slot) и кадровая синхронизация.

Битовая синхронизация заключается в том, что передающий и принимающий концы линии передачи работают на одной тактовой частоте, поэтому биты считываются правильно. Для достижения битовой синхронизации приемник может получать свои тактовые импульсы с входящей линии. Битовая синхронизация включает такие проблемы как джиттер линии передачи и плотность единиц. Эти проблемы поднимаются при предъявлении требований к синхронизации и системам передачи.

Синхронизация канального интервала (time slot) соединяет приемник и передатчик таким образом, чтобы канальные интервалы могли быть идентифицированы для извлечения данных. Это достигается путем использования фиксированного формата кадра для разделения байтов. Основными проблемами синхронизации на уровне канального интервала являются время изменения кадра и обнаружение потери кадра.

Кадровая синхронизация вызвана необходимостью согласования по фазе передатчика и приемника таким образом, чтобы можно было идентифицировать начало кадра. Кадром в сигнале DS1 или E1 является группа битов, состоящая из двадцати четырех или тридцати байтов (канальных интервалов) соответственно, и одного импульса кадровой синхронизации. Время кадра равно 125 микросекундам. Канальные интервалы соответствуют пользователям конкретных (телефонных) каналов связи.

Тактовый генератор сети, расположенный в узле источника, управляет частотой передачи через этот узел битов, кадров и канальных интервалов. Вторичный генератор сети расположенный в принимающем узле, предназначен для управления скоростью считывания информации. Целью тактовой сетевой синхронизации является согласованная работа первичного генератора и приемника с тем, чтобы принимающий узел мог правильно интерпретировать цифровой сигнал. Различие в синхронизации узлов, находящихся в одной сети, может привести к пропуску или к повторному считыванию принимающим узлом посланной на него информации. Это явление называется проскальзыванием.

 

 


Используемая литература


1. РТМ по построению тактовой сетевой синхронизации (ТСС) на цифровой сети связи Российской Федерации. – М.: ЦНИИС, 1995.
2. Концепция развития связи Российской федерации / Под ред. В.Б. Булгака и Л.Е. Варакина. – М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.
3. MainStreet 3645. General Information. Release 5. Newbridge, 1994.
4. Рыжков А.В., Кириллов В.П., Кадерлеев М.К. Основы системы ТСС магистральной цифровой сети. – Вестник связи, 2000, №10.
5.Слепов Н.Н. Современные цифровые технологии оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000.
6. Алексеев Ю.А., Колтунов М.Н., Улановская Л.Л., Шишигин М.В., Шлюгер Б.И. Особенности подключения сетей ТСС операторов связи к сети ТСС ОАО "Ростелеком". – Электросвязь, 2000, № 8.
7. Шварц М.Л. Подключение региональных сетей к базовой сети ТСС ВСС РФ. Материалы семинара “Построение сети тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Внедрение на сетях операторов”. – М.: Гипросвязь-Консалтинг, 23-25 октября 2001.





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.