Построение системы синхронизации. Правила применения оборудования тактовой сетевой синхронизации Синхронизация в мобильных сетях

Рубрика: .

Необходимость в тактовой синхронизации возникает при совместном функционировании цифровых систем передачи и коммутации в единой цифровой сети. Обеспечение тактовой синхронизации этой сети при поддержании как можно более высокой стабильности эталонных тактовых частот является принципиально необходимым. Система ТСС осуществляет согласование шкал времени всех устройств на сети, которым необходима синхронизация, и позволяет избежать или свести к минимуму проскальзывания цифрового сигнала. Такие проскальзывания возникают при исключении или повторении бит блоков в цифровом сигнале из-за различия в скоростях записи и считывания буферных устройств на цифровой сети.

Для нормально работающей цифровой сети частота проскальзываний не должна превышать норм, установленных в Рекомендации G.822. Увеличение частоты проскальзываний существенно скажется на качестве предоставляемых пользователям услуг связи, вызывая потерю данных, возникновение «щелчков» при передаче речи, искажение и потерю частей изображения при передаче видео.

Таким образом, появляется необходимость в надежной тактовой синхронизации, задача обеспечения которой влечет за собой ряд сложных вопросов. При вводе в эксплуатацию и технической эксплуатации сети ТСС операторы сетей сталкиваются с определенными трудностями:

Одна из наиболее сложных задач при проектировании сетей ТСС — выбор получения сигналов синхронизации, их распределение внутри цифровой сети для обеспечения надежной синхронизацией всего цифрового оборудования, нуждающегося в синхронизации. То есть оператор, проектирующий сеть ТСС, должен решать следующие вопросы:

Выбор источника синхросигнала (основной и резервный)
определение основного и резервного путей прохождения синхросигналов
установление приоритетов входов сигналов синхронизации во всем оборудовании сети ТСС
определение качества источников сигналов синхронизации
проведение структурного анализа сети с целью исключения возможности образования петель и потери сигналов синхронизации при авариях
выяснение потребности в дополнительном оборудовании, устанавливаемом на сети
разработка схемы внутриузловой синхронизации с учетом подключения сигналов синхронизации к коммутационным станциям и к другому оконечному оборудованию
проверка обеспечения сигналами синхронизации каждой коммутационной станции в случае возникновения любой одиночной неисправности.

Таким образом, надежность и качественные показатели сети ТСС должны быть заложены на первых этапах ее проектирования. Зачастую из-за недостаточно правильного планирования сети ТСС операторы сталкиваются с проблемой возникновения петель в сети синхронизации. Кроме того, встает вопрос выбора наиболее эффективного метода синхронизации телекоммуникационной сети, от которого зависит структурная надежность сети синхронизации.

Под эффективностью метода синхронизации сети телекоммуникаций подразумеваются не только технические вопросы распределения сигналов синхронизации на сети с учетом доставки сигналов синхронизации ко всем узлам сети и резервирования путей их прохождения, но также и экономические вопросы, где тщательно спланированная сеть ТСС может быть достаточно надежной при меньших финансовых затратах на оборудование синхронизации.

Методы синхронизации
телекоммуникационных сетей

Сеть ТСС строится на базе цифровых сетей связи как наложенная сеть. В ней определяются направления, по которым передаются или могут передаваться сигналы синхронизации. Так как сигнал тактовой синхронизации содержится в структуре информационного сигнала, он передается в том же направлении, что и любые информационные сообщения.

Однако для передачи синхросигнала не все эти направления разрешается использовать в сети ТСС. Задача сети синхронизации состоит в определении порядка передачи синхросигнала и условий, при которой запрещается ее прием. Построенная таким образом сеть синхронизации имеет свою особую структуру.

Структура сети ТСС в значительной мере зависит от выбранного способа синхронизации. Существуют два основных способа синхронизации: принудительный и взаимный. Возможны также некоторые их сочетания.

В случае принудительной синхронизации, часто в литературе называемой «ведущий ведомый», на сети имеется главный задающий генератор (ГЗГ), обеспечивающий сигналами синхронизации все другие задающие генераторы (ВГ) непосредственно или с помощью промежуточных задающих генераторов (ВГ). Так, ГЗГ называется ведущим, а остальные — ведомыми генераторами (ВГ) (рис.1,а).

