К оборудованию тактовой сетевой синхронизации относится, прежде всего, аппаратура, генерирующая тактовые сигналы, аппаратура, восстанавливающая требуемое качество тактовых сигналов и аппаратура распределения сигналов.
В качестве источников сигналов синхронизации используются первичные эталонные источники (ПЭИ), характеристики которых регламентируются международными Рекомендациями. Для выходных сигналов ПЭИ максимально допустимое относительное отклонение частоты от номинального значения составляет величину порядка 10 -13 при всех возможных условиях окружающей среды и времени наблюдения не менее недели. В качестве ПЭИ обычно используются цезиевые или водородные генераторы. Оборудованием, непосредственно обеспечивающим сигнал синхронизации для сети ТСС, является первичный эталонный генератор (ПЭГ), обозначаемый также PRC (Primary Reference Clock), в состав которого входят аппаратурно резервированные ПЭИ (устанавливается не менее трёх ПЭИ). Так как сигнал на выходе ПЭИ является весьма слабым, то на выходе ПЭГ включается ведомый задающий генератор (ВЗГ), более подробно о котором будет сказано ниже. Выходным сигналом ПЭГ является частота 2048 кГц, для которой максимально допустимое относительное отклонение частоты от номинального значения в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.811 не должно превышать величины 1*10 -11 . В аппаратуре ПЭГ, кроме тройного резервирования ПЭИ, предусмотрено резервирование остального оборудования, входящего в состав ВЗГ. Двойное резервирование может применяться и для выходных интерфейсов ПЭГ. Как правило, аппаратура ПЭГ имеет не менее 16-ти выходов тактовой частоты. Если этого в конкретном узле окажется мало, ПЭГ может доукомплектовываться аппаратурой распределения сигнала синхронизации (АРСС).
На второй и третьей ступенях иерархии системы ТСС находятся ведомые задающие генераторы (ВЗГ), иногда обозначаемые как SSU (Sуnchronization Supply Unit). Они подразделяются на ВЗГ транзитного узла ВЗГ-Т (SSU-T) и местного узла ВЗГ-М (SSU-L) в соответствии с Рекомендациями MСЭ-Т G.812Т и G.812L. При нормальных условиях работы они используются для восстановления и поддержания необходимого качества сигналов синхронизации при их распространении по сети, когда ВЗГ работает в режиме принудительной синхронизации. Дело в том, что при передаче синхросигналов от одного сетевого элемента к другому, их качество ухудшается вследствие накопления фазовых дрожаний значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени (“джиттер” и “вандер”). Для улучшения качества синхронизации в цепочке каскадно включенных сетевых элементов устанавливают ВЗГ, обеспечивающих фазовую автоподстройку частоты, которая способствует подавлению фазовых дрожаний. Кроме того, в аварийных ситуациях, ВЗГ берут на себя функции задающих генераторов. Этим и объясняется их противоречивое на первый взгляд название – ведомый задающий генератор.
Транзитные ВЗГ-Т в сравнении с местными ВЗГ-М имеют более стабильное и, соответственно, дорогое генераторное оборудование. Оно способно обеспечить возможность довольно длительной работы системы ТСС при потере внешнего сигнала синхронизации, а также эффективно подавлять фазовые флюктуации. Поэтому местные ВЗГ-М применяются на участках сети, с которых сигналы синхронизации не поступают на другие участки с ВЗГ, так как они не могут обеспечить требуемого качества транзита.
Как правило, на ВЗГ поступают не менее двух сигналов 2048 кГц. Как и ПЭГ, ВЗГ имеет не менее 16-ти выходов. В случае если необходимо больше, добавляется аппаратура АРСС.
ВЗГ может быть укомплектован устройством преобразования сигналов синхронизации (ПСС). С их помощью восстанавливаются исходные характеристики тактовой частоты в информационных сигналах 2048 кбит/с, пришедших на данный узел из линии ПЦИ или выделенных из систем СЦИ. Этот сигнал обозначают как «Е1/Т» и его можно использовать далее для синхронизации. Иногда, в качестве ВЗГ могут использоваться блоки сетевой синхронизации (БСС) коммутационных станций, при условии, что их характеристики удовлетворяют Рекомендации MСЭ-Т G.812.
Условные обозначения, применяемые в схемах тактовой синхронизации для ПЭГ и ВЗГ, приведены на рис. 2.1.
 |
|||||
Генераторы ВЗГ используют в различных вариантах включения. На железнодорожном транспорте, где распространены цепочки с большим количеством последовательно включенных мультиплексоров, ВЗГ наиболее часто используется для восстановления тактовых интервалов. Отметим, что в Рекомендациях МСЭ-Т существуют определенные нормы на число последовательно включаемых генераторов сетевых элементов и ВЗГ.
Здесь в цепочку генераторов сетевых элементов (ГСЭ), которые иногда обозна-
чаются как SEC (SDH Equipment Clock)), для подавления фазовых дрожа-
ний включаются ВЗГ. При этом ограничивается число ГСЭ между ПЭГ и
ВЗГ или между двумя ВЗГ (не более 20), число последовательно вклю-
ченных ВЗГ (не более 10), а также общее число ГСЭ в цепочке (не более
60). Отметим, что условия обеспечения сетей связи сигналами синхро-
низации могут быть различными. Поэтому вводится понятие “классов
присоединения”, которые соответствуют условиям получения сигналов
синхронизации (от ПЭГ, от ВЗГ, от синхронного мультиплексора, от се-
ти ПЦИ). Разным классам присоединения соответствуют разные ограни-
чения для соответствующих цепочек сетевых элементов [ 4 ].
На рис. 2.3 показано взаимодействие мультиплексора СЦИ уровня STM-N и ВЗГ на промежуточных узлах, где происходит улучшение качества сигнала синхронизации путем подавления фазовых дрожаний. На ВЗГ, через мультиплексор, поступает сигнал синхронизации, выделенный из линейного сигнала STM-N, который обрабатывается ВЗГ и возвращается в мультиплексор для синхронизации его внутреннего генератора, то есть ГСЭ.
Возможен вариант использования ВЗГ для синхронизации крупного узла связи или участка низовой цифровой сети (рис.2.4). Обычно для этой цели устанавливают ВЗГ местного уровня.
Как уже отмечалось, для распределения и размножения сигналов тактовой синхронизации служит АРСС, условное обозначение которой приведено на рис. 2.5.
На АРСС может подаваться два сигнала синхронизации – основной и резервный. Выбор производится в соответствии с установленным приоритетом. Из выбранного сигнала формируюся выходные сигналы в виде последовательностей 2048 кГц или 2048 кбит/с. Некоторые АРСС комплектуются преобразователями (ПСС). Тогда выбранный на входе сигнал синхронизации может быть использован для обработки какого - либо информационного сигнала Е1 для восстановления в нем тактовой частоты 2048 кГц, пригодной для использования в системе тактовой синхронизации. Эта операция называется ресинхронизацией потока 2048 кбит/c или ретаймингом (retiming). Подвергнутый такой обработке поток обозначается как Е1/Т.
Так как АРСС не имеет в своем составе генератора, следует учитывать, что при пропадании входных сигналов синхронизации вместо сигнала Е1/Т на выход ПСС будет проходить сигнал Е1 без преобразований.
При проектировании ТСС необходимо проанализировать технические характеристики генераторного оборудования сетевых элементов, так как ряд производителей оборудования СЦИ выпускают мультиплексоры с встроенными ПСС, что может существенно упростить схемы синхронизации на узлах.
3. Сигналы в сети тактовой сетевой синхронизации
В цифровых системах передачи первичным является сигнал со скоростью передачи 2048 кбит/с, вырабатываемый в каналообразующих мультиплексорах. Дальнейшее временное группообразование вторичных, третичных и четверичных цифровых трактов может осуществляться как синхронным, так и асинхронным способами. При синхронном объединении генераторы, входящие в состав передающих частей мультиплексоров компонентных групп, синхронизируются от генератора передающей части мультиплексора более высокого уровня. В случае же асинхронного объединения все эти генераторы работают независимо друг от друга.
В системах плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) частота цифровых сигналов после их прохождения через оборудование временного группообразования (ОВГ), работающего в режиме согласования скоростей передачи, не изменяется . Поэтому в них нет необходимости в синхронизации генераторов, входящих в состав мультиплексоров всех уровней иерархии. Генераторы сетевых элементов вторичного и более высоких уровней группообразования могут работать автономно, независимо друг от друга и от сети синхронизации. В систему сетевой синхронизации можно включать все устройства цифровой коммутации и транзита (электронные АТС, устройства кроссовой коммутации и т.д.), а также входящие в их состав мультиплексоры, формирующие первичные групповые сигналы со скоростью 2048 кбит/с. Таким образом, использование на цифровой сети ПЦИ асинхронных стыков с согласованием скоростей упрощает сеть синхронизации и, как правило, не требует установки оборудования синхронизации в узлах группового цифрового транзита.
