РЕФЕРАТ ПОТЕМЕ:
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕИЗМЕРЕНИЯ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ
Введение
Кгруппе измерений канального уровня можно отнести следующие группы измерений:
— измерения параметров битовых ошибок;
— измерения блоковых ошибок, в том числе ошибок по CRC, непосредственно связанныйс паспортизацией каналов систем передачи Е1;
— измерения кодовых ошибок и их влияние на параметры битовых ошибок;
— анализ цикловой и сверхцикловой структуры;
— измерения параметров качества аналоговых сигналов, передаваемых в системе Е1.
Основные стандарты норм на параметры ошибок в цифровыхсистемах передачи
Параметрошибки, обычно называемый BER (Bit Error Rate), представляет собой основной параметризмерения цифровых систем передачи и коммутации.
Рассмотримосновные стандарты, определяющие параметры и методы измерений ошибок в цифровыхсистемах передачи.
Дляотечественных специалистов существенными можно считать три международныхстандарта, нашедших отражение в ITU-T G.821, G.826 и М.2100. Рекомендации ITU-Tможно условно разделить на долговременные нормы качества цифровых каналов(G.821 и G.826) и оперативные нормы (М.2100). Долговременные нормыориентированы на анализ качества международных каналов и трактов и требуютдолговременного мониторинга параметров качества. Оперативные нормы болееориентированы на решение задач эксплуатации систем передачи и предусматриваюткратковременные измерения. Долговременные нормы G.821 и G.826 разделяются поскоростям передачи: G.821 определяет нормы на параметры каналов ОЦК — 64кбит/с, нормы на параметры качества цифровых систем передачи со скоростями выше64 кбит/с определены в G.826.
Во-первых,следует отметить, что существуют два метода измерений параметров ошибки:измерение параметров битовой ошибки (BER) и измерение параметров блоковыхошибок (BLER). Измерение параметров битовых ошибок требуют загрузки в каналтестовой последовательности (фиксированной тестовой последовательности илипсевдослучайной — ПСП, PRBS) и сравнение последовательности на входе споследовательностью на выходе цифрового канала (синхронизация по тестовойпоследовательности). В результате измерений получается значение BER. Такимобразом, измерение BER всегда делается с отключением цифрового канала отсистемы передачи. Методы измерения блоковых ошибок связаны с использованиемблоков данных. Единичной ошибкой здесь является одна или несколько ошибок всоставе блока, таким образом, значения BER и BLER могут не совпадать. Измеренияблоковых ошибок возможны в режиме без отключения канала в случае использованияразличных механизмов применения циклового избыточного кода (CRC) и т.п.
Во-вторых,при измерениях параметров ошибки разделяются на два типа параметров: основныепараметры ошибок и производные параметры. Основные параметры непосредственносвязаны с фиксированием ошибок и количеством переданной информации (количествопереданных битов или блоков, количество ошибочных битов или блоков, BER, BLER).Остальные параметры ошибок являются производными, т.е. они выводятся изосновных по определенным алгоритмам. К ним относятся параметры секунд сошибками, секунд, пораженных ошибками, минут деградации качества, секунднеготовности канала и т.д. Производные параметры не измеряются непосредственно,а вычисляются в процессе измерений по основным параметрам.
1.Параметры ошибок и методы их измерений по G.821
РекомендацияG.821 была сформулирована как нормы на параметры ошибок для международногосоединения ISDN. Таким образом, все параметры, регламентируемые этойрекомендацией, относятся к каналу ОЦК, т.е. к каналу 64 кбит/с. В реальнойпрактике измерения по G.821 могут проводиться на скоростях более 64 кбит/с. Вэтом случае сохраняется логика тестирования и набор измеряемых параметров. Всерезультаты нормируются относительно скорости канала ОЦК.
Рассмотримлогику тестирования согласно G.821. Рекомендация предусматривает в качествеосновного параметра измерение параметра ошибки по битам — BER.
Длянормирования параметров ошибки все каналы были разбиты на три категориикачества в соответствии с гипотетической моделью коммутируемого международногоканала ISDN.