Взаимной синхронизацией называется способ, при котором все задающие генераторы управляют друг другом (рис.1, б).

Возможен также смешанный способ синхронизации, при котором ГЗГ передает сигналы синхронизации ведомым генераторам как при принудительной синхронизации, и в то же время ведущие задающие генераторы обмениваются синхросигналами как при взаимной синхронизации (рис.1,в).

Взаимная синхронизация чувствительна ко всем изменениям структуры сети, поэтому применяется только в случае стационарных структур. Однако допускается сравнительно низкая стабильность частот всех задающих генераторов, так как за счет взаимного уравновешивания (выравнивания) частот используемых задающих генераторов обеспечивается некоторое повышение стабильности частоты на сети.

В настоящее время на цифровых сетях телекоммуникаций применяется только принудительная синхронизация, хотя на некоторых сетях не так давно применялась и смешанная синхронизация.

Рис.1 Принудительная (а), взаимная (б), смешанная синхронизация (в)

Система тактовой сетевой синхронизации
Республики Узбекистан

Тактовая синхронизация на цифровой сети республики должна обеспечивать цифровую передачу информации с качеством, отвечающим требованиям МСЭ-Т, и практически не влиять на надежность и живучесть самой сети. Сигналами синхронизации на цифровой сети могут служить как специальные сигналы с частотой 2048 кГц, так и информационные сигналы, со скоростью передачи 2048 Кбит/с в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.703.

По сети на базе систем передач синхронной цифровой иерархии (СП СЦИ) синхросигналы передаются в цифровых потоках STM-N. Цифровые потоки 2048 Кбит/с, переданные по СП ПЦИ, практически не пригодны для использования в качестве носителей синхросигналов.

В мультиплексорах СП СЦИ из потоков STM-N формируются сигналы синхронизации 2048 кГц. Для восстановления качества сигналов синхронизации, переданных с помощью потоков STM-N, применяются генераторы сетевых элементов (ГСЭ), входящие в состав мультиплексоров. На ГСЭ могут поступать синхросигналы из линейного или компонентного потока. Сигналы синхронизации 2048 кГц могут поступать на ГСЭ непосредственно от первичного эталонного генератора (ПЭГ), вторичного задающего генератора (ВЗГ), или от ГСЭ другого мультиплексора.

Сигналы синхронизации, поступающие на аппаратуру, нуждающуюся в синхронизации, выбираются исходя из приоритета, а в мультиплексорах СП СЦИ еще и по качеству передаваемого синхросигнала, заложенного в заголовок сигнала STM-N.

В Республике Узбекистан сеть тактовой синхронизации построена с учетом рекомендаций МСЭ-Т G.803, G.811, G.812, G.813, G.822, G.823 по принципу принудительной синхронизации. При этом используется иерархия задающих генераторов, для которой каждый уровень задающего генератора синхронизируется от источника более высокого или того же уровня: первый уровень — ПЭГ, второй — ВЗГ (транзитный узел), третий — ВЗГ местного узла или задающий генератор коммутационной станции, четвертый — задающий генератор сетевого элемента (ГСЭ).

Первичный эталонный генератор — это эталонный задающий генератор, в функции которого входит использование эталонных стандартов частоты (водородных или цезиевых) для формирования выходных синхросигналов.

Вторичный задающий генератор — это генератор, выполняющий логические функции выбора входного сигнала синхронизации от ряда источников. При этом осуществляются необходимые обработка и фильтрация сигнала, а также распределение синхросигнала между другими элементами узла. При повреждении или ухудшении всех входных эталонных сигналов синхронизации ВЗГ должен запомнить сведения о частоте перехода в режим запоминания частоты в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.812.

Генератор сетевого элемента — это встроенный в сетевой элемент (мультиплексор) задающий генератор, принимающий входные сигналы синхронизации от ряда внешних источников, выбирающий один из них и производящий его минимальную фильтрацию. В случае повреждения всех входных эталонных сигналов синхронизации в ГСЭ должен использоваться внутренний собственный задающий генератор, который в режиме запоминания частоты запомнит приблизительно частоту входного синхросигнала.