Необходимо отметить, что все модификации аппаратуры ПЦИ с двухсторонним согласованием скоростей (стаффингом) не рекомендуется применять для передачи сигналов синхронизации т.е. для решения этой задачи требуется использовать аппаратуру с односторонним стаффингом . Кроме того, в настоящее время правила построения схем ТСС в сетях ПЦИ слабо отражены в нормативах и рекомендациях. В последнее время аппаратура ПЦИ используется только на сравнительно коротких линиях отделенческих участков и местной связи. На длинных линиях систем ПЦИ в сигналах 2048 кбит/с неизбежно накапливается джиттер и вандер [ 1,2,3 ]. Поэтому прежде чем использовать сигналы сетей ПЦИ для построения ТСС необходимо провести измерения основных параметров сигналов, используемых для ТСС на предмет соответствия их нормам МСЭ-Т.
Переходя к системам передачи СЦИ, необходимо отметить, что на подавляющем большинстве сетевых стыков аппаратуры ПЦИ и СЦИ предусматривается асинхронный ввод-вывод цифровых сигналов с согласованием скоростей. Это означает, что для взаимодействия сетей ПЦИ и СЦИ в этом случае не требуется обеспечения синхронизации. Однако, для построения сети ТСС, необходимо учитывать особенности передачи сигналов в сетях СЦИ.
С точки зрения синхронизации внутренний генератор синхронного мультиплексора может находиться в одном из трех режимов работы:
1) режим принудительной синхронизации (Locked Mode);
2) режим удержания (Holdover);
3) режим свободных колебаний (Free Running).
Нормальным режимом является режим принудительной синхронизации. Генератор входит в режим удержания, когда пропадает внешний синхросигнал. При этом в силу инерционности генератор продолжает вырабатывать ту же самую частоту, которую он генерировал в режиме принудительной синхронизации, но стабильность этой частоты падает. Продолжительность этого режима ограничена как нормативными документами (не более суток в течение года), так и мешающим влиянием различных дестабилизирующих факторов, в результате действия которых через некоторое время генератор переходит в режим свободных колебаний и вырабатывает частоту, значение которой определяется его резонансными свойствами.
Носителями синхросигнала, подаваемого на синхронный мультиплексор, могут быть :
1) частота 2048 кГц;
2) цифровой поток 2048 кбит/с;
3) линейный или компонентный сигнал STM – N.
Таким образом, необходимая для синхронизации мультиплексора частота 2048 кГц может быть либо непосредственно подана на мультиплексор, либо выделена из сигналов 2048 кбит/с или STM-N. Отметим, что применительно к некоторым синхронным мультиплексорам приведенный выше “канонический” список может корректироваться в большую или меньшую стороны.
На разветвленной сети СЦИ происходит обмен контейнерами различных рангов между мультиплексорами СЦИ, которые не всегда синхронизированы друг с другом. В этом случае возможно переполнение или полное опустошение буферных запоминающих устройств на входах мультиплексоров. Это обусловлено несовпадением частот записи и считывания, что, в свою очередь, приводит к проскальзываниям. Для предотвращения этого эффекта существует процедура изменения численного значения указателей (pointer adjusting, pointer action), которая является причиной возникновения дополнительных фазовых флуктуаций в передаваемых информационных сигналах. По сравнению с фазовыми дрожаниями, вносимыми согласованием скоростей в ПЦИ и на стыках СЦИ-ПЦИ, когда шаг подстройки равен одному биту, изменение численного значения указателей в СЦИ вносит фазовые дрожания значительно большей величины. Поэтому согласно Рекомендации G.803 первичные групповые сигналы 2048 кбит/с, прошедшие через сеть СЦИ, не должны использоваться в качестве синхросигналов, так как они могут иметь недопустимо большие фазовые дрожания в случае изменения численного значения указателей. С другой стороны, в настоящее время на эксплуатации находится значительное количество электронных АТС, для синхронизации которых требуется именно цифровой поток 2048 кбит/с. Выходом из положения является процедура ресинхронизации потока 2048 кбит/c, прошедшего через сеть СЦИ (retiming). Упрощенно принцип работы соответствующего устройства заключается в следующем. В буферную память записывается поток 2048 кбит/с со своей тактовой частотой, а считывание происходит с частотой сигнала синхронизации 2048 кГц. Считанный цифровой поток 2048 кбит/с уже может быть использован для целей синхронизации.
Для переноса синхроинформации через СЦИ должны использоваться линейные сигналы STM-N (N=0, 1, 4, 16, 64, 256), которые не подвержены влиянию фазовых дрожаний от обработки указателей. При этом генераторное оборудование синхронных мультиплексоров обеспечивает выделение из линейных сигналов STM-N сигнала синхронизации 2048 кГц, который может подключаться в качестве источника внешней синхронизации к другому оборудованию узла.
1) синхронный;
2) псевдосинхронный;
3) плезиохронный;
4) асинхронный.
Синхронный режим является нормальным режимом работы цифровой сети. В идеально работающей цифровой сети при этом режиме возможность возникновения проскальзываний исключена.
Псевдосинхронный режим возникает при условии независимой работы на сети двух (или нескольких) первичных эталонных генераторов, со стабильностью частоты не менее 1 ´ 10 -11 , что соответствует Рекомендации G.811. При этом ухудшение качества для всех видов связи будет практически неощутимым (одно проскальзывание за 70 суток). В частности, такой режим возникает при взаимодействии двух регионов синхронизации (этот термин будет пояснен ниже).
Плезиохронный режим работы возникает, когда генератор какого-либо ведомого узла теряет возможность внешней принудительной синхронизации. В этом случае генератор переходит в режим удержания (Holdover), при котором продолжает генерировать частоту сети с принудительной синхронизацией. Длительность работы в режиме удержания для выполнения норм по частоте проскальзываний должна быть жестко ограничена во времени. Частоты ведомых задающих генераторов, используемых в этом режиме, должны удовлетворять Рекомендации G.812.
Асинхронный режим характеризуется значительно большим расхождением частот генераторов и в России неприменим.
На схемах ТСС сигналы синхронизации обозначаются линиями, соединяющими оборудование, с указанием направления передачи сигналов (рис. 3.1.).
Отметим, что в разветвленных сетях СЦИ может быть предусмотрено большое количество резервных путей передачи синхросигналов.
4. SSM алгоритм. Петли синхронизации. Приоритеты сигналов
синхронизации
В современных системах передачи при построении ТСС используются сообщения о статусе синхронизации (Synchronization Status Message, SSM алгоритм), передаваемые в циклах передачи на специально выделенных служебных позициях. В СЦИ это выполняется с помощью байта S1 заголовка мультиплексорной секции MSOH сигнала STM-N, а в ПЦИ – на свободных битах нулевого канального интервала КИ0 нечетных циклов сигнала Е1.
Сообщение SSM идентифицирует качество сигналов синхронизации, по которым синхронный мультиплексор осуществляет выбор источников сигналов синхронизации STM-N, в зависимости от их качества.
Предположим, что к мультиплексору подключен источник синхросигнала ПЭГ (PRC). Тогда, в байте S1 исходящего от него сигнала STM-N, в битах с 5 по 8, будет записано сообщение SSM в виде кодовой комбинации 0010, или 2 в десятичной системе счисления. Если же источником синхросигнала является ВЗГ-Т (SSU-T), то в байте S1 записывается кодовая комбинация 0100 или 4 в десятичной системе.
Характеристики качества источников сигналов синхронизации, передаваемых SSM-сообщением, приведены в таблице 4.1.
Табл. 4.1
Таким образом:
Q = 2 – обозначает, что сигнал синхронизации поступает от ПЭГ;
Q = 4 - качество сигнала синхронизации соответствует транзитному ВЗГ. Такой сигнал может быть использован в качестве резервного;
Q = 8 - качество сигнала синхронизации соответствует местному ВЗГ;
Q = 11 - синхронизация мультиплексора осуществляется от внутреннего генератора;
Q = 15 - запрет на использование приходящего сигнала STM-N для синхронизации. Необходимость введения сообщения DNU можно пояснить на следующем примере.
Предположим, что в цепочке последовательно соединенных мультиплексоров вместо сообщения DNU от второго мультиплексора к первому в байте S1 передается сообщение ПЭГ (PRC). При этом, в случае пропадания внешнего синхросигнала с реальным качеством ПЭГ мультиплексор начнет синхронизироваться по поступающему к нему сигналу SDH, а затем вновь посылать сообщение ПЭГ (PRC). Возникнет петля синхронизации, когда синхросигнал сетевого элемента извлекается из выходного сигнала синхронизации того же самого сетевого элемента. Вследствие этого синхросигнал становится очень нестабильным, что крайне отрицательно воздействует на характеристики транспортной сети СЦИ, вплоть до полных перерывов связи. На сети СЦИ ни при каких возможных режимах работы (нормальных и аварийных) не должно возникать петель синхронизации. Одной из мер, препятствующих возникновению петель, и является передача сообщения DNU в байте S1.
На сетевой элемент может одновременно поступать несколько синхросигналов с одинаковым уровнем качества. В этом случае, для определения источника синхронизации, который выбирает сетевой элемент, каждому источнику синхронизации назначается приоритет.