/>
Рисунок 1 — Разделение работы канала по параметрам егоготовности
Дляорганизации измерений предлагался следующий подход. Все время измеренийразбивалось на две части: секунды готовности канала (AS, AT) и секундынеготовности канала (UAS, UT) (рис. 1). Секунды неготовности канала начинаютотсчитываться после приема 10 последовательных секунд с параметром BER хуже,чем 10-3. Секунды с параметром BER хуже 10-3 считаютсясекундами неготовности канала. Измерения производных параметров ошибкипроводятся только в течении времени готовности канала. В случае наступлениявремени неготовности канала счет параметров ошибки прекращается.
Врезультате измерений анализируется три группы параметров: основные параметрыизмерений, производные параметры, непосредственно используемые в G.821 идополнительные производные параметры. В табл. 1 указаны параметры,соответствующие каждой группе.
Таблица1 — Параметры, измеряемые в соответствии с методологией G.821 Основные параметры Производные параметры, используемые в G.821 Дополнительные параметры EBIT, BITS, BER, ET UAS(%), AS(%), ES(%), SES(%), ESR, SESR, DM EFS(%), LOSS, PATL. PATLS
Измеренияоснованы на подсчете количества ошибок. Первым шагом идет разделение всеговремени проведения измерений на время готовности и время неготовности канала, врезультате выделяется параметр UAS. Затем во время готовности каналапроизводится подсчет секунд с ошибками ES, автоматически рассчитываетсяпараметр EFS. Для секунд с ошибками рассчитывается параметр ВЕР и вычисляетсяпараметр SES. На основе анализа SES рассчитывается параметр DM.
Какотмечалось выше, измерения в соответствии с методологией G.821 предусматриваютотключение канала и проведение измерений с использованием ПСП (для потока Е1рекомендовано использование ПСП 215-1).
Вэтом случае существует три метода организации измерений, представленных ниже.
Наиболеепростым способом измерений является измерение по схеме «точка-точка»(рис. 2). Для измерения необходимы два анализатора потока Е1, включенные посхеме с отключением канала, один в качестве генератора тестовой последовательности,другой — анализатора параметров Цифрового канала.Генератор тестовой последовательности посылает в сеть по заданному каналу потокЕ1, этот поток проходит через первичную сеть и приходит на анализатор-приемник.Синхронизация тестовой последовательности обеспечивает проведение измеренийфизического и канального уровней. Для тестирования может использоваться весьпоток Е1.
/>Рисунок 2 — Схема измерений параметров каналов ЦСП типа «точка-точка»
Помимоизмерений параметров ошибки в процессе тестирования цифровых каналов актуальнопроведение стрессового тестирования, параметры которого представлены на экранесправа. При проведении измерений канального уровня существенны следующие вариантыстрессового воздействия:
— внесение битовой (EBIT) или кодовой (ECOD) ошибок;
— имитация проскальзываний в цифровой системе передачи;
— имитация сигналов о неисправностях (LSS);
— имитация неисправностей в линейном сигнале — генерация длинных последовательностейнулей (ALLO) или единиц (ALL1).
Впроцессе стрессового тестирования анализируется реакция системы передачи наоказываемое воздействие:
— стабильность и скорость восстановления цикловой и сверхцикловой синхронизации;
— возникновение в цифровой системе передачи ошибок CRC и генерация сигналов онеисправности;
— реакция встроенных средств самодиагностики (сенсоров) на имитируемые ситуации всистеме передачи, фиксирование неисправностей системой управления первичнойсети.
Существенным недостаткомописанной схемы является необходимость использования в измерении двуханализаторов.
Этотнедостаток устраняется при проведении шлейфовых измерений по схеме. Дляизмерений устанавливается шлейф через цифровую первичную сеть. Анализатор приэтом является одновременно генератором потока Е1. Недостатком схемы являетсянеобходимость использования двух цифровых каналов связи для проведенияизмерений вместо одного. Кроме того, результаты измерений зависят от параметровобоих измеряемых каналов, что затрудняет локализацию участков деградациикачества.