Надежность аппаратуры ПЭГ обеспечивается наличием в системе эталонных источников «в горячем режиме» нескольких стандартов частоты (цезиевых) и дополнительно установленных приемников GPS с управляемым рубидиевым источником частоты. Надежность и живучесть системы ТСС в целом гарантируются однородностью сети связи, наличием прямых и резервных путей синхронизации, кольцевых структур (пространственно разнесенных трасс) в ВОЛП, а также дополнительных сигналов от приемников GPS, входящих в состав системы ПЭГ.

Система тактовой сетевой синхронизации осуществляется с помощью системы независимых эталонных источников сигналов синхронизации, установленных в МЦК г. Ташкента. В качестве источника сигналов синхронизации первым приоритетом на сети ТСС республики используется ПЭГ, представляющий собой цезиевый генератор эталонных частот типа TimeCesium 4400 (Acterna, Германия). Это стабильный источник эталонных частот с микропроцессорным контролем, точность частоты на выходе генератора составляет ± 1×10-12 . Функцией этого эталонного генератора является выработка точных стабильных и спектрально чистых синусоидальных сигналов. Приемник сигналов синхронизации типа SYSTEM 2000 фирмы DATUM на основе системы GPS — Global Position System — Глобальная навигационная система на основе низкоорбитальной спутниковой системы NAVSTAR. SYSTEM 2000 принимает спутниковые сигналы системы GPS с частотой 1575.42 МГц и регулирует с их помощью внутреннего задающего генератора (на основе рубидия). Данный источник сигналов синхронизации задействован в качестве резервного источника.

В СУС города Бухары установлен дополнительный первичный источник синхронизации с использованием системы GPS. При выходе из строя всех эталонных источников, установленных в МЦК г. Ташкента, этот источник берет на себя синхронизацию цифровой сети республики.

Такая схема с использованием независимых эталонных источников синхросигналов обеспечивает высокую надежность и резервирование цепей синхронизации на цифровой сети республики.

Перестройка сети синхронизации осуществляется автоматически. Распределение тактовой синхронизации по регионам республики осуществляется таким образом, чтобы исключить образование замкнутых тактовых шлейфов.

На сетевых узлах магистральной цифровой сети и в региональных центрах синхронизация осуществляется с использованием вторичных задающих генераторов SSU (Synchronization Supply Unit — специальный генератор системы синхронизации), который получает сигналы синхронизации от ПЭГ и затем распределяет их по сетевым элементам участка или узла сети.

В качестве ВЗГ используется система синхронизации типа Sync Star NFR 2001 (Siemens). Задающий генератор выполняет функции восстановления качества передаваемого по сети синхросигнала (сигнала эталонной тактовой частоты), распределения этого сигнала на необходимое количество выходов и при пропадании входного синхросигнала запоминания его временных характеристик с целью получения качественного синхросигнала на выходе ВЗГ в режиме удержания частоты в соответствии с требованиями Рекомендации МСЭ-Т G.812. Полученные с ВЗГ тактовые сигналы могут быть использованы как в плезиохронных, так и синхронных цифровых сетях связи.

Оценка качества работы
системы тактовой сетевой синхронизации в процессе ее эксплуатации

Для качественного определения технического состояния системы ТСС необходим контроль параметров всех элементов, обеспечивающих синхронизацию сети.

Контроль состояния сети синхронизации сводится к определению основных качественных показателей системы ТСС:

Ошибка временного интервала TIE (Time Interval Error) — погрешность временного интервала измеряемого сигнала относительно его эталонного значения
максимальная ошибка временного интервала MTIE — максимальное значение ошибки временного интервала измеряемого сигнала для различных временных интервалов при заданном времени наблюдения
Джиттер в системе синхронизации — кратковременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала относительно их идеальных позиций во времени, где «кратковременные» означает, что эти отклонения происходят с частотой выше, чем 10 Гц (вне полосы частот ФНЧ ФАПЧ устройств синхронизации)
Вандер в системе синхронизации — долговременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных позиций во времени (где «долговременные» означает, что эти отклонения осуществляются частотой не больше, чем 10 Гц в полосе частот ФНЧ ФАПЧ устройств синхронизации)
Девиация временного интервала TDEV (Time Deviation) — значение ожидаемого изменения длительности определенного временного интервала сигнала.