Следует подчеркнуть, что качество является более важным параметром, чем приоритет. Так при выборе источника синхронизации сетевой элемент сначала выбирает источник с наивысшим уровнем качества. При наличии нескольких источников с этим наивысшим качеством, выбор делается в пользу источника с наивысшим приоритетом.
Отметим, что иногда вводят программный запрет на использование каких-либо портов в качестве источников синхросигнала. Такие запреты также служат профилактической мерой, препятствующей возникновению петель синхронизации.
Примеры использования SSM алгоритма для переключения путей прохождения синхросигналов более подробно рассмотрены в Приложениях и .
5. Выбор основных и резервных направлений синхронизации
Основными направлениями передачи синхросигналов должны быть следующие:
От ПЭГ или от точки подключения к базовой сети ТСС до ВЗГ, установленного на данной сети;
От основного ВЗГ на цифровой сети во все направления, кроме направления, откуда ВЗГ получает синхросигнал;
От дополнительных ВЗГ во все стороны, кроме направления, откуда ВЗГ получает синхросигналы.
Базовой сетью тактовой синхронизации сети связи железных дорог России является магистральная цифровая сеть связи (МЦСС) ОАО ”РЖД”. Сеть ТСС представляет собой разветвленную однородную сеть формирования, доставки и распределения сигналов синхронизации, наложенную на тракты волоконно-оптических систем передачи МЦСС. В состав сети входят: четыре первичных эталонных генератора (ПЭГ), расположенные в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Хабаровске и образующие четыре региона синхронизации; а также два самостоятельных региона синхронизации в Калининградской области и на острове Сахалин со своими ПЭГ.
Образованные таким образом регионы синхронизации взаимодействуют между собой и с сетью связи общего пользования РФ в псевдосинхронном режиме.
Характерной особенностью системы ТСС сети железных дорог является большое количество ВЗГ. В настоящее время их более пятидесяти. Необходимость этого вызвана двумя основными факторами.
Во-первых, нужно учитывать, что волоконно-оптические линии передачи на сети связи МПС, построены, в основном, путем подвески на опорах контактной сети. Влияние температуры окружающей среды на такие линии существенно больше, чем на волоконно-оптических линиях передачи (ВОЛП) сети общего пользования ЕАС РФ. Так, например, если кабель проложен в грунте, изменение его температуры за сутки не превысит 2 градуса, а за год не более 25-ти, при подвеске диапазон изменения температуры в течение суток до 80 градусов, а за год в некоторых регионах до 130-ти. Соответственно, зависящие от этих изменений “блуждания” параметров цифрового сигнала в трактах магистральной цифровой сети связи МЦСС ОАО “РЖД“ существенно выше, чем в сети общего пользования и их необходимо корректировать, устанавливая на узлах сети ВЗГ.
Во-вторых, протяженность МЦСС достигает около 50 тыс. км, и вдоль всех протяженных линий передачи достаточно часто устанавливаются мультиплексоры ввода/вывода, так как необходимо обеспечивать качественными цифровыми каналами не только крупные узлы, но и промежуточные станции с расстояниями 20-40 км между ними. Существующие в Рекомендациях МСЭ-Т ограничения на число последовательно включенных мультиплексоров СЦИ, предполагают использование ВЗГ для восстановления качества сигналов синхронизации.
Практически все ВЗГ имеют трехкратный резерв по входным сигналам и могут работать с характеристиками ПЭГ, используя сигналы навигационных систем GPS/ ГЛОНАСС. При пропадании всех поступающих на ВЗГ синхросигналов они должны переходить в режим удержания и обеспечивать выполнение требований по качеству синхронизации в аварийном режиме задающего генератора.
Надежность и живучесть системы ТСС в целом гарантируется однородностью сети связи, наличием прямых и резервных путей синхронизации, кольцевых структур (пространственно разнесенных трасс) в ВОЛП, а также дополнительных сигналов от приемников GPS/ ГЛОНАСС, входящих в состав ВЗГ. Так, например, если на какой-либо узел связи невозможно организовать два пути подачи синхросигналов, то на нем должна устанавливаться аппаратура синхронизации ВЗГ или задействоваться блок сетевой синхронизации (БСС) коммутационной станции, обеспечивающий режим удержания на время ремонта с выполнением требований МСЭ-Т на допустимые проскальзывания.
6. Тактовая синхронизация в кольцевых структурах
Кольцевые структуры являются наиболее часто встречающимися способами организации защиты в сетях СЦИ. В сети связи железнодорожного транспорта кольцевые структуры могут использоваться, как на магистральном и дорожном уровнях, так и на уровне доступа .
Выбирая направления синхронизации c использованием резервных направлений, необходимо исключать возможность образования замкнутых путей. Если сеть связи образует несколько колец, то во избежание образования замкнутых петель обмен синхросигналами между кольцами должен, как правило, идти в одну сторону (от главных колец к вспомогательным).
В случае кольцевой структуры сети, особенно при организации больших магистральных колец, при переключении синхронизации от резервного источника (авария основного) необходимо, чтобы направление резервного пути передачи сигнала синхронизации, по возможности, на ряде участков сети совпадало с направлением, основного пути. Так как при этом в процессе реконфигурации будет задействовано минимальное число генераторов сетевого элемента.
Современным способом исключения петель синхронизации в кольцевых и линейных структурах является использование SSM алгоритма.
7. Условные обозначения для сигналов синхронизации
В схемах ТСС помимо оборудования, сигналов синхронизации с указанием направлений, по которым они передаются и последовательностью приоритетов, указывается также тип сигналов, которые применяются при взаимодействии сетевых элементов. Условные обозначения и характеристики сигналов, используемых при построении ТСС, представлены в табл. 7.1 и на рис 7.1.
Табл. 7.1
Рис. 7.1
Уровни качества источника синхронизации, которые должны присваиваться входам и выходам мультиплексора СЦИ, обозначают либо как Q,с указанием числа, значение которого берется из табл. 4.1 , либо указывая их непосредственно, как ПЭГ, ВЗГ-Т и т. д.
Как указывалось выше, синхронизация сети СЦИ производится для обеспечения возможности транспортировки сигналов синхронизации и снабжения ими каких-либо внешних систем (электронных АТС, базовых станций стандарта GSM и т.д.). Отметим, что при конфигурировании параметров выходного сигнала синхронизации 2048 кГц или 2048 кбит/с (в случае использования ретайминга) указывается пороговый уровень качества сигнала. При падении качества выходного синхросигнала ниже порога происходит его отключение. Это условие записывается в виде равенства или неравенства, например, Q = 2 или Q ≤ 4. В тех мультиплексорах, где отсутствует функция отключения выходного сигнала синхронизации в зависимости от качества принимаемого сигнала, или сигнал синхронизации должен присутствовать всегда, условия отключения не указываются.
На схемах ТСС приоритеты входных сигналов синхронизации указываются на портах, с которых эти сигналы могут поступать в аппаратуру. В общем случае сетевые элементы сети ТСС могут принимать сигналы синхронизации 3-го, 4-го и т.д. приоритетов.
8. Синхронизация на узлах сети
Важной особенностью синхронизации на узлах, является требование непосредственной синхронизации от лучшего источника. На узлах и станциях используется принцип синхронизации типа «звезда», когда генераторы сетевых элементов ГСЭ получают синхронизацию непосредственно от лучшего источника на данной станции. Там где установлен ПЭГ или ВЗГ – непосредственно от них, а если ПЭГ или ВЗГ на станции нет, то от ГСЭ, получающего лучший внешний тактовый сигнал, например генератор сетевого элемента, получающий тактовый сигнал от ПЭГ по кратчайшему пути. От этого основного источника получают сигналы синхронизации другие задающие генераторы, находящиеся в пределах данного узла.
В ряде случаев, роль ВЗГ могут выполнять устройства или блоки, встроенные в аппаратуру коммутации и удовлетворяющие рекомендации G. 812.
Для синхронизации этого оборудования, рекомендуется использовать сигнал Т4, выделенный из потока STM-N, который формируется из сигнала приходящего на мультиплексор со стороны ПЭГ минуя внутренний генератор этого мультиплексора (рис.2.3), или сигнал 2,048 МГц с выхода оборудования ПЦИ.
По мере развития цифровых сетей в узлах и на промежуточных станциях устанавливается все больше аппаратуры требующей принудительной тактовой синхронизации. На небольших узлах и промежуточных пунктах с выделением каналов и трактов - от генераторов мультиплексоров СЦИ, получающих сигнал со стороны ПЭГ или ближайшего ВЗГ. Однако большинство мультиплексоров СЦИ имеют не более двух выходов сигналов тактовой синхронизации, что в ряде случаев оказывается недостаточным для обеспечения тактовыми сигналами аппаратуры установленной на данном пункте. Так, например, на промежуточных станциях железнодорожной сети связи помимо мультиплексоров СЦИ, получающих сигнал синхронизации по линейному сигналу STM-N, необходимо синхронизировать мультиплексоры доступа, цифровые АТС, аппаратуру цифровой оперативно-технологической связи. В этом случае рекомендуется использование аппаратуры распределения сигналов синхронизации (АРСС),
Использовать сигналы синхронизации с выхода мультиплексора СЦИ в потоках Е1 недопустимо, если на данном выходе мультиплексора СЦИ не установлен ПСС. Он выполняет операцию ретайминга и корректирует частоту выходного сигнала.