2.Параметры ошибок и методы их измерений по G.826
Основнымипринципами методологии являются:
— применимость к цифровым системам передачи со скоростями выше 64 кбит/с;
— учет основных скоростей передачи, используемых в современных цифровых системахPDH;
— возможность измерений без отключения канала — ориентация на эксплуатационныеизмерения работающих систем.
Основнымотличием методологии измерений по G.826 относительно G.821 является переход отизмерений ошибок по битам к измерениям ошибок по блокам. В качестве блока можетиспользоваться либо блок ПСП, либо цикл. В первом случае измерения должныпроводиться с отключением канала с использованием схем, описанных выше. Впоследнем случае блоковыми ошибками являются ошибки по CRC, и измерения могутпроводиться по схеме пассивного мониторинга цифрового канала.Таблица 2 – Параметры,измеряемые в соответствии с методологией G.825Основные параметры Производные параметры, используемые в G.825 EB, BLOKS, BLER, ET UAS(%), AS(%), ES(%), SES(%), ESR, SESR, BBE, BBER
СогласноG.826 предусмотрено измерение следующих параметров: ЕВ, ES, SES, ВВЕ, ESR,SESR, BBER. В отличие от методологии G.821 в G.826 не измеряется параметр DM,зато появляется новый параметр — измерение количества блоков с фоновой ошибкой(ВВЕ). Уже известные параметры ES, SES, ESR и SESR в G.826 имеют другуюинтерпретацию, связанную с методологией измерения блоковых ошибок. Важнойособенностью измерений по методологии G.826 является неявное определениевремени неготовности канала. Основные параметры измерений по G.826 делятся надве группы: основные и производные параметры (табл. 2).
/>
Рисунок 3 — Алгоритм измерения параметров по G.826
Алгоритмизмерения параметров согласно методологии G.826 представлен на рис. 3. Согласнорекомендациям G.821 и G.826 определяется время проведения измерений — 30 дней. Этот период обеспечивает корректную объективацию результатовизмерения, включая специфические особенности радиочастотных цифровых системпередачи. На практике, однако, измерения в течении такого длительного периодапроводятся довольно редко. Обычно для эксплуатационных измерений считаетсядостаточным для объективации проведение измерений в течении 24 часов, чтоопределено в М.2100.
Какследует из методологии по G.826, в основе измерений лежит анализ BLER ипараметров блоковых ошибок. В результате помимо описанных выше схем организацииизмерений получила распространение методика пассивного мониторинга цифровыхканалов. В этом случае анализатор подключается к системе передачи повысокоомному соединению. На рис. 6 показан также пример отображения результатовизмерений параметров ошибки по G.826/M.2100. Все параметры измеряются как наближнем конце (Near end), так и на удаленном (Far end). В число параметровизмерений включаются параметры ES, SES и US, единые для методологии G.826 иМ.2100, а также параметры ВВЕ и ABE, относящиеся к методологии G.826 и неизмеряемые в методологии М.2100.3. Особенности методологии по М.2100
Методология М.2100/М.2101 была разработана с цельюрасширения методики G.821/G.826 для целей эксплуатации. Отличительнойособенностью методик М.2100/М.2101 является ориентация на индикационныеизмерения, когда в качестве результатов измерения делается вывод опрохождении/не прохождении теста, а не получаются количественные величиныпараметров. В качестве основных параметров для измерений были выбраны параметрыSES и ES.
РекомендацияМ.2100 была впервые опубликована в 1993 г. и определила параметры пороговыхзначений для проведения измерений для цифровых систем передачи PDH. Развитиетехнологии цифровой первичной сети и внедрение технологии SDH привело кнеобходимости доработки методологии и появления рекомендации М.2101, где определеныпороговые значения для проведения измеренийсистем передачи SDH.
Второй важной особенностью методологии М.2100/М.2101является уменьшение времени проведения измерений до 15 минут с последующимиизмерениями в течении 24 часов, если результат кратковременного измеренияокажется в «средней зоне» (рис. 4).