Контроль вышеуказанных параметров качества системы ТСС — одна из основных задач, стоящих перед техническим персоналом, при обеспечении качественной синхронизации сети телекоммуникации.

Система управления ТСС

Подсистемой, входящей в состав современных сетей телекоммуникаций, является подсистема управления, которая включает в себя контроль состояния элементов сети синхронизации и управления ее параметрами в режиме реального времени. Наиболее полно эти функции получили развитие с внедрением технологии SDH, поскольку SDH обеспечивает передачу специальных служебных сигналов о параметрах синхронизации линейного тракта.

Таким образом, с помощью системы управления сетью ТСС возможно передавать характеристики синхросигналов с любого ПЭГ или ВЗГ в главный и региональные центры управления в реальном масштабе времени; оценивать качество синхросигналов; предвидеть их ухудшение; принимать оперативные решения по планированию и реконфигурированию системы ТСС и обеспечить не обслуживаемый местным персоналом режим работы ВЗГ.

Система управления сетью синхронизации обеспечивает выполнение следующих функций в области управления и контроля как на уровне управления сетью (сетевой уровень), так и на уровне сетевых элементов сети синхронизации:

1. Управление качеством формирования и передачи сигналов синхронизации.
2. Управление обработкой неисправностей в сети синхронизации.
3. Управление конфигурацией сети синхронизации.
4. Управление безопасностью сети синхронизации.
5. Управление учетом и расчетами.

Управление качеством формирования и передачи синхросигналов подразумевает постоянный контроль качества сигналов тактовой синхронизации, выполнение действий по обеспечению этого качества и получение результатов измерений показателей качества.

Управление обработкой неисправностей обеспечивает сбор и обработку данных состояния ПЭГ/ВЗГ, генерацию аварийных сообщений и сообщений о событиях. Вся подробная информация обрабатывается через систему приоритетов и фильтров с целью предоставления оператору для принятия решений.

Управление конфигурацией заключается в дистанционном и местном управлении конфигурационными параметрами каждого ПЭГ/ВЗГ через графический пользовательский интерфейс.

Управление безопасностью в системе управления сетью синхронизации подразумевает защиту от несанкционированного доступа с помощью паролей, а также ограничение выполняемых определенным оператором функций в зависимости от присвоенного ему уровня.

Основная стратегия технической эксплуатации системы ТСС на сети республики

1. Обеспечение в процессе эксплуатации проектных решений по ТСС, ее надежности и поддержания требуемого качества по основным показателям работы системы синхронизации на цифровой сети республики.
2. Постоянное развитие и совершенствование методов технической эксплуатации системы ТСС с использованием современных средств контроля и управления сетью.
3. Повышение квалификации обслуживающего персонала

В Одноклассники

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).

BITS



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.

Сеть ТСС является единой для всех цифровых сетей, входящих в Взаимоувязанную сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ).

Система синхронизации должна обеспечивать синхронную передачу по цифровой сети сигналов первичного цифрового потока Е1 и, следовательно, всех компонентных сигналов с более низкими скоростями передачи. Для этого на каждой станции или узле должны синхронизироваться цифровые устройства коммутации телефонных каналов, аппаратуры кроссовых соеди­нений, каналообразующая аппаратура PDH и мультиплексоры SDH.

В качестве переносчиков синхроинформации в аппаратуре SDH исполь­зуются линейные сигналы синхронных транспортных модулей соответст­вующего уровня, не подверженных согласованию указателей, а в системах PDH - сигналы первичного цифрового потока Е1.

Цифровая сеть ВСС РФ разбивается по синхронизации на регионы, в пределах которых синхронная работа организуется по принципу иерар­хической принудительной синхронизации. Регионы между собой должны работать в псевдосинхронном режиме, т. е. точность установки частоты ПЭГ должна быть выше . В каждом регионе тактовая синхронизация должна происходить от ПЭГ или непосредственно, или с помощью ВЗГ, управляемых от ПЭГ.