Необходимо отметить, что далеко не все мультиплексоры СЦИ имеют такую функцию.
Системы передачи ПЦИ, которые в современных сетях используются как правило, только на низшем уровне сети - уровне доступа, рекомендуется синхронизировать сигналами 2,048 МГц от оборудования синхронизации или от ГСЭ мультиплексоров СЦИ (выход Т4). В системах передачи ПЦИ синхросигналы могут передаться в потоках Е1, вместе с информационными сигналами, поэтому синхронизация цифрового оборудования, которое соединяется через потоки Е1 организованные в СП ПЦИ, не требуется внешняя синхронизация, оно может синхронизироваться по входным сигналам 2048 кБит/c.
9. Принципы разработки схемы тактовой сетевой синхронизации
Схема ТСС разрабатывается при проектировании любой цифровой сети связи, она является неотъемлемой частью проекта, а также обязательной частью эксплуатационной документации.
Она разрабатывается на основе схемы организации связи участков сети, при этом необходимо учитывать, что базовой сетью распространяющей тактовый сигнал является ТСС МЦСС. Сигналы синхронизации имеются на всем протяжении МЦСС на выходах ПЭГ, ВЗГ и мультиплексоров СЦИ (рис. 9.1).
В сетях отделенческой связи мультиплексоры ввода-вывода устанавливаются более часто, чем в магистральной сети. Использование сигналов Т 4 (2048 кГц) от мультиплексоров магистральной сети для восстановления сигналов синхронизации в цепочке мультиплексоров отделенческой сети, позволит сократить число мультиплексоров в цепях синхронизации отделенческой связи между точками подключения к МЦСС. Тем самым будет облегчено выполнение норм по Рекомендациям МСЭ-Т по качеству входных сигналов синхронизации и по допустимому суммарному числу последовательно включенных сетевых элементов систем передачи СЦИ в цепях синхронизации. Такое решение не снижает технической надежности системы связи ОАО ”РЖД” в целом. При этом также сохраняется возможность реализации основных и резервных путей синхронизации и исключения петель синхронизации.
Однако, в ряде случаев, если по каким-либо техническим параметрам использование системы ТСС существующей МЦСС недопустимо или невозможно, становится целесообразным установка специального ВЗГ для синхронизации низовой отделенческой или местной цифровой сети связи (аналогично схеме представленной на рис.2.5).
Условия прохождения или выключения каждого из сигналов синхронизации, задаваемые уровнями качества источника, определяются при проектировании систем синхронизации, исходя из сложности подключаемой сети, возможности обеспечения надежной синхронизации, удобства подключения оборудования, необходимого для построения сетей технологической связи нижнего уровня и сети передачи данных (СПД).
Сети отделенческой технологической связи, выходящие за пределы одной зоны синхронизации, целесообразно разделять на участки и синхронизировать каждую часть сигналами от источников соответствующих регионов синхронизации магистральной сети. Между собой эти участки будут взаимодействовать в псевдосинхронном режиме.
На схемах синхронизации должны быть указаны:
Названия или номера всех станций и пунктов, соответствующие названием и номерам схеме организации связи;
Оборудование сети ТСС, установленное в пределах участка (ПЭГ, ВЗГ, АРСС, ПСС);
Номера и типы мультиплексоров, задействованные в синхронизации, как функциональный элемент;
Направления передачи основных и резервных сигналов синхронизации;
Направления синхронизации и обозначение синхросигналов;
Приоритеты;
Качество источников синхросигналов (Q)на входах Т2и Т3 мультиплексоров СЦИ;
Качество источников синхросигналов, при котором не происходит их отключение на выходах Т4мультиплексоров СЦИ.
Если на схемах синхронизации не проставлены условия использования сигналов синхронизации по уровню качества, предполагается, что переключение на резервные маршруты происходит по факту отсутствия сигнала на основном входе.
После разработки схемы ТТС целесообразно еще раз проверить ее на устойчивость при возникновении неисправностей в сети. Так как неисправности вызывают переключения на резервные пути передачи сигналов синхронизации, при этом сеть связи должна оставаться работоспособной и обеспечивать требуемые нормы качества.
Проверку рекомендуется проводить путем анализа прохождения сигналов ТСС ко всем сетевым элементам, последовательно рассматривая все типы аварий, начиная с ПЭГ, ВЗГ, элементов транспортной сети и т.п. Если в результате проверки обнаруживаются элементы сети, к которым не поступают сигналы синхронизации, то необходимо провести проверку параметров режима удержания этих элементов, и анализ влияния нарушения синхронности на качество связи. Обычно допускается работа отдельных участков без синхронизации в аварийном режиме на период ликвидации аварии, если этот участок включает генератор, работающий с качеством не хуже ВЗГ. Если на таких участках нет таких генераторов, то схему ТСС необходимо переработать, включив в неё дополнительные ВЗГ, или добавив резервные пути сигналов синхронизации.
В неправильно разработанных схемах ТСС в результате переключений, вызванных неисправностями, могут возникать «петли» синхронизации. Недопустимо, когда какой-либо генератор, передающий сигнал синхронизации, принимает с другого направления свой собственный сигнал, прошедший по другому пути, и от него синхронизируется.
В случае обнаружения такой ситуации схему ТСС надо переработать и повторить все проверки.
Примеры схем тактовой синхронизации для различных участков сетей связи приведены в Приложениях (рис.П.1- Рис.П.8).
10. Задачи, решаемые в ходе разработки сети ТСС. Структурный анализ сети
В процессе разработки схемы сети ТСС необходимо:
Выбрать источники синхросигнала (основной и резервные);
Определить основные и резервные пути прохождения синхросигналов;
Установить приоритеты входов сигналов синхронизации во всем оборудовании сети ТСС;
Провести структурный анализ сети с целью исключения возможности образования петель и потери сигналов синхронизации при авариях;
Выяснить потребность в дополнительном оборудовании синхронизации, для обеспечения требуемого качества тактовой синхронизации на сети;
Разработать схемы внутриузловой синхронизации;
Проверить устойчивость разработанной схемы путем моделирования аварийных состояний на различных участках сети.
При анализе структуры проектируемой ТСС необходимо, прежде всего, обратить внимание на выполнение рекомендаций по допустимому количеству последовательно включенных элементов в цепях синхронизации (рис. 2.2). Необходимо проверить:
Количество сетевых элементов между ПЭГ и ближайшим ВЗГ;
Количество последовательно синхронизируемых генераторов (ВЗГ, БСС) в цепях синхронизации;
Количество сетевых элементов между последовательно синхронизируемыми ВЗГ;
Общее количество сетевых элементов в цепях синхронизации.
Этот анализ следует проводить с учетом реконфигурации схемы синхронизации при различных видах аварий на сети. При этом необходимо следить, чтобы при переключениях на резервные маршруты не возникало петель по синхронизации.
Реконфигурация сети в некоторых случаях может привести к увеличению количества последовательно включенных сетевых элементов в цепи синхронизации выше предельных значений, при которых не может быть гарантирован допустимый уровень дрожания фазы. В таких случаях, рекомендуется изменить структуру цепей синхронизации или устанавливать дополнительные ВЗГ.
Иногда, для обеспечения живучести системы ТСС используется резервный источник синхронизации, который становится ведущим в случае аварий, приводящих к потере сигнала синхронизации от ПЭГ. В качестве резервного источника синхронизации может быть использован ВЗГ или БСС коммутационной станции, обеспечивающий характеристики ВЗГ в режиме запоминания частоты.
На железнодорожном транспорте для повышения качества работы цифровых сетей в аварийных ситуациях, большое количество ВЗГ оснащено приемниками GPS/ ГЛОНАСС, на которые переключается ВЗГ при потере сигналов со стороны ПЭГ, что позволяет даже в аварийном режиме поддерживать качество сетей синхронизации на уровне ПЭГ.
Примеры схем тактовой синхронизации для различных участков сетей связи даны в Приложениях 1-3 (Рис.П.1- Рис.П.8).
1. Шмытинский В.В., Глушко В.П., Казанский Н.А. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008.
2. Кузнецов В.И. Методические указания по проектированию транспортных сетей SDH. – СПб.: ПГУПС, 2008.
3. Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммуникационные системы. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.
4. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи Российской Федерации. – М.: ЦНИИС, 1995.
5. Давыдкин П.Н., Колтунов М.Н., Рыжков А.В. Тактовая сетевая синхронизация. М.:Эко-трендз, 2004.
1. Пример схемы тактовой сетевой синхронизации линейной структуры.