/>Рисунок4 — Методика индикационных измерений
Третьейотличительной особенностью методологии М.2100/ М.2101 является использование неодного, как в G.821/G.826, а двух пороговых значений для выделения«средней зоны». Если результат измерения попадает в «среднююзону», он нуждается в дополнительном уточнении методами долговременногоанализа.
4. Измерение параметровкодовых ошибок. Связь кодовых и битовых ошибок
Кодовымиошибками или ошибками кодирования называются любые нарушения правил линейногокодирования. Для систем передачи Е1 наибольшее распространение получили дватипа линейного кодирования: AMI и HDB3. Из этих типов линейного кодированияпоследний представляет собой наиболее распространенный в современной практикетип линейного кода. Кодирование HDB3 предусматривает использованиеопределенного алгоритма вставок импульсов для сохранения помехозащищенностикода на физическом уровне. В результате в системах Е1 могут возникать ошибкилинейного кодирования, связанные с нарушением этого алгоритма.
Следуетотметить, что кодовые ошибки представляют собой независимый по отношению кбитовым ошибкам параметр. Действительно, кодовая ошибка в различных случаяхможет привести к одной или нескольким битовым ошибкам, а может и не привести кпоявлению битовой ошибки. Так, на рис. 8 показан пример возникновениянескольких битовых ошибок из-за одной кодовой. Как показано на рисунке, прираспространении линейного сигнала с кодом HDB3 по каналу возникает кодоваяошибка, которая при декодировании приводит к двум битовым ошибкам.
Вреальной практике кодовые ошибки измеряются наравне с битовыми. В ряде случаевсопоставление результатов измерений дает возможность определить причинувозникновения битовых ошибок, разделив статистические битовые ошибки,появляющиеся в процессе распространения сигнала по каналу, и ошибки, связанныес нарушениями правил линейного кодирования. Такое разделение эффективно дляпоиска причины ухудшения качества в системах передачи.
Основнымпреимуществом анализа кодовых ошибок является то, что для таких измеренийприбор не нужно настраивать на конкретный тип цикловой структуры и передаваемыхданных. В результате приборы, обеспечивающие анализ кодовых ошибок, довольнопросты. Вторым преимуществом является возможность проведения измерений кодовыхошибок без отключения канала, в режиме пассивного мониторинга.
Вкачестве примера на рис. 5 показан экран результатов измерений кодовых ошибоканализатора VICTOR. На экране показано количество кодовых ошибок ECOD = 0 иобщее количество переданных битов BITS=2,878x107. Параметры EPAR(ошибка четности при передаче данных) и EFRA (ошибка асинхронной передачиданных) в данном случае являются неактивными.
/>
Рисунок 5 — Измерение параметров кодовыхошибок5. Анализ цикловой и сверхцикловойструктуры
Ещеодной важной группой измерений канального уровня являются измерения, связанныес анализом цикловой и сверхцикловой структур, куда входит анализ структур FAS иMFAS, а также анализ ошибок по CRC, относимый к измерениям параметра ошибки.Значение цикловой и сверхцикловой структур в технологии PDH/E1 очень велико.Любые нарушения этих структур могут привести к сбою цикловой и сверхцикловойсинхронизации. В результате такого сбоя не возникают битовые ошибки, однакоприемник, потеряв цикловую структуру, теряет информацию трафика. Так, потеряцикловой синхронизации приводит в современных системах к потере до трех цикловинформации трафика. Потеря сверхцикловой синхронизации может привести к потеренескольких сверхциклов информации трафика, что представляет собой довольнобольшой объем. В качестве примера можно сказать, что при потере сверхцикловойструктуры в потоке ИКМ-30, используемом для межстанционного обмена в телефоннойсети, все соединения (а их одновременно может быть до 30) обычно разрушаются.
Такимобразом, любые нарушения цикловой и сверхцикловой структуры существенносказываются на параметрах качества цифровой системы передачи. Вместе с темнеобходимо отметить, что анализ цикловой и сверхцикловой структур имеет смыслтолько как дополнение к измерениям параметров ошибки. Действительно, сбои вцикловой и сверхцикловой структурах могут возникать по трем причинам:
— битоваяошибка (например, статистическая) попадает на TSO или TS16, в результате идетсбой цикловой (сверхцикловой) синхронизации;
— неисправностьв работе каналообразующего оборудования;
— некорректнаяреализация алгоритмов формирования FAS и MFAS.
Изперечисленных причин возникновения сбоя только последняя требуетэксплуатационного анализа FAS и MFAS. Однако, учитывая уровень развитиятехнологии PDH, следует отметить, что эта причина является маловероятной.
Двепервые причины возникновения сбоя в FAS и MFAS не требуют детального анализацикловой и сверхцикловой структуры. В случае возникновения единичной битовойошибки в TSO или TS16, алгоритмы поддержания цикловой и сверхцикловойсинхронизации, реализованные в оборудовании, позволят сохранить синхронизацию ине приведут к появлению секунд неготовности канала. Появление битовой ошибки вTSO или TS16 в течении нескольких последовательных циклов (сверхциклов)маловероятно за исключением случаев, когда общий параметр ошибок приближается кпорогу BER=10-3, что уже означает неготовность канала.
Вслучае появления неисправности в работе каналообразующего оборудования этунеисправность легко обнаружить без детального анализа цикловой структуры. Такойсбой должен привести к увеличению параметра UAS в процессе теста по параметрамошибки, а также регулярному появлению сигналов о неисправности типа LOS, LOF иAIS.
Такимобразом, анализ цикловой и сверхцикловой структур представляет собой группудополнительных к измерению параметра ошибки измерений канального уровня.Дополнительный характер этих измерений отразился в том, что в большинствеприборов анализ FAS и MFAS делается только на уровне индикации появления ошибкицикловой и сверхцикловой структур. В этом случае при появлении такой ошибкианализатор генерирует на экране соответствующий сигнал о неисправности.Характер нарушения цикловой и сверхцикловой структур оказывается недоступнымдля изучения. К сигналам о неисправности FAS и MFAS относятся несколькосигналов: LOF, CAS-LOM, CRC-LOM, MAIS и MRAI. Все перечисленные сигналы могутнести полезную информацию о нарушениях в цикловой и сверхцикловой структурахсигналов. Перечисленные сигналы о неисправностях могут использоваться как всистеме самодиагностики и управления в системе передачи, так и генерироватьсяанализаторами Е1 в случае возникновения ошибки.
Следуетотметить, что ряд анализаторов Е1 обеспечивает непосредственное отображениебитов цикловой и сверхцикловой структур.
6.Измерения параметров качества аналоговых сигналов, передаваемых в системе Е1
Последнейгруппой измерений канального уровня в системах передачи Е1 является анализпараметров качества передачи аналоговых сигналов. Эта категория измеренийпервичной сети характерна только для систем передачи Е1, поскольку только впотоке Е1 осуществляется прямое мультиплексирование аналоговых сигналов(каналов ТЧ). При эксплуатации систем передачи Е1 возникает задача оценкикачества предоставляемых ими аналоговых каналов. Речь идет именно об оценке,поскольку полный анализ аналогового канала предусматривает тестирование поспецификации измерений каналов ТЧ и для эксплуатации цифровой первичной сетивряд ли оправдан.
Дляпроведения измерений по оценке качества аналоговых сигналов используетсяметодология тонального тестирования внутри потока Е1. Для этого анализатор Е1 вцифровом виде передает одночастотный сигнал в одном из канальных интервалов.Также для анализа может использоваться сторонний генератор одночастотногоаналогового сигнала, подключаемый непосредственно ко входу мультиплексораИКМ-30. Второй анализатор восстанавливает одночастотный сигнал и анализируетпараметры качества передачи аналогового сигнала. К таким параметрам могутотноситься:
— частотапередаваемого одночастотного сигнала;
— уровеньодночастотного сигнала;
— уровеньшумов в передаваемом сигнале;
— отношениесигнал/шум на заданной частоте.
Измерениепоследних двух параметров реализовано не во всех измерительных приборах.