Разбиение территории России на регионы по синхронизации осущест­вляется исходя из следующих положений:

    регион синхронизации по возможности должен совпадать с регио­ном управления сети ВСС РФ;

    каждый регион в перспективе должен иметь разветвленную цифро­вую сеть и взаимодействовать с другими регионами по нескольким маги­стральным линиям передачи;

    регион должен иметь определенный центр, который поддерживает прямые связи с основными узлами данного региона;

    в качестве центра региона целесообразно выбирать или узел автома­тической коммутации (УАК) или международный центр коммутации (МЦК). В условиях разделения цифровой сети на первичную и вторич­ную, устанавливаемый в центре региона ПЭГ является принадлежностью первичной сети:

    в пределах одного региона на магистральной и внутризоновой сетях должно быть более 3...4 последовательно подключенных узлов пере­приема сигналов синхронизации с помощью аппаратуры синхронизации 2-го уровня иерархии.

В настоящее время на цифровой сети России создано пять регионов синхронизации: Московский, С-Петербургский, Ростовский, Новосибир­ский, Хабаровский. Возможно, в процессе развития цифровых сетей воз­никнет необходимость создания Самарского, Екатеринбургского и Иркут­ского регионов.

В каждом регионе устанавливается свой ПЭГ, от которого синхрони­зируются, непосредственно или через промежуточные пункты, все входя­щие в цифровую сеть узлы и станции, расположенные на территории дан­ного региона. При этом каждый регион может самостоятельно и полно­ценно работать в псевдосинхронном режиме с международной (глобаль­ной) цифровой сетью. Точно также обеспечивается псевдосинхронное взаимодействие регионов между собой.

Количество последовательно включаемых ВЗГ в цепочке от ПЭГ до последней станции местной сети ограничено и не может превышать 10. Синхронизация от ПЭГ и ВЗГ передается во все направления, в которые поступают первичные цифровые потоки Е1 по каналам и трактам PDH, и на все узлы и станции, связанные с данными ПЭГ или ВЗГ по систе­мам SDH.

В качестве ВЗГ узлов коммутации и коммутационных станций исполь­зуются блоки системы синхронизации (БСС) соответствующего уровня. Генераторы сетевых элементов (ГСЭ) SDH синхронизируются от ПЭГ, ВЗГ или от предыдущего ГСЭ, включенного в цепь синхронизации.

Для синхронизации всего оборудования, установленного на узле или станции, должен использоваться один источник синхросигнала (последовательный переприем синхросигналов недопустим). Схема соединений должна иметь вид звезды с расходящимися лучами.

Схема синхронизации в регионе должна иметь древовидную тополо­гию без замкнутых колец. Разветвление происходит в каждом узле, где установлен ВЗГ. К каждому ВЗГ синхросигналы должны поступать как минимум по двум пространственно разнесенным направлениям. Пере­ключение на резервное направление приема синхросигнала не должно создавать замкнутых петель.

В системе ТСС соблюдается определенная иерархия в распростране­нии синхросигнала: от ПЭГ синхронизируется в основном магистральная сеть, от магистральной сети синхронизируются внутризоновые, а от по­следних или магистральной - местные сети.

Для обеспечения живучести сети ТСС должны быть предусмотрены резервные пути передачи синхросигналов, в том числе и от ПЭГ соседних регионов.

Схема обеспечения сигналами синхронизации сетевого элемента (СЭ) аппаратуры SDH (синхронный мультиплексор, регенератор, аппаратура оперативного переключения и др.) приведена на рис. 5.9.

Как следует из рис. 5.9, каждый СЭ имеет несколько источников син­хросигнала: Т1 - синхросигнал от STM-N; T2 -синхросигнал от компонен-

Рис. 5.9. Входы и выходы синхросигнала в сетевом элементе SDH

тного потока El, представляющий периодическую последовательность импульсов, следующих со скоростью 2048 кбит/с; ТЗ - синхросигнал от входа внешней синхронизации 2048 кбит/с или 2048 кГц (или только 2048 кГц для СЭ новых версий). Выбор того или иного синхросигнала осуществляется путем управления блоком «Выбор источника синхрониза­ции». Кроме входов сигналов синхронизации Tl, T2, ТЗ, СЭ имеет и вы­ходы внешней синхронизации ТО и Т4 для другого оборудования. На эти выходы подаются сигналы 2048 кбит/с или 2048 кГц.

Принципы выбора источника синхронизации для самого СЭ и источ­ника внешней синхронизации изложены ниже.