Рассмотрим функционирование схемы тактовой сетевой синхронизации на сети связи линейной структуры, состоящей из пяти мультиплексоров STM-N (рис.П.1). Каждый мультиплексор имеет свой генератор сетевого элемента ГСЭ. В первом пункте размещается первичный эталонный генератор ПЭГ, а в четвертом - транзитный ведомый задающий генератор ВЗГ-Т. Каждому источнику синхронизации в мультиплексоре назначается приоритет, условно показываемый на входе индексом в кружке.
Как указывалось выше, при выборе опорного источника синхросигнала из нескольких доступных, необходимо придерживаться следующих правил:
1. Из всех доступных источников ТСС выбирается источник с наивысшим качеством.
2. Если источников наивысшего качества несколько, из них выбирается источник с наивысшим приоритетом.
3. В байтах S1 потока, направляемого навстречу потоку, из которого был выделен опорный сигнал для синхронизации данного мультиплексора, устанавливается уровень качества Q15. Это соответствует команде DNU (Don’t use!), запрещающей использовать его для синхронизации.
При исправном состоянии сети первый, второй и третий мультиплексоры синхронизируются сигналом ТСС с высшим уровнем качества Q2 от включенного в пункте 1 ПЭГ. Рассмотрим нормальный режим работы сети, когда, например, фазовые флуктуации синхросигнала, пришедшего из третьего пункта в четвертый, превышают допустимые. Источнику линейного входного синхросигнала STM-N присваивается приоритет 3. Из этого сигнала STM-N выделяются колебания с синхрочастотой 2048 кГц и через управляемый качеством электронный ключ подаются на выход. Отметим, что на качество пришедшего STM-N указывает кодовая комбинация, записанная в байте S1. Если качество выше или равно заданному порогу (например Q2), то ключ замкнут, и частота 2048 кГц с наложенными на нее фазовыми флуктуациями (шумом джиттера) проходит на выход и попадает на ВЗГ- Т. Это устройство в ведомом режиме работает как схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и подавляет фазовые флуктуации. Очищенные от шума джиттера колебания с частотой 2048 кГц с приоритетом 1 подаются на мультиплексор и используются для синхронизации его ГСЭ. Далее четвертый мультиплексор транслирует восстановленный сигнал ТСС с высшим уровнем качества Q2 к пятому мультиплексору. В обратном направлении от пятого мультиплексора к четвертому, от четвертого к третьему и т.д. передаются команды DNU (Don’t use!) соответствующие уровню качества Q=15, которые запрещают использовать принимаемый сигнал STM-N для целей синхронизации.
В аварийном режиме, например при обрыве линии, между пунктами два и три, наблюдается многоэтапный переходный процесс (рис.П.2, П.3). На первом этапе (рисП.2) генератор ГСЭ третьего мультиплексора, не получая линейного сигнала синхронизации, переходит в режим удержания (Holdover), что условно отмечено штриховыми линиями. При этом в передаваемом им в сторону четвертого мультиплексора сигнале STM-N (в байте S1) устанавливается кодовая комбинация, соответствующая уровню качества Q=11. Таким образом, четвертый мультиплексор получает от третьего синхросигнал ниже заданного уровня качества. Вследствие этого происходит отключение частоты 2048 кГц на выходе, а генератор ВЗГ-Т переходит в режим удержания, что условно отмечается штриховкой. Он становится источником задающего синхросигнала 2048 кГц, который с левого выхода подается на четвертый мультиплексор, на порт с присвоенным уровнем качества Q4. Таким образом, синхросигналы STM-N, передаваемые из четвертого пункта к пунктам три и пять, будут иметь записанный в байте S1 уровень качества Q4. При этом генератор сетевого элемента ГСЭ второго мультиплексора по-прежнему получает синхросигнал с уровнем качества Q2.
На втором этапе (рис. П.3) в пункте три выполняется переключение ГСЭ из режима удержания в режим синхронизации от сигнала с уровнем качества Q4, приходящего из четвертого пункта. В обратном направлении от третьего мультиплексора к четвертому передается команда DNU (Don’t use!), запрещающая использовать принимаемый от него сигнал для синхронизации четвертого мультиплексора. Генератор ВЗГ-Т в четвертом пункте 4 находится по- прежнему в режиме удержания.
2. Пример схемы тактовой сетевой синхронизации кольцевой структуры.
Рассмотрим примеры работы схемы тактовой сетевой синхронизации при нормальном режиме (рис. П.4) и аварийных режимах (рис. П5 и П.6) сети СЦИ кольцевой структуры. Основным источником сигналов ТСС является ПЭГ, установленный на узле 1, а резервным – ВЗГ-Т, который размещен на узле 2. Для уменьшения числа мультиплексоров, включаемых в цепочку, сигнал синхронизации от ПЭГ с уровнем качества Q2 передается по двум направлениям. При нормальном режиме (рис. П.4) одно направление выбирается, например, по часовой стрелке от мультиплексора 1 к мультиплексорам 2,3,4. Другое – против часовой стрелки от мультиплексора 1 к мультиплексорам 6 и 5.Указанные направления зафиксированы с помощью первого приоритета в кружках на входах мультиплексоров. Сокращение количества включенных мультиплексоров в схеме организации ТСС приводит к уменьшению накопленного шума джиттера и вандера и улучшению качественных показателей организуемых каналов связи.
В аварийном режиме, например, при обрыве волокна на участке 2-3 (рис. П.5) возникает переходный процесс. ГСЭ мультиплексоров 3 и 4, не получают линейный сигнал в направлении по часовой стрелке. Источниками синхросигнала от ПЭГ с качеством Q2 для мультиплексоров 4 и 3 становятся порты со вторым приоритетом, на которые поступает линейный сигнал соответственно от мультиплексоров 5 и 4 в направлении против часовой стрелки.
При аварии ПЭГ и обрыве волокна на участке 3-4 (рис.П.6.) источником сигнала синхронизации становится ВЗГ-Т транзитного узла пункта 2 с уровнем качества Q4. Сигнал синхронизации подается к мультиплексору 3 в направлении по часовой стрелке, а к мультиплексорам 1,6,5 и 4 - против часовой стрелки.
3. Пример схемы организации тактовой сетевой синхронизации на типовом участке первичной сети связи.
Рассмотрим типовую схему организации первичной сети связи на участке железной дороги и упрощенную схему организации тактовой сетевой синхронизации, которые приведены на рис. П.7 и П.8.
Магистральная сеть связи организована с использованием аппаратуры СЦИ уровня СТМ-16, мультиплексоры ввода/вывода на которой устанавливаются через 100-150 км. На схеме рис. П.7, например, они размещены в узлах А, С,…, N на расстоянии 120км. Для организации дорожной сети применено оборудование СТМ-1 в узлах А, В, С,…, N. Расстояние между ними составляет, в среднем, 40 км. На отделенческой сети на промежуточных станциях, которые располагаются примерно через 10км, включены мультиплексоры ПЦИ уровня Е1.
Источником сигналов ТСС является ПЭГ, установленный на узле региона синхронизации, не показанном на рис.П.8. В мультиплексоре №1 уровня СТМ-16 узла А магистральной сети синхросигнал с частотой 2048 кГц выделяется из линейного сигнала, поступает на выход Т4 его ГСЭ и далее на ВЗГ-Т. Предположим, что фазовые флуктуации синхросигнала превышают допустимые с уровнем качества Q2. Тогда ВЗГ-Т, работая как схема фазовой автоподстройки частоты, подавляет фазовые флуктуации. Очищенные от шума джиттера колебания с частотой 2048 кГц подаются от него на входы Т3 ГСЭ синхронных мультиплексоров СТМ-16, СТМ-1, а также мультиплексора ПЦИ и используются для их синхронизации. Указанный мультиплексор узла А магистральной сети, который имеет №1, транслируют восстановленный сигнал ТСС с высшим уровнем качества Q2 к мультиплексору под №2.
Цепочка линейных мультиплексоров ПЦИ отделенческой сети, которая заканчивается №4, расположенных на промежуточных станциях, в качестве сигнала синхронизации использует тактовый сигнал 2048 кГц, который выделяется из информационного сигнала первичного цифрового тракта со скоростью 2048 кБит/с.
В синхронном мультиплексоре №2 уровня S1 дорожной сети узла В синхросигнал 2048 кГц выделяется из линейного потока СТМ-1, поступившего от мультиплексора №1 пункта А. Затем с выхода Т4 синхросигнал подается на вход Т3 мультиплексора №5 ПЦИ.
В синхронном мультиплексоре №3 уровня СТМ-1 дорожной сети синхросигнал 2048 кГц также выделяется из линейного потока, поступившего от мультиплексора №2 пункта В. Синхросигнал с выхода Т4 подается на вход Т3 мультиплексора №9 ПЦИ.
Рис П.7. Типовая схема организации первичной сети связи на участке
Рис П.8. Схема организации ТСС на типовом участке первичной сети
В мультиплексоре магистральной сети СТМ-16 узла C, который на схеме рис.П.8 показан под №2, синхросигнал выделяется из линейного сигнала с левого порта с уровнем качества Q2 и поступает на выход Т4. Данный источник ТСС не отключается при уровне качества Q≤8. Далее синхросигнал подается на аппаратуру распределения синхросигнала АРСС, через которую поступает на входы Т3 генераторов мультиплексора СТМ-1 под №4 дорожной сети и мультиплексора Е1 под №13 отделенческой сети. Как видно из схемы, синхронизация цепочки мультиплексоров СЦИ дорожной сети, имеющих №№ 5 и 6 осуществляется аналогично мультиплексорам №2 и №3. Очевидно, что синхронизация цепочек мультиплексоров ПЦИ отделенческой сети, осуществляется аналогично рассмотренным выше мультиплексорам ПЦИ.
В узле №6 магистральной сети для подавления фазовых флюктуаций синхросигнала также включается ВЗГ-Т.
При обрыве линии, например, на участке между мультиплексорами СТМ-16 под №2 и №3 магистральной сети (рис. П.8) ГСЭ мультиплексоров №1 и №2 будут синхронизироваться по-прежнему от ВЗГ-Т узла А с уровнем качества Q2. Синхронизация же ГСЭ мультиплексоров №3, …, №6 будет осуществляться от ВЗГ-Т узла N с уровнем качества Q4 от портов с приоритетом 2.
Министерство РФ по связи и информатизации
Уральский Государственный Технический Университет - УПИ
Кафедра "ТиСС"
Отчет
по производственной практике
на ОАО «ЕГУЭС Уралтелеком»
Руководитель практики от предприятия: Клубакова В.Г.
Руководитель практики от УГТУ-УПИ:
Студент: Ковязин Д. А.
Группа: Р-407
Екатеринбург
Список сокращений............................................................................................................................................................................ 3
Введение................................................................................................................................................................................................. 4
1. Необходимость синхронизации............................................................................................................................................. 5
Основные положения..................................................................................................................................................................... 5
Влияние проскальзываний на предоставляемые услуги..................................................................................................... 6
Необходимость синхронизации SDH........................................................................................................................................ 6
Пакеты (паучки) ошибок, вызванные синхронизацией........................................................................................................ 7
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Сети общего пользования.............................................. 8
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Корпоративная (частная сеть)..................................... 8
2. Архитектура синхронизации.................................................................................................................................................. 9
Основы передачи сигналов в сетях SDH.................................................................................................................................. 9
Мультиплексирование в сети SDH............................................................................................................................................. 9
Основные методы синхронизации........................................................................................................................................... 10
Плезиохронная работа................................................................................................................................................................ 10
Иерархический передатчик - приемник.................................................................................................................................. 10
Взаимная синхронизация........................................................................................................................................................... 11
Импульсное дополнение (стаффинг)....................................................................................................................................... 11
Указатели и выравнивание указателей.................................................................................................................................. 11
Размещение полезной нагрузки................................................................................................................................................ 11
Синхронизация телекоммуникаций......................................................................................................................................... 13
Генераторы источника: Первичный эталонный генератор............................................................................................. 14
Генераторы приемника (ведомые задающие генераторы)............................................................................................... 14
Стандарты генераторов.............................................................................................................................................................. 15
3. Характеристики синхронизации.......................................................................................................................................... 16
Влияние первичного эталонного генератора....................................................................................................................... 16
Характеристики устройства...................................................................................................................................................... 16
Влияние генератора приемника............................................................................................................................................... 16
Идеальная работа......................................................................................................................................................................... 17
Работа в условиях стресса - сетевые генераторы............................................................................................................... 17
Работа в условиях стресса - генераторы СРЕ...................................................................................................................... 18
Работа в режиме удержания...................................................................................................................................................... 18
Стандарты сопряжения............................................................................................................................................................... 19
4. Введение в планирование синхронизации........................................................................................................................ 19
Основные принципы..................................................................................................................................................................... 19
5. Планирование синхронизации в сети SDH....................................................................................................................... 21
Распределение опорного сигнала............................................................................................................................................ 21
Требования к источнику-размножителю синхросигналов (SSU).................................................................................... 21
Требования к тактированию сетевого элемента SDH........................................................................................................ 22
Заключение......................................................................................................................................................................................... 23
Литература......................................................................................................................................................................................... 23
Иностранные сокращения.
ADM
Ada-Drop Multiplexor Мультиплексор ввода/вывода - МВВ
ANSI
American National Standard Institute Американский национальный институт стандартов
APS
Automatic Protection Switching Автоматическое переключение
ATM
Asynchronous Transfer Mode Режим асинхронной передачи
AD
Administrative Unit Административный блок
AUG
Administrative Unit Group Группа административных блоков
AU-PJE
AU Pointer Justification Event Смещение указателя AU
BBE
Background block error Блок с фоновой ошибкой
BBER
Background block error rate Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками
BER
Bit Error Rate Параметр ошибки по битам, равен отношению количества ошибочных битов к общему количеству переданных
BIN
Binary Двоичное представление данных
BIP
Bit Interleaved Parity Метод контроля четности
B-ISDN
Broadband Integrated Service Digital Широкополосная цифровая сеть с интеграцией Networks служб (Ш-ЦСИС)
CRC
Cyclic Redundancy Check Циклическая проверка по избыточности
CRC ERR
CRC errors Число ошибок CRC
DEMUX
Demultiplexer Демультиплексор
ETS
European Telecommunication Standard Европейский телекоммуникационный стандарт
ETSI
European Telecommunication Standard Institute Европейский институт стандартизации в теле-kоммуникациях, протокол ISDN, стандартизированный ETSI
FEBE
Far End Block Error Наличие блоковой ошибки на удаленном конце
FERF
Far End Receive Failure Наличие неисправности на удаленном конце
HEX
Hexagonal 16-ричное представление информации
НО-РОН
High-order POH Заголовок маршрута высокого уровня
ISDN
Integrated Service Digital Networks Цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)
ITU
International Telecommunication Union Международный Союз Электросвязи
ITU-T
International Telecommunication Union-Telephony group Международный Союз Электросвязи подразделение телефонии
LO-POH
Low-order POH Заголовок маршрута низкого уровня
M1, М2
Management Interface 1, 2 Интерфейсы управления
MSOH
Multiplexer Section Overhead Заголовок мультиплексорной секции
MSP
Multiplex Section Protection Цепь резервирования мультиплексорной секции
MUX
Multiplexer Мультиплексор
OSI
Open System Interconnection Эталонная модель взаимодействия открытых систем
РОН
Path Overhead Заголовок маршрута
PTR
Pointer Указатель в системе SDH
RGEN, REG
Regenerator Регенератор
RSOH
Regenerative Section Overhead Заголовок регенераторной секции
SDH
Synchronous Digital Hierarchy Синхронная цифровая иерархия
SDXC
Synchronous Digital Cross Connect Синхронный цифровой коммутатор
SOH
Section Overhead Секционный заголовок
STM
Synchronous Transport Module Синхронный транспортный модуль - стандартный цифровой канал в системе SDH
ТСМ
Tandem Connection Monitoring Мониторинг взаимного соединения
ТМ
Traffic Management Управление графиком
TMN
Telecommunications Management Автоматизированная система управления связью
TU
Tributary Unit Блок нагрузки
TUG
Tributary Unit Group Группа блоков нагрузки
VC
Virtual Container Виртуальный контейнер
Стремительное развитие цифровых систем коммутации и средств передачи информации, внедрение технологий SDH привело к значительному возрастанию роли систем синхронизации в сетях телекоммуникации. Новые сферы применения и виды предоставляемых услуг также вызывают повышенные требования к характеристикам и работе сетей синхронизации.
Точная работа и тщательное планирование систем синхронизации требуется 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.
Данный документ содержит основные сведения о тактовой сетевой синхронизации. В Разделе I рассмотрены основы синхронизации и доказывается необходимость синхронизации сетей. В качестве примеров приведены некоторые виды сбое, вызванные плохим качеством синхронизации, такие как проскальзывание, пропуски кадров и пучки ошибок. Обсуждается влияние этих сбое на качество предоставляемых услуг и различных применений.
Необходимость синхронизации транспортной сети обусловлена жесткими нормами на ошибки при передаче информации. Частота повторяемости ошибок зависит от степени синхронизма транспортной сети и взаимодействующих с ней вторичных сетей.
Все сетевые элементы (Network Element – NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты, источник этого сигнала называется первичным опорным тактовым сигналом (Primary Reference Source – PRS) или первичным эталонным генератором (ПЭГ). Характеристики первичного опорного тактового сигнала определяются рекомендацией G.811 ITU-T. Погрешность его частоты и стабильность должны быть порядка ±10-11; эти характеристики реализуются с помощью цезиевого генератора.
Распределение тактирующих сигналов производится с использованием обычных линий передачи, в данном случае это линии передачи SDH. Промежуточные сетевые элементы, такие, как регенераторы, мультиплексоры ввода-выделения и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого сигнала STM-N.
Ухудшение качества тактового сигнала, такое, как джиттер, накапливающийся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий, уменьшается благодаря высокому качеству ведомого тактирующего оборудования (Secondary Reference Source – SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ), характеристики которых приведены в рекомендации G.812 для транзитного и локального NE. ВЗГ представляет собой дополнительно стабилизированный кварцевый генератор с собственной долговременной (в сутки) точностью поддержания частоты не хуже 10-8 и более высокой кратковременной стабильностью (до 10-11 в интервале секунды). Поэтому ВЗГ устраняют фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети синхронизации в регионе синхронизации должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец, для исключения неоднозначного режима работы (рис. 2.12).
Рис. 2.12. Архитектура сети синхронизации
Цепи тактирования сетевых элементов SDH могут синхронизироваться как от сигнала линии, так и от внешнего опорного источника.
Ведомый источник тактирования входит в режим удержания (holdover), когда он теряет синхронизирующий сигнал.
Сетевой элемент SDH имеет возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (Building Integrated timing Supply), который уменьшает искажения тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS (рис. 2.13).
Рис. 2.13. Источник тактирования в узлах:
основной ----; резервный ------------
Тактовые сигналы необходимые для работы сетевого элемента, вырабатываются цепями тактирования, которые работают, главным образом, в ведомом режиме.
Таким образом, сеть синхронизации представляет собой совокупность ПЭГ, ВЗГ и генераторов мультиплексоров и регенераторов средств автоматического резервирования, управления и самих синxpoсигналов.
В мировой практике имеется несколько важных технологических подходов к построению системы синхронизации. Первый из них заключается в разделении всей системы синхронизации на межузловую и внутриузловую системы. В результате возникла концепция интегрированных систем синхронизации BITS. Концепция BITS, представленная на рис. 3.6, охватывает три основных подсистемы: систему межузловой синхронизации (Interoffice Timing), систему внутриузловой синхронизации (Intraoffice Timing) и подсистему контроля и управления качеством синхронизации (QoS).
|
Интеграция на уровне
Использование единого единой системы
Оборудования
Интеграция в TMN
Рис. 3.6. Концепция построения интегрированных систем синхронизации BITS.
Система межузловой синхронизации предусматривает размещение в ключевых узлах сети генераторов синхронизации и построение ситемы распределения синхрочастот по сети с использованием трафиковых или выделенных каналов связи. Эта система является основой любой системы синхронизации, поэтому она наиболее важна при проектировании. Система межузловой синхронизации имеет собственную топологию, часто отличную от топологии сети, и тесно связана со структурой, как первичной, так и вторичной
телекоммуникационной сети. При расширении и реконфигурации сети связи система межузловой синхронизации также должна изменяться и модернизироваться.
Система внутриузловой синхронизации имеет более локальное значение, поскольку она определяет порядок синхронизации различных цифровых устройств в пределах одного узла сети. В систему внутриузловой синхронизации могут входить специальные генераторы, однако в большей степени эта система строится на основе объединения генераторов, входящих в состав цифровых устройств связи, размещенных на узле. В отличие от системы межузловой синхронизации, которая должна проектироваться, строиться и обслуживаться системно, с учетом топологии и процессов, проходящих во всей сети, система внутриузловой синхронизации создается локально, привязываясь к конкретному узлу связи. Модернизация сети связи может требовать модификации системы только в случае, если первая модернизирует конкретный узел либо приводит к изменению параметров синхросигнала, от которого синхронизируется данный узел.
Учитывая, что в настоящее время значительно повысились требования к надежности и качеству систем синхронизации, в состав современной системы включается дополнительно подсистема, которая непосредственно связана с обслуживанием системы синхронизации – подсистема контроля и управления качеством системы синхронизации (QoS). Основным назначением этой системы являются управление, диагностика и тестирование системы синхронизации.
Обеспечение высоких параметров качества и надежности системы связи требуют от оператора постоянного контроля за состоянием системы синхронизации. Для осуществления управления системой синхронизации создается система управления, интегрированная в общую платформу TMN, так что оператор имеет возможность контролировать состояние системы синхронизации и осуществлять ее реконфигурацию из единого центра в режиме реального времени. Особенно важные функции выполняет система управления в процессах реконфигурации системы синхронизации. Для этого используются сигналы о параметрах качества системы синхронизации (SSM).
Разделение в концепции BITS всех генераторов сети на межузловую и внутриузловую систему синхронизации значительно уменьшает рассматриваемое количество устройств. Есть узлы сети, которые рассматриваются как отдельные генераторы, и так строится система межузловой синхронизации. На узлах сети имеется большое количество разных цифровых устройств (иногда сотни или тысячи). Синхронизация этих устройств в пределах узла – задача отдельная. Таким образом, в системе межузловой синхронизации мы видим только узлы, а цифровые устройства мы видим в системе внутриузловой синхронизации.
Основная проблема – система межузловой синхронизации, именно она является территориально-распределенной. Для синхронизации отдельных устройств внутри узла модно в конце концов проложить специальный кабель. Но этого нельзя сделать в системе межузловой синхронизации, где используются только существующие каналы связи.
Синхронизация в сетях SDH. Международные органы стандартизации и, в частности, МСЭ работают над определением характеристик генераторного оборудования СЦИ – SEC (SDH Equipment Clock). Характеристики SEC содержаться в нескольких Рекомендациях ETSI и МСЭ-Т, предоставляющих полную спецификацию параметров точности и стабильности, а также подробное функциональное описание. Здесь SEC представлен функциональным блоком источника синхросигнала синхронного оборудования SETS (Synchronous Equipment Timing Sourse).
Источник синхронизации может выбираться блоком SETS среди трех опорных точек:
Т1 – опорный сигнал, выделенный из входного сигнала STM-N;
Т2 – опорный сигнал, выделенный из входнго сигнала ПЦИ;
Т3 – опорный сигнал, полученный из внешнего устройства синхронизации через физический интерфейс синхронизации.
Кроме того, SETS может синхронизироваться от входящего в его состав внутреннего генератора. В сторону передачи SETS обеспечивает синхронизацию:
Всех функциональных блоков в составе оборудования СЦИ через опорную точку Т0;
Внешний порт синхронизации через опорную точку Т4.
Блок тактового генератора синхронного оборудования может работать в следующих режимах:
Режим захвата синхронизации от входного опорного сигнала(точки Т1, Т2 или Т3), выбранного переключателем;
Режим удержания;
Режим свободных колебаний с точностью частоты .
В зависимости от структуры распределения сигналов сетевой синхронизации существует несколько вариантов или режимов синхронизации блока SETS и распределения его синхросигнала:
Синхронизация от линейного сигнала. Опорный синхросигнал выделяется из линейного сигнала направления «Восток» или «Запад» (Т1). Это обычный режим синхронизации в сетях типа цепочки или кольца.
Синхронизация от компонентного сигнала. Опорный синхросигнал выделяется из компонентного сигнала, который может быть либо сигналом STM-N (Т1), либо сигналом ПЦИ (Т2).
Внешняя синхронизация. Сетевой элемент синхронизируется от выделенного внешнего опорного синхросигнала (Т3). Этот режим синхронизации применяется, например, когда сетевой элемент получает синхросигнал от генераторного оборудования сети синхронизации.
Внутренняя синхронизация. Генераторное оборудование сетевого элемента не получает никакого опорного синхросигнала (режим свободных колебаний или режим удержания.
Общеизвестно, что технология SDH/SONET может реализовать все свои преимущества, лишь опираясь на распределение по сети надежного синхросигнала надлежащего качества. В противном случае операции с указателями могут привести к избыточному значению джиттера и, следовательно, к снижению достоверности передачи информации в транспортируемых компонентных сигналах, особенно при большом числе переприемов.
В настоящее время средства сетевой синхронизации повсеместно признаны прибыльным сетевым ресурсом, позволяющим помимо удовлетворения потребностей СЦИ/СОНЕТ осуществить цифровую коммутацию без проскальзываний, улучшить рабочие характеристики транспортных услуг на основе АТМ и повысить качество множества различных услуг (например, цифровых сетей связи с интеграцией услуг, мобильной сотовой связи и т. д.).
По этой причине большинство ведущих операторов связи организовали национальные сети синхронизации, чтобы доставить общий эталонный (опорный) сигнал синхронизации к каждому узлу сети электросвязи. МСЭ-Т и ETSI выпустили новые стандарты по синхронизации, пригодные для работы современных (включая те, которые базируются на СЦИ/СОНЕТ) цифровых сетей электросвязи. Эти стандарты содержат более строгие и более определенные требования к джиттеру и вандеру на интерфейсах синхронизации, требования к точности и стабильности устройств синхронизации, а также к архитектуре сетей синхронизации.
Синхронизация и цифровая передача в сетях SDH/SONET. В сетях СЦИ используются преимущества сетевой синхронизации для снижения джиттера и вандера в выходных компонентных потоках. Дело в том, что в сложных сетях с несколькими переприемами (загрузкой/выгрузкой) ПЦИ-СЦИ и СЦИ-ПЦИ и при использовании оборудования различных поставщиков, удовлетворить требованиям к фазовым дрожаниям на границах ПЦИ/СЦИ можно только при точной синхронизации всех сетевых элементов СЭ (NE), избегая каких-либо операций с указателями. Поэтому в сетях SDH необходимо синхронизировать не только первичные мультиплексоры и цифровое коммутационное оборудование, но и узлы транспортных сетей.
В сетях СЦИ не рекомендуется передавать синхронизацию в сигналах, размещенных в циклах STM-N (например, 2,048 Мбит/с), так как компонентные сигналы полезной нагрузки синхронного транспортного модуля не могут эффективно передавать тактовые сигналы из-за избыточного джиттера, наблюдаемого при коррекции указателей. Наилучшим и прямым способом передачи синхросигнала в сети СЦИ служит его передача непосредственно в групповых сигналах STM-N. Тактовый сигнал, выделенный из сигналов STM-N, имеет лучшее качество, которое можно достичь в настоящее время. На него воздействует только джиттер, вносимый линией (например, джиттер, обусловленный тепловым шумом и условиями окружающей среды в оптической линии), а не выравнивание по битам или какие-либо другие преобразования.
Схема синхронизации двух цифровых коммутационных станций в сетях СЦИ показана на рис. 3.7. Внешнее генераторное оборудование SASE (Stand Alone Synchronization Equipment) первой станции (узла) синхронизирует не только генераторное оборудование цифровой коммутационной станции, но и задающий генератор оборудования СЦИ SEC. Таким образом, здесь выходной групповой сигнал является синхронным с ведущим генератором сети. На приемном конце SEC не синхронизируется непосредственно от входящего сигнала STM-N. Специальная функция тактового генератора оборудования СЦИ (переключатель) позволяет выделить тактовый сигнал из входного сигнала STM-N и непосредственно направить его через интерфейс синхронизации 2,048 МГц к генераторному оборудованию SASE на этой станции. Это оборудование SASE распределяет свои сигналы синхронизации по всему оборудованию узла, включая цифровую коммутационную станцию и демультиплексор СЦИ.
2,048 Мбит/с 2,048 Мбмт/с
Сеть СЦИ
2,048 МГц 2,048 МГц
Задающий
генератор
Рис. 3.7. Схема синхронизации двух станций.
Казалось бы, этот способ синхронизации генераторного оборудодования второй станции слишком сложен, но он дает наилучшее решение. Действительно, генераторное оборудование SASE имеет более высокую стабильность и лучшие возможности фильтрации синхросигнала, чем простые генераторы SEC. При использовании этой схемы генераторное оборудование цифровой коммутационной станции и демультиплексора СЦИ во второй станции синхронизируется по более стабильному сигналу синхронизации. Более того, если сигнал STM-N пропадет, SASE обеспечивает достаточно долго выходную частоту в режиме свбодных колебаний генератора с намного большей точностью, чем точность соответствующей частоты генератора SEC.
Согласно схеме цифровое оборудование в сети синхронизируется независимо и взаимодействует друг с другом только через каналы передачи данных (каналы трафика). Различие тактовых частот, неизбежное для такой схемы, будет приводить к появлению в ней проскальзываний. Исключить проскальзывание в такой схеме нельзя, но их частота будет связана с относительной нестабильностью двух генераторов ПЭГ. Например, если взаимная нестабильность генераторов будет находиться в пределе , то проскальзывания будут происходить не чаще одного раза в полгода. Этого никто не заметит, так что такая схема в данном случае может вполне использоваться.
Другим вариантом построения системы межузловой синхронизации является использование принципа принудительной синхронизации, когда один узел сети синхронизируется от другого. Такая схема принята в международной практике как схема построения систем межузловой синхронизации выделенных сетей или их участков, поскольку обеспечивает наибольшую стабильность работы системы. Принцип принудительной синхронизации предусматривает построение иерархической структуры синхронизации с одним или несколькими первичными генераторами синхросигнала (рис. 3.9). Наличие нескольких графов синхронизации дает возможность резервирования цепей синхронизации. Так, например, на рис. 3.9 показаны как основные пути синхронизации (P – primary), так и резервные (S – secondary). Каждое устройство в сети может переходить от основного источника синхронизации к резервному в случае потери канала взаимодействия с основным источником. Такая система обладает повышенной надежностью и реализована на всех современных сетях связи. Кроме того, иерархическая топология системы синхронизации соответствует топологии самой системы связи, чем легко достигается взаимодействие обеих сетей.
Hарушение тактовой синхронизации в сетях на основе оборудования SDH может привести к увеличению коэффициента ошибок и проскальзываниям в цифровой последовательности (и как следствие этого к нарушению циклового синхронизма). Поэтому отдельным этапом проектирования транспортной сети является проектирование системы тактовой сетевой синхронизации (ТСС).
В процессе разработки системы ТСС необходимо:
– выбрать источники синхросигнала (основной и резервные) и места их размещения;
– определить основные и резервные пути прохождения синхросигналов;
– установить приоритеты входов сигналов синхронизации во всем оборудовании сети ТСС;
– определить качество источников сигналов синхронизации;
– провести структурный анализ сети с целью исключения возможности образования петель и потери сигналов синхронизации при авариях;
– выяснить потребность в дополнительном оборудовании синхронизации, устанавливаемом на сети;
– разработать схемы внутриузловой синхронизации с учетом подключения сигналов синхронизации к коммутационным станциям и к другому оконечному оборудованию;
– проверить обеспеченность сигналами синхронизации каждой коммутационной станции в случае возникновения любой одиночной неисправности.
Для построения сети синхронизации SDH используется первичный эталонный генератор (Primary Reference Clock - PRС). Первичный генератор представляет собой атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор) с относительной нестабильностью не хуже 10 -11 . Распределяется сигнал синхронизации на все узлы сети.
В сетях SDH применяется принудительная иерархическая синхронизация. Этот метод использует иерархию генераторов, в которой каждый генератор нижнего уровня синхронизирован от генератора более высокого уровня. Используются генераторы четырех уровней качества синхронизации:
Первичный опорный или эталонный генератор PRC (самого высокого качества);
Ведомый генератор в узле транзита (Transit Node Clock – TNC);
Ведомый генератор в местном, локальном узле (Local Node Clock – LNC);
Генератор оборудования синхронной цифровой иерархии (SDH Equipment Clock - SEC) (самого низкого качества).
Генератор более высокого качества не должен синхронизироваться генератором более низкого качества. Имеются пределы на число генераторов, которые могут быть связаны в цепи распределения синхронизации. Опорные сигналы генераторов распределены между уровнями иерархии через сеть, которая может использовать средства транспортной сети. Транспортная сеть может содержать генераторы оборудования SDH (SEC).
В сетях SDH возможно использование оборудования источников синхронизации следующих типов:
PRC – автономный генератор, синхронизирующийся по радио- или спутниковому сигналу;
Ведомый задающий генератор (Synchronization Supply Unit - SSU) – выбирает один из источников синхронизации, подключенных к его входу, и распределяет его к другим элементам сети. Функциональная схема SSU показана на рисунке 7.1. Этот тип используется в генераторах транзитных и локальных узлов;
Внутренний генератор оборудования (SEC). Функциональная схема показана на рисунке 7.2.
На рисунках 7.1 и 7.2 приняты следующие обозначения:
T0 – внутренний опорный сигнал синхронизации сетевого элемента;
T1 – сигнал синхронизации, извлеченный из агрегатного сигнала STM-N;
T2 – сигнал синхронизации, извлеченный из сигнала 2,048 Мбит/с;
T3 – внешний сигнал синхронизации 2,048 MГц;
T4 – внешний выход синхронизации.
В транспортной сети возможны четыре режима синхронизации:
Синхронный;
Псевдосинхронный;
Плезиохронный;
Асинхронный.
Синхронный режим является нормальным режимом работы цифровой сети, в котором проскальзывания носят случайный характер. Используется на обширных географических территориях, границы которых совпадают с границами национальных сетей государств средних размеров.
Псевдосинхронный режим имеет место, когда на цифровой сети независимо друг от друга работают два или несколько генераторов, точность установки частоты которых не хуже 1´10 -11 . Такой режим работы возникает при соединении независимых синхронных сетей (национальных или регионов синхронизации одной национальной сети).
При таких требованиях к точности установки частоты PRC (не хуже 1´10 -11) в основном цифровом канале (64×10 3 бит/с) управляемые проскальзывания будут возникать не чаще одного раза за 70 суток.
Плезиохронный режим возникает на цифровой сети, когда генератор ведомого узла полностью теряет возможность внешней принудительной синхронизации вследствие отказов как основного, так и всех резервных путей синхронизации. В этом случае генератор переходит в режим удержания (Holdover mode), при котором запоминается частота принудительной синхронизации. Точность установки частоты ЗГ не менее 1×10 -9 .
Рисунок 7.1 – Функциональная схема SSU
Рисунок 7.2 – Функциональная схема SEC
Асинхронный режим характеризуется еще большим расхождением частот генераторов: точность установки частоты ЗГ не менее 1×10 -5 соответствует аварии на сетях SDH.
Распределение синхронизации может быть внутриузловое (в пределах узлов, содержащих SSU) и межузловое.
Распределение внутриузловое соответствует логической топологии «звезда»: все генераторы более низкого уровня в пределах узла получают сигнал синхронизации от генератора самого высокого иерархического уровня в узле.