Каждому из указанных сигналов в СЭ назначается соответствующий уровень качества и приоритет, что служит основой для организации вы­бора текущего синхросигнала, а также для переключения на следующий по порядку источник синхросигнала при неисправности текущего. При таком переключении выбирается сигнал более высокого качества, и лишь при одинаковом качестве учитывается приоритет. Уровни качества строго регламентированы соответствующими рекомендациями МСЭ-Т и это от­ражается в заголовке мультиплексной секции (MSOH) STM байтами Sl(2). Таким образом, сообщение о статусе синхронизации позволяет за­дать качество сигнала STM-N независимо от уровня качества входных синхросигналов СЭ, что важно при возникновении неисправностей и ре­конфигурации путей доставки сигналов синхронизации. Введение этого сообщения позволяет организовать выбор текущих синхросигналов в СЭ таким образом, чтобы избежать образования так называемых петель так­товой синхронизации (рис. 5.10), которые характеризуются тем, что СЭ синхронизируется от сигнала, полученного с выхода этого же СЭ.

Сообщение о статусе синхронизации (Synchronization Status Message -SSM) вводится и в сигнал 2048 кбит/с, причем это сообщение может фор­мироваться и обрабатываться в последних версиях ВЗГ или выделенного оборудования синхронизации (Stand Alone Synchronization Equipment -SASE).

Обобщенная схема передачи синхросигнала ТСС приведена на рис. 5.10. Здесь показан основной путь сигнала ТСС, доставленного к СЭ SDH кольцевой и цепочечной структур от ПЭГ, состоящего из основного и резервного стандартов частоты и блока формирования синхросигналов (Synchronization Supply Unit - SSU) или оборудования SASE.

Качественное функционирование сети ТСС требует соответствующей системы управления (СУ ТСС). Основными функциями СУ ТСС являются:

1. Управление качеством формирования и передачи сигналов ТСС пред­полагает сбор и обработку результатов контроля и измерений максималь-

Рис. 5.10. Передача сигнала синхронизации от ПЭГ к СЭ SDH

ной относительной ошибки временного интервала (МОВИ), под которым понимается максимальный размах изменения времени запаздывания син­хросигнала, определяемый между двумя пиковыми отклонениями идеаль­ного синхросигнала в течение определенного времени S , т. е. для всехв пределах наблюденияS , девиации временного интервала и девиации частоты для сигналов ТСС и сравнения этих результатов с нор­мами. Результаты измерений передаются дистанционно на персональный компьютер (рабочую станцию - PC) для анализа, показа на экране дис­плея и хранения в хронологическом порядке. Получение данных о функ­ционировании ТСС на рабочей станции может быть как периодическим, так и разовым по запросу оператора.

2. Управление обработкой неисправностей в ТСС, под которой пони­мается сбор и обработка данных о состоянии ПЭГ/ВЗГ/SASE, генерация сигналов аварийных сообщений и сообщений о событиях. При этом по­пытка устранения неисправности делается на возможно более низком уровне. Например, переключение на резервный стандарт ПЭГ делается на микропроцессоре самого ПЭГ, и лишь информация об этом передается на центральную PC СУ ТСС. Вся подобная информация обрабатывается че­рез систему приоритетов (выделение первичных неисправностей из их общего числа и т. п.) с целью представления оператору для принятия ре­шения.

3. Управление конфигурацией ТСС заключается в дистанционном и местном управлении конфигурационными параметрами (топологией сети) каждого ПЭГ/ВЗГ/SASE. При этом СУ ТСС обнаруживает несоответствие между конфигурационными параметрами, хранящимися в базе данных PC, и реальными параметрами ПЭГ/ВЗГ/SASE. Также предусмотрена возможность дистанционной загрузки с центральной PC внутреннего программного обеспечения ПЭГ/ВЗГ/SASE.

4. Управление безопасностью сети ТСС подразумевает защиту от не­ санкционированного доступа с помощью паролей, а также ограничение выполняемых определенным оператором функций в зависимости от при­своенного ему уровня. Операторы нижних уровней должны иметь доступ только к функциям контроля информации, а операторы более высоких уровней помимо указанных функций должны иметь доступ и к функции изменения конфигурации сети ТСС. Оператор высшего уровня должен иметь доступ ко всем функциям СУ ТСС.

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.

 

Возможно, будет полезно почитать: