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:
Время прохождения: с 2 августа по 30 сентября 2002 г.
Студент: Ковязин Д. А.Группа: Р-407
Екатеринбург
2002
Содержание
Содержание… 2
Список сокращений… 3
Введение… 4
1. Необходимостьсинхронизации… 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 — Сетиобщего пользования… 8
Требования к рабочим характеристикам синхронизации — Корпоративная (частная сеть)… 8
2. Архитектурасинхронизации… 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. Характеристикисинхронизации… 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 впланирование синхронизации… 19
Основные принципы… 19
5. Планированиесинхронизации 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… 23Списоксокращений
Иностранныесокращения.
ADM Ada-DropMultiplexor Мультиплексор ввода/вывода — МВВ
ANSI American National Standard Institute Американский национальный институт стандартов
APS Automatic Protection Switching Автоматическое переключение
ATM Asynchronous TransferMode Режим асинхронной передачи
AD Administrative Unit Административный блок
AUG Administrative Unit Group Группа административных блоков
AU-PJE AU Pointer JustificationEvent Смещение указателя AU
BBE Background block error Блок сфоновой ошибкой
BBERBackground block error rate Коэффициент ошибок поблокам с фоновыми ошибками
BER Bit Error Rate Параметрошибки по битам, равен отношению количества ошибочных битов к общему количествупереданных
BIN Binary Двоичное представлениеданных
BIP Bit Interleaved Parity Методконтроля 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 Наличиеблоковой ошибки на удаленном конце
FERF Far End Receive Failure Наличиенеисправности на удаленном конце
HEX Hexagonal 16-ричноепредставление информации
НО-РОН High-order POH Заголовокмаршрута высокого уровня
ISDN Integrated Service DigitalNetworks Цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)
ITU International TelecommunicationUnion Международный Союз Электросвязи
ITU-T International Telecommunication Union-Telephonygroup Международный Союз Электросвязи подразделение телефонии
LO-POH Low-order POH Заголовокмаршрута 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 CrossConnect Синхронный цифровой коммутатор
SOH Section Overhead Секционныйзаголовок
STM Synchronous Transport Module Синхронный транспортный модуль — стандартный цифровой канал в системе SDH
ТСМ Tandem Connection Monitoring Мониторинг взаимного соединения
ТМ Traffic Management Управлениеграфиком
TMN Telecommunications Management Автоматизированная система управления связью
TU Tributary Unit Блок нагрузки
TUG Tributary Unit Group Группаблоков нагрузки
VC Virtual Container Виртуальныйконтейнер
Введение
Стремительноеразвитие цифровых систем коммутации и средств передачи информации, внедрениетехнологий SDH привело кзначительному возрастанию роли систем синхронизации в сетях телекоммуникации.Новые сферы применения и виды предоставляемых услуг также вызывают повышенныетребования к характеристикам и работе сетей синхронизации.
Точнаяработа и тщательное планирование систем синхронизации требуется не только длятого, чтобы избежать неприемлемых рабочих характеристик, но чтобы ослабитьскрытые, дорогостоящие и трудноопределимые проблемы и уменьшить малозаметныевзаимные влияния сетей различного подчинения.
Данныйдокумент содержит основные сведения о тактовой сетевой синхронизации. В РазделеI рассмотрены основы синхронизации и доказываетсянеобходимость синхронизации сетей. В качестве примеров приведены некоторые видысбое, вызванные плохим качеством синхронизации, такие как проскальзывание,пропуски кадров и пучки ошибок. Обсуждается влияние этих сбое на качествопредоставляемых услуг и различных применений.
В разделе II описываются различные архитектуры построения сетейсинхронизации, используемые для поддержания приемлемого качества синхронизации.В этом разделе рассмотрены первичные эталонные источники (генераторы) иприемники сетевой синхронизации. Наряду с описанием функционального назначенияэтих источников синхронизации приводится относительная важность каждой функциидля работы и планирования сетевой синхронизации. Раздел IIзавершает обслуживание требований к синхронизации ETSI,ANSI и ITU.
В разделе III рассмотрены рабочие характеристики тактовой сетевойсинхронизации. Показано влияние первичных эталонных генераторов, средствпередачи синхронизации и приемников тактовой синхронизации на рабочие характеристики.В этом разделе показано, что частота тактовой синхронизации приемников обычноотличается от частоты первичного эталонного генератора, к которому ониподсоединены. Такой сдвиг по частоте оказывает огромное влияние на рабочиехарактеристики сетей синхронизации.
Раздел IV раскрывает основные принципы планирования сетевойсинхронизации. Также обсуждаются наиболее общие проблемы планирования сети.1. НеобходимостьсинхронизацииОсновныеположения
Синхронизация– это средство поддержания работы всего цифрового оборудования в сети связи наодной средней скорости. Для цифровой передачи информация преобразуется вдискретные импульсы. При передаче этих импульсов через линии и узлы связицифровой сети все ее компоненты должны синхронизироваться. Синхронизация должнасуществовать на трех уровнях: битовая синхронизация, синхронизация на уровнеканальных интервалов (time slot) и кадровая синхронизация.
Битоваясинхронизация заключается в том, что передающий и принимающий концы линиипередачи работают на одной тактовой частоте, поэтому биты считываютсяправильно. Для достижения битовой синхронизации приемник может получать своитактовые импульсы с входящей линии. Битовая синхронизация включает такиепроблемы как джиттер линии передачи и плотность единиц. Эти проблемыподнимаются при предъявлении требований к синхронизации и системам передачи.
Синхронизацияканального интервала (time slot) соединяет приемник и передатчик таким образом, чтобыканальные интервалы могли быть идентифицированы для извлечения данных. Этодостигается путем использования фиксированного формата кадра для разделениябайтов. Основными проблемами синхронизации на уровне канального интервалаявляются время изменения кадра и обнаружение потери кадра.
Кадроваясинхронизация вызвана необходимостью согласования по фазе передатчика иприемника таким образом, чтобы можно было идентифицировать начало кадра. Кадромв сигнале DS1 или Е1 является группа битов, состоящаяиз 24 или 30 байтов (канальных интервалов) соответственно, и одного импульсакадровой синхронизации. Время кадра равно 125 микросекундам. Канальныеинтервалы соответствуют пользователям конкретных (телефонов) каналов связи.
Тактовыйгенератор сети, расположенный в узле источника, управляет частотой передачичерез этот узел битов, кадров и канальных интервалов. Вторичный генератор сетирасположенный в принимающем узле, предназначен для управления скоростьюсчитывания информации. Целью тактовой сетевой синхронизации являетсясогласованная работа первичного генератора и приемника с тем, чтобы принимающийузел мог правильно интерпретировать цифровой сигнал. Различие в синхронизацииузлов, находящихся в одной сети, может привести к пропуску или к повторномусчитыванию принимающим узлом посланной на него информации. Это явлениеназывается проскальзыванием.
Например,если оборудование, передающее информацию, работает на частоте, большей, чемчастота принимающего оборудования, то приемник не может отслеживать потокинформации. В этом случае приемник будет периодически пропускать частьпередаваемой ему информации. Потеря информации называется проскальзываниемудаления.
В случае,если приемник работает на частоте превышающей частоту передатчика, приемникбудет дублировать информацию, продолжая работать на своей частоте и все ещеосуществляя связь с передатчиком. Это дублирование информации называетсяпроскальзыванием повторения.
Для управления проскальзываниями в потоках DS1и E1 используются специальные буферы (См. рис.1). Данныезаписываются в буфер принимающего оборудования с частотой первичногогенератора, а считываются из буфера тактовой частотой принимающегооборудования. На практике могут применяться различные размеры буферов. Обычнобуфер содержит более одного кадра. В этом случае принимающее оборудование припроскальзывании будет пропускать или повторять целый кадр. Это называетсяуправляемым проскальзыванием.
/>
Рис. 1 – Буферпроскальзывания.
Основнойцелью сетевой синхронизации является ограничение возникновения управляемыхпроскальзыва- ний. Существуют две основных причины возникновения проскальзываний.Первая причина-отсутствие частоты синхронизации из-за потери связи междугенераторами, приводящее к различию тактовых частот. Вторая причина- разовыесдвиги либо в линиях связи (такие, как джиттер и вандер), либо между первичными ведомым генераторами. Последнее, т.е. фазовые сдвиги между частотамипервичного генератора и приемника, как будет показано выше, являются основнойпричиной возникновения проскальзываний в сетях связи.
Проскальзывания,однако, не являются единственными сбоями, вызванными отсутствием синхронизации.Плохая синхронизация в сетях SDH может привести кизбыточному джиттеру и потере кадров при передаче цифровых сигналов, какизложено в разделе «Необходимость синхронизации SDH». В корпоративных (частных) сетях плохая синхронизация оборудованияпользователя (СРЕ) может привести к возникновению пакетов (пучков) ошибок вцифровой сети. (См. «Пакеты ошибок, вызванные синхронизацией» на стр.8). Поэтому, несмотря на то, что минимизация проскальзываний остается основнойцелью синхронизации, при проектировании сетей синхронизации необходиморассматривать и другие сбои, связанные с синхронизацией.Влияниепроскальзываний на предоставляемые услуги.
Влияниеодного или более проскальзываний на качество предоставляемых услуг в цифровыхсетях связи зависит от типа этих услуг. Ниже описано влияние одиночныхпроскальзываний на различные виды услуг.
Припредоставлении услуг телефонной (голосовой) связи, как показано проскальзываниямогут вызвать случайные звуковые щелчки. Эти щелчки не всегда слышны и неприводят к серьезным искажениям речи. Поэтому услуги телефонной связинекритичны к проскальзываниям. Частота появления проскальзываний до несколькихпроскальзываний в минуту считается допустимой.
Как показанона рис. 2, где рассматривается влияние управляемых проскальзываний на передачуфаксимильных сообщений группы З, одиночные проскальзывания приводят к искажениюили пропаданию строк в принятом факсимильном сообщении. Проскальзывание можетвызвать пропадание до 8 сканированных линий. Это соответствует пропуску 0,08дюйма вертикального пространства. На стандартной отпечатанной страницепроскальзывание выглядит как отсутствие верхней или нижней половиныотпечатанной строки. Длительное появление проскальзываний приведет кнеобходимости повторной передачи страниц, подвергшихся их влиянию. Повторнаяпередача не может быть автоматизирована и осуществляется пользователем вручную.
Влияниепроскальзываний на передачу данных при помощи модемов проявляется в видедлинных пакетов ошибок. Продолжительность такого пакета ошибок зависит отскорости передачи данных и типа модема находится в диапазоне от 10 миллисекунддо 1,5 секунд. В период появления этих ошибок оконечное приемное устройство,подключенное к модему, принимает искаженные данные. В результате пользовательдолжен осуществить повторную передачу данных.
Привозникновении проскальзываний во время сеанса видеотелефонной связи происходитпропадание изображения. Абонентов просят повторно установить связь длявосстановления изображения.
Влияниепроскальзываний на передачу цифровых данных зависит от используемого протокола.В протоколах, не предусматривающих возможности повторной передачи, возможныпропуски, повторения или искажения данных.
Возможна потерякадровой синхронизации, вызывающая искажения множества кадров при возобновлениипоступления импульсов кадровой синхронизации. Протоколы с повторной передачейимеют возможность обнаружить проскальзывания и инициировать повторную передачу.Для инициализации и выполнения такой ретрансляции обычно требуется однасекунда. Поэтому проскальзывания будут влиять на пропускную способность, обычноприводя к потере секунды времени передачи.
При цифровойпередаче изображений (например, видеоконференция), как показывают тесты,приведенные ниже, проскальзывание обычно вызывает искажение части изображенияили его «замораживание» на время до 6 секунд. Серьезность идлительность искажений зависит от применяемого оборудования кодирования икомпрессии. Наиболее значительные искажения возникают при использовании низкоскоростногодекодирующего оборудования.
Наибольшеевлияние проскальзывания оказывают при предоставлении услуг по передачешифрованных данных. Проскальзывание приводит к потере ключа кодирования. Потеряключа приводит к недоступности переданных данных до повторной передачи ключа и повторногоосуществления связи. Поэтому вся связь останавливается. Что более важно,необходимость в ретрансляции ключа значительно влияет на безопасность. Длямногих приложений, связанных с проблемами безопасности, число проскальзываний,превышающее 1 в день, считается неприемлемым.Необходимостьсинхронизации SDH.
С появлениемSDH к сетям синхронизации предъявляются новыетребования. SDH являются высокоскоростными синхроннымитранспортными системами. Элементы сетей SDH требуютсинхронизации, так как передаваемый ими оптический сигнал является синхронным.Однако потеря синхронизации сетевыми элементами SDH неприводят к возникновению проскальзываний. Это обусловлено тем фактом, что рабочаянагрузка в SDH передается асинхронно. Для идентификацииначала кадра SDH используют указатели. Несовпадениескоростей передачи и приема вызовет изменения в указателе (см. Рис.2).
/>
Рис. 2 - Выравниваниеуказателя.
Однако,выравнивание указателя может привести к возникновению джиттера и вандера в передаваемомсигнале. Джиттер это быстрое (>10 Гц) изменение фазы сигнала («дрожание фазы»).Вандер — это медленное (Пакеты (паучки)ошибок, вызванные синхронизацией.
В частныхсетях синхронизация может вызвать дополнительные сбои (ухудшения) в форме пакетовошибок. Рассмотрим частную сеть, в которой тактовые генераторы оборудования, размещенногона территории пользователя (СРЕ), соединены в цепь. Кратковременному ухудшениеопорной частоты первого СРЕ повлияет на работу всего оборудования в цепи (см.Рис.3). В ответ на кратковременную ошибку большинство генераторов CPE выработает пакеты ошибок на всех выходных линиях. Второйгенератор в цепи определит наличие ухудшения, вызванного первым генератором, ибудет реагировать подобным образом, вырабатывая ухудшения (сбои) на всех своихвыходах. Таким образом, пучок ошибок распространяется (и произвольноувеличивается) по всей сети СРЕ.
Пучкиошибок, вызванные синхронизацией, по своей природе являются кратковременнымипереходными процессами и обычно мало отличаются от избыточно ошибочных линийпередачи. Поэтому проблемы синхронизации могут быть ошибочно приняты за высокийкоэффициент ошибок линий передачи. Таких трудностей можно избежать прииспользовании правильно разработанных генераторов СРЕ и при тщательномпланировании распределения синхронизации в частной сети. Необходимо отметить,что такие проблемы пучков ошибок обычно не возникают в сетях общегопользования.
/>
Рис. 3 – Ошибки каскадированияв частных сетях. Требования крабочим характеристикам синхронизации — Сети общего пользования.
Дляуправления частотой проскальзываний, событиями выравнивания указателей ипучками ошибок, вызванных синхронизацией, ITU и ANSI установили несколько требований к рабочимхарактеристикам синхронизации.
Длямеждународных соединений порог скорости проскальзываний для«приемлемого» соединения установлен ITU науровне одного проскальзывания за каждые пять часов. Для достиженияудовлетворительной скорости проскальзываний при сквозной передачедолговременная максимальная нестабильность частоты на выходе цифровой системысинхронизации составляет 1х10-11. Это требование было установлено как ANSI, так и ITU. Требования ккратковременной нестабильности допускают от 1 до 10 микросекунд с ошибками вдень на выходе каждого сетевого тактового генератора.
В настоящее время принимаются новые кратковременные требования. Этопреследует две цели. Во-первых, это гарантирует, что случайные изменения синхронизациине приведут к появлению проскальзываний. Во- вторых, это ограничивает периодкратковременной нестабильности сигнала синхронизации, что, в свою очередь,ограничивает число выравниваний указателя и результирующий джиттер в сетях SDH. ANSI требует, чтобы длительностькратковременного шума с ограниченной полосой пропускания на выходе генераторане превышала 100 наносекунд.Требования крабочим характеристикам синхронизации — Корпоративная (частная сеть)
В настоящее время в стадии разработки находятся спецификации ETSI выдвигающие требования кджиттеру и вандеру в сетях синхронизации, подходящих для SDHи PDH. Устанавливаются пределы для различных уровней (layers) сетевой синхронизации, а также рабочие характеристикигенераторов оборудования SDH. В данном документе приводятсястандарты для тех администраторов сетей, которые придерживаются ETSI.
Для частныхсетей существует несколько требований к рабочим характеристикам синхронизации.Рабочие характеристики синхронизации для частной цифровой сети могут быть в1000 раз хуже, чем для сети общего пользования. В соответствии с требованиями ANSI первый СРЕ в цепи синхронизации частной сети долженобеспечивать 4,8 миллисекунд времени с ошибками в день. Это соответствуетприблизительно 40 проскальзываниям в день на один СРЕ. Кроме того, ANSI в настоящее время не имеет требований, ограничивающихчисло пучков ошибок, вызванных синхронизацией в частных сетях. Однако, этовременное требование. Ожидается, что в ближайшие несколько лет эти требованияизменятся до 18 микросекунд ежедневных ошибок синхронизации и отсутствия пучковошибок, вызванных синхронизацией.
Основнойпричиной плохих рабочих характеристик частных сетей является использование вСРЕ генераторов низкого качества Stratum 4. Кроме того,частные сети могут иметь сложные неограниченные архитектуры с большимколичеством каскадно-соединенных эталонных источников синхронизации. Прииспользовании генераторов 4 уровня проскальзывания вызываются не толькоошибками передачи, но и сбоями, вызванными оборудованием. Кроме того, синхронизацияСРЕ может стать серьезным источником ошибок на передающих устройствах частныхсетей. Более подробно эта проблема обсуждается в разделе IV«Влияние генератора приемника, работа в условиях стресса — генераторы СРЕ».2. Архитектурасинхронизации.Основыпередачи сигналов в сетях SDH
В этомразделе рассмотрены основные принципы передачи сигналов в сетях SDH необходимые для понимания вопросов синхронизации. В обеихсетях осуществляется синхронное мультиплексирование сигналов. Это дает дваосновных преимущества: одноступенчатое мультиплексирование и возможностькросс-коммутации и мультиплексирования ввода- вывода.
Всуществующих асинхронных системах для достижения более высокой скоростипередачи сигналов необходимо мультиплексировать сигнал на каждом уровне иерархиипередачи. Например, сигналы DS1 мультиплексируются в DS2, затем в DS2 в DS3,затем в высокоскоростные сигналы оптической линии. В SDHмультиплексирование выполняется за один шаг, так как сигнал синхронный.
Второеосновное преимущество заключается в возможности кросс коммутации имультиплексировании ввода-вывода. Для получения сигнала DS1или E1 в существующих асинхронных системах должен бытьдемультиплексирован полный сигнал. Высокоскоростной сигнал оптической линиидолжен быть демультиплексирован в DS3, DS3 в DS2, DS2в DS1 или E1. Необходимо иметьвсе сигналы DS1 или E1, чтобыполучить один из них. В SDH DS1 или E1 могут быть получены бездемультиплексирования полного сигнала.Мультиплексированиев сети SDH
Синхронныйтранспортный модуль уровня 1 (STM-1), имеющий скоростьпередачи 155,520 Мбит/с, обеспечивает базовую скорость потока для SDH. Все менее скоростные полезные нагрузки, такие как DS1, E1 или DSЗупаковываются в STM-1. Более скоростные сигналыформируются путем мультиплексирования N транспортныхмодулей SТМ-1 в STM-N. Никаких дополнительных заголовков или дополнительнойобработки при этом не требуется. Сигнал STM-1 состоитлибо из сигналов трех административных блоков уровня З (AU-З), либо из сигнала одного блока AU-4.
Полезныенагрузки могут быть упакованы в SDH несколькимиспособами, как показано на рисунке 4. Сигналы DS1 или E1 сначала упаковываются в виртуальный контейнер (VC-11, VC-12, соответственно). Этотвиртуальный контейнер УС содержит полезную нагрузку и информацию заголовка. VC-11 или VC-12 затем упаковываются вболее скоростной виртуальный контейнер VC, такой как VC-З, который может быть также использован для переносасигналов DSЗ. Сигнал VC-З имеетдополнительную информацию заголовка. Более скоростной сигнал УС затем упаковываетсяв сигнал AU-З или AU-4, которыевходят в состав STM-1.
/>
Рис. 4 – Мультиплексированиев сети SDH.Основныеметоды синхронизации.
Для синхронизации цифровых сетей используется несколько основныхметодов: плезиохронная работа, иерархическая работа приемника — передатчика,взаимная синхронизация, импульсное дополнение (стаффинг) и указатели. Все ониподробно рассматриваются ниже.Плезиохроннаяработа.
Каждый узел получает эталонный сигнал от своего независимого источникасинхронизации (рис.5). Допустимая частота проскальзываний сохраняется благодаряжесткой точности синхронизации на обеих сторонах соединения. Стандартыопределяют границу стабильности генераторов, используемых для синхронизацииплезиохронных соединений. В сетях, использующих плезиохронные ситуации,управляющие генераторы должны поддерживать долговременную нестабильностьчастоты в пределах 1х10-11. Это типовой режим работы для соединения черезадминистративные границы.
/>
Рис. 5 – Плезиохронная работаИерархическийпередатчик — приемник.
Источник первичного эталонного сигнала в управляющем узле генерируетразмноженный и распределенный эталонный сигнал синхронизации (рис.6).Управляющий узел посылает свой эталонный сигнал на принимающие узлы. Эталонныйсинхросигнал иерархически распределяется по сети. Двумя главными компонентамиэтой сети являются генераторы приемника, используемые для регенерацииэталонного сигнала синхронизации, и цифровые тракты, используемые для передачисинхросигналов по сети.
/>
Рис. 6 – Иерархическая структура источник-приемник.Взаимнаясинхронизация.
При взаимной синхронизации информация о синхронизации совместноиспользуется всеми узлами сети (рис.7). Каждый генератор посылает и принимаетсигналы эталонной синхронизации на все другие генераторы в сети. Синхронизацияцепи определяется путем усреднения всех сигналов синхронизации, получаемыхкаждым генератором от всех других генераторов в сети. Теоретически, эта работаможет обеспечить идентичные сигналы синхронизации на каждый узел, но в реальныхусловиях, при наличии несовершенных генераторов и несовершенной передачиинформации о синхронизации, синхронизация подвержена флуктуации и стремится кобщей частоте.
/>
Рис. 7 – Режим взаимной синхронизации.
Импульсноедополнение (стаффинг)
Этот методиспользуется для передачи асинхронных потоков выше уровня DSI/ EI. Цифровые потоки, подлежащие мультиплексированию,уплотняются дополнительными ложными импульсами. Это увеличивает их скорости доскорости независимого местного генератора. Исходящая скорость мультиплексоравыше, чем сумма входящих скоростей. Ложные импульсы не несут никакойинформации, они кодируются для идентификации. На стороне приемника ложныеимпульсы удаляются. Полученные пробелы в потоке импульсов затем удаляются,восстанавливая первоначальный поток данных.Указатели ивыравнивание указателей
SDH для переноса сигнала используют указатели полезнойнагрузки. Указатель содержит фактический адрес начала виртуального контейнерана карте поля, отведенного под полезную нагрузку в структуре SDH.
Разность фази частот между двумя сетевыми элементами (NE) в SDH может быть компенсирована с помощью указателей полезнойнагрузки. Если передающий NE SDH работает быстрее приемного, последний будет создаватьотрицательное выравнивание указателя и сдвигать полезную нагрузку вперед наодин байт или восемь бит, как показано на рисунке 8(a).Таким образом приемный NE будет подстраиваться подпередающий без потери информации. Аналогично, если передающий NEболее медленный, чем приемный, возникнет положительное выравнивание указателяна один байт, как показано на рисунке 8(б).Размещениеполезной нагрузки
Сигналы DS3 размещаются в SDH сиспользованием вставки битов (стаффинга) для компенсации расхождения втактировании между DS3 и SDH.
Сигналы DS1 и E1 могут размещаться одним изчетырех методов: асинхронное размещение, плавающее байт-синхронное размещение,фиксированное байт-синхронное размещение и бит синхронное размещение.
Приасинхронном размещении сигнал DS1 или E1размещаются в VT1.5 или VC-12/1Засинхронно с использованием вставки битов для устранения расхождений втактировании. Для определения начала кадра VT/VC используются указатели. При асинхронном размещении сигналыDS1 или E1 транспортируются безпроскальзывания и без повторного тактирования. Однако система будет подверженадействию выравнивания указателей, которое будет происходить из-за возможнойразности частот между сетевыми элементами в тракте передачи.
Плавающеебайт-синхронное размещение отличается от асинхронного тем, что не используетвставки битов для устранения расхождения в тактировании полезных нагрузок исетевых элементов. Такое размещение обеспечивает прямой доступ к сигналам DS0. Однако при этом необходимо, чтобы DS1или E1 были синхронизированы с сетевым элементом SDH. Любое расхождение в частотах между полезной входнойнагрузкой и первым сетевым элементом SDH в трактепередачи ведет к появлению проскальзываний.
Фиксированноебайт-синхронное размещение не допускает использования какой бы то ни быловставки битов или указателей в процессе размещения. Следовательно, DS1 или E1 должен быть синхронизированс сетевым элементом SDH. Для согласования тактированияпо всему тракту транспортировки сигнала должен быть предусмотрен буферпроскальзывания.
Бит-синхронноеразмещение аналогично фиксированному байт синхронному размещению, заисключением того, что при этом не предполагается, что структура DS1 или E1 организована в составе DS0. DS1 или E1пересылаются в виде одиночного битового потока с кадрами DS0или DS1/E1 или без них.
Предполагается,что большинство сетей будут использовать асинхронное размещение длятранспортирования сигналов DS1 и E1.
/>
Рис. 8a – Операция выравнивание указателя AU-3– отрицательное выравнивание.
/>
Рис. 8б – Операция выравниваниеуказателя AU-3 – положительное выравнивание.Синхронизациятелекоммуникаций.
Для синхронизациисетей E1 / DS1 большинствоадминистраторов телекоммуникационных сетей использует метод иерархическогоисточника — приемника (ведущий — ведомый). Источником основного эталонногосигнала синхронизация сети является один или более первичных эталонныхгенераторов (ПЭГ). Эталонный сигнал этого генератора распределяется по сети,состоящей из генераторов — приемников или ведомых задающих генераторов (ВЗГ)(рис.6).
Узел снаиболее стабильным генератором назначается узлом — источником. Узел — источникпередает эталонную синхронизацию на один или более принимающих узлов. Рабочиехарактеристики принимающих узлов обычно такие же или хуже, чем у узлаисточника. Узел приемника захватывает эталонную частоту синхронизации источникаи затем передает ее другим узлам приемника. Поэтому синхронизация распределяетсявниз по иерархии узлов.
Принимающиеузлы обычно разрабатываются для приема одного или большего числа эталонныхсигналов. Один эталонный сигнал является активным. Все другие альтернативные эталонныесигналы являются резервными. В случае, если активный эталонный сигнал потерян,узел приемника может переключать эталонные сигналы, и подключается кальтернативному эталонному сигналу. Таким образом, каждый принимающий узелимеет доступ к синхронизации от одного или нескольких источников. Большинствосетей спроектированы таким образом, что всем генераторам приемникам подаетсядва или более разных эталонных сигналов. В частных сетях это может бытьневозможным из-за ограниченной возможности соединений между узлами.
Генераторыразмещаются в соответствии с иерархией, основанной на уровнях рабочиххарактеристик. ANSI назначаетуровни рабочих характеристик как уровни слоев (Stratum):слои 1, 2, 3, 4Е и 4, в порядке от лучших к худшим. ITU(9) назначает 4 уровни рабочих характеристик: первичный эталонный генератор,транзитный узел, локальный узел, терминал или узел СРЕ. Слой 1 или ПЭГ являютсяуправляющими узлами для сети. Слой 2 или генераторы транзитного узла обычнонаходятся в коммутационных устройствах и в некоторых видах цифрового кроссовогооборудовании. Е третьему слою, или генераторам местных узлов относится большаячасть местного коммутационного оборудования, цифровые кроссовые системы,некоторые учрежденческие АТС (РВХ) и мультиплексоры T1.Слой 4, или генераторы СРЕ, включают большую часть мультиплексоров T1, РВХ, банков каналов и эхоподавителей.Генераторыисточника: Первичный эталонный генератор.
Первичныйэталонный генератор (ПЭГ) является управляющим генератором для сети,обеспечивающей точность установки частоты лучше, чем 1х10-11 (7). Одним изклассов ПЭГ является генератор слов 1. Генератор слов 1, по определению,является свободным генератором (7). Он не использует эталонный сигналсинхронизации для получения или запуска его синхронизации. Генераторы слов 1обычно состоят из нескольких цезиевых стандартов частоты.
Тем неменее, ПЭГ может быть выполнен не только на основе первичных атомных стандартовчастоты (7). Другими примерами ПЭГ являются генераторы систем всемирногокоординированного времени (GPS) и LORAN-С.Эти системы используют местные рубидиевые или кварцевые генераторы, которыезапускаются информацией о синхронизации, получаемой от GPSили LORAN-С. Они не считаются принадлежащими к слою 1,т.к. они запускаются принудительно, но по своим параметрам классифицируются какпервичные эталонные генераторы. Эти генераторы способны поддерживатьпогрешность от нескольких единиц 10-13 до нескольких единиц 10-12.
Влияниескорости проскальзываний на ПЭГ обычно не принимается во внимание. Сеть,синхронизируемая от двух ПЭГ, будет подвержена в наихудшем случае пятипроскальзываниям в год, обусловленным нестабильностью частот генераторов. Посравнению с характеристиками генераторов приемников эта цифра пренебрежимомала, как показано в разделе IV. Поэтому, средиоператоров телекоммуникационных сетей наблюдается тенденции в большей степениполагаться на ПЭГ, а для синхронизации их сетей использовать множество такихгенераторов.Генераторыприемника (ведомые задающие генераторы).
Главнымпредназначением генератора приемника (ВЗГ) является восстановлениесинхронизации из опорного сигнала и поддержание синхронизации как можно ближе ксинхронизации узла источника. для этого требуется, чтобы генератор приемникавыполнял две основные функции. Во-первых, он должен воспроизводитьсинхронизацию генератора источника эталонного сигнала, даже, несмотря на то,что эталонный сигнал может быть ошибочным. Во-вторых, он должен сохранятьадекватные временные состояния в отсутствие эталона синхронизации.
Обычнымрежимом работы ВЭГ является извлечение сигнала синхронизации из эталонногосигнала ПЭГ. В этом режиме генератор приемника должен иметь способностьвыявлять возможные короткие ошибки эталонного сигнала. Этими ошибками могутбыть нестабильность синхронизации (джиттер) или краткие прерывания эталонногосигнала (пучки ошибок). Эти ошибки обычно вызываются устройством, транспортирующимэталонный сигнал от генератора источника к генератору приемника.
Генераторприемника использует низкочастотные фильтры для выявления кратковременнойнестабильности частоты синхронизации. Для выявления кратких прерыванийгенераторы приемника разрабатываются с двумя или большим числом входовэталонных сигналов, для того чтобы они могли переключать эталонные сигналы приналичии кратковременных искажений (ухудшений). Большинство сетевых генераторов(ANSI слой 2,3 и 4Е, транзитные и местные генераторы ITU) разработаны таким образом, чтобы вызвать ошибкувременного интервала длительностью не более 1000 нсек при каждом переключенииэталонного сигнала или другом переходном событии. Кроме того, сетевыегенераторы разрабатываются для сохранения ежедневных ошибок временногоинтервала в пределах 1-10 мксек при отсутствии прерываний.
Генераторыслоя 4 (СРЕ) не предъявляют каких-либо требований к их режиму восстановлениясинхронизации. В ответ на краткие прерывания генератор слоя 4 будет обычновызывать 10-1000 мксек ошибку временного интервала. Кроме того, этот фазовыйскачок будет сопровождаться пучком ошибок. Поэтому, СРЕ очень неустойчивы кошибкам устройств (см. раздел IV «Влияниегенератора приемника, работа в условиях стресса — генераторы СРЕ» стр. 18,для характеристик типичного слоя 4).
Вторымрежимом работы является генератор приемника, действующий при потере всех своихэталонных сигналов синхронизации. Режим удержания (holdover)служит для запоминания известной последней частоты источника и для поддержаниянеобходимой погрешности частоты после потери всех опорных сигналовсинхронизации. СРЕ может входить в свободный режим, когда оно теряет всеэталонные сигналы синхронизации. Свободный режим относится к такому режимуработы, при котором синхронизация, исходящая от генератора управляется местнымосциллятором, а для корректировки частоты генератора не используется память очастоте внешнего эталонного сигнала.Стандартыгенераторов.
ITU и ANSI классифицируют генераторыприемников в уровнях, соответствующих их рабочим характеристикам. ITU обозначает генераторы как транзитные, местные игенераторы оконечных устройств (СРЕ). ANSI назначаетгенераторы слоям 2, З, 4Е и 4, в соответствии с убывающими значениямихарактеристик. Чтобы удовлетворить определенному уровню рабочих характеристик,генератор должен отвечать требованиям нескольких функций. Ими являются:перестройка временных отношений, функция удержания, погрешность в свободномрежиме, дублирование аппаратной части и возможности внешней синхронизации. Этифункции кратко описаны в Таблицах 1 и 2.
Таблица1. Стандарты генераторов ITUI
Функция Транзитныйузел Местный узел Терминал СРЕ
Погрешность Неттребований Нет требований 5х10
Удержание
Первоначальный сдвиг
частоты 5х10-10 1х10-8 Неттребований
Долговременный 1х10 2х10-8
Ошибкавременного
интервала 1мксек 1 мксек Неттребований
Наклон изменения фазы 61х10-6 61х10-6 Неттребований
Таблица2. Стандарты генераторов ANSI
Функция Слой2 Слой З Слой 4Е Слой4
Погрешность 1.6х10-8 4.6х10-6 3.2х10 3.2х10
Удержание 1х10-10 3.7х10 Нет требований
Ошибкавременного интервала 1 мксек 1 мксек 1мксек Нет требований
Наклонизменения фаз 61х10-6 61х10 61х10-6 Неттребований
дублирование Требуется Требуется Неттребований Нет требований
Внешние входы Требуется Требуется Неттребований Нет требований
Наиболееважным требованием в генераторах приемника является возможность перестройки(реорганизации) сохранения синхронизации. Это объясняется тем, что генераторыприемника часто могут быть подвержены кратким прерываниям их эталонного сигналасинхронизации. Краткое прерывание обуславливает перестройку генератора.Перестройка определяется как переключение генератором его эталонного сигналаили внесение погрешности небольшой длительности. Переключение аппаратныхсредств генератора тоже считается перестройкой. В условиях перестройки всегенераторы, за исключением генераторов 4-го CPE, должнывызывать ошибку временного интервала не более 1 мкс по отношению к ее источникусинхронизации. Кроме того, если генератор вызывает ошибку временного интервала,он не может быстро построить фазу. Фаза должна изменяться со скоростью менее61х10-6. Требование к скорости изменения фазы необходимо потому, чтогенераторы прямого потока могут оставаться «привязанными» к генератору,начавшему перестройку.
Требования кфункции удержания значительно различаются для разных сетевых генераторов. Слой2 и транзитный узел должны иметь относительную погрешность по частоте 1х10-1Ои 1х11-9 в первые 24 часа после пропадания эталонного сигнала.
Эти строгиеспецификации необходимы, потому что эти генераторы обычно используются дляуправления синхронизацией в переговорных пунктах, имеющих десятки тысячтрактов. Эта спецификация гарантирует, что ни один из трактов не подвергаетсяболее, чем одному проскальзыванию в первые 24 часа режима удержания. Напротив,т.к. слой З и местные генераторы обычно используются в небольших офисах ивлияют на меньшее число трактов, для них допускается появление до 255 и 14проскальзываний соответственно в каждом тракте в первые 24 часа.
Длягенераторов слоя 4 СРЕ не требуются обеспечения режима удержания. Генераторслоя 4 без задержки будет немедленно переходить в состояние свободного режимапри каждой потере эталонного сигнала синхронизации.
Состояниесвободного режима относится к стабильности генератора, когда он работает насвоих собственных внутренних осцилляторах без принудительного запуска иликорректировки предыдущим состоянием внешнего эталонного сигнала, длягенераторов с функцией удержания свободный режим наблюдается только придлительном пропадании эталонного сигнала (от недель до месяцев) и он являетсяисключительно редким. Т.о. спецификации погрешности свободного режима являютсянаименее критичными из всех спецификаций генератора. Эта мысль подчеркиваетсятем фактом, что ITU не определяет погрешностисвободного режима. Для генераторов слоя 4 СРЕ их свободный режим будетопределять характеристики проскальзывания даже во время кратковременной потериэталонного сигнала.
Дополнительнымитребованиями является то, что генераторы слоя 2 и З ANSIдолжны иметь дублирующую аппаратную часть и входы внешних генераторов. Дублированнаяаппаратная часть гарантирует, что оборудование продолжает работать приаппаратном сбое генератора. Вход внешнего генератора предназначен длядополнительной внешней синхронизации. Он используется для подачи синхронизациинепосредственно на генератор. Этот вход полезен для планирования гибкойсинхронизации, при которой сигнал эталонной синхронизации для генератора можети не заканчиваться в цифровой системе.3. Характеристикисинхронизации.
Характеристикисинхронизации в иерархической сети передатчика -приемника определяются тремякомпонентами: погрешностью управляющего генератора, характеристиками устройств,распределяющих эталонный сигнал, и характеристиками генераторов приемника,получающего эталонный сигнал через эти устройства. В дальнейшем будет показано,что нестабильность частоты синхронизации управляющего генератора обычно слабовлияет на общую нестабильность в сетях синхронизации. Характеристикисинхронизации в основном определяются комбинацией характеристик устройствраспределения и генератора приемника. В реальных сетях генератор приемника,подсоединенный к управляющему генератору, будет работать с долговременнойчастотой, отличающейся от частоты управляющего генератора. Нестабильностьчастоты генератора приемника обычно в 10 -100 раз превышает нестабильностьчастоты управляющего генератора. Поэтому, генераторы приемника служат причинойбольшей части ошибок синхронизации и проскальзываний в сетях.Влияниепервичного эталонного генератора.
Влияние ПЭГна уровень проскальзываний обычно крайне незначительно. Цезиевые генераторы, GPS и LORAN-Cбудут обычно иметь долговременные погрешности по частоте порядка от несколькихединиц на 10-13 до нескольких единиц на 10-12. Это приводит к уровнямпроскальзывания, колеблющимся, от проскальзывания один раз в пять лет до трехпроскальзываний в год. Это является небольшой частью допустимого значения в пятьпроскальзываний / день для сквозного соединения и обычно не принимается вовнимание.Характеристикиустройства.
Дляопределения характеристик устройства, служащего для передачи эталонного сигналасинхронизации существует два основных фактора. Ими являются ошибки инестабильности синхронизации (джиттер и вандер).
Устройство,используемое для распределения эталонного сигнала синхронизации, может иметьзначительное число событий прерывания. Число появлений пучков ошибок можетколебаться в среднем от 1 до 100 событий в день, в зависимости от типаустройства, расстояния и других факторов. Например, требованием 'ТП длясквозного соединения характеристика значительно поврежденных секунд, (SES) равна 175 событий в день. SES — это секунда передачи, когда происходит по крайней 320 ошибочных событий CRS-6. Это приблизительно эквивалентно частоте битовых ошибок1х10-3 на протяжении секунды. Требования к характеристикам в ANSI равны 40-50 SES в день, взависимости от расстояния.
Такиепостоянные ухудшения неизбежно повлияют на распределение эталонного сигналасинхронизации. Как описывалось выше, генератор приемника будет реагировать накаждую ошибку. Генератор может отклоняться на время до 1 мксек в ответ накаждую ошибку в его эталонном сигнале синхронизации. Накапливание ошибокустройства передачи, приводящее к возникновению фазовых ошибок в генератореприемника, будет значительно влиять на уровень проскальзываний в сети, чтоможет привести к десяткам микросекунд смещений фазы в день в том случае, еслисеть плохо спланирована.
Нестабильностьчастоты эталонного сигнала зависят от технологии, используемой оборудованиемдля передачи эталонного сигнала. Если эталонный сигнал передается асинхронно(например, при передаче DS3), эталонный сигнал обычнобудет иметь джиттер менее 600 нсек и незначительный вандер. Эти уровни обычноне принимаются во внимание.
Эталонныесигналы, передаваемые через спутник, будут иметь избыточный вандер. Этовызывается небольшими перемещениями спутника относительно его геостационарногоположения. Величина вандера обычно равна 1,8 миллисекунд в день. Это делаетспутниковую передачу неподходящей для использования в качестве эталонногосигнала синхронизации.
Эталонныесигналы синхронизации, передаваемые в качестве полезной нагрузки по сети SDH, могут иметь значительный вандер. Сигнал DS1 или E1, размещенный и переданныйпо SDH, может иметь вандер длительностью в несколькодесятков микросекунд в день. Поэтому синхронизация никогда не передается какполезная нагрузка по SDH. В сетях, использующихпередачу по SDH, для передачи синхронизациииспользуется оптический носитель, т.к. он не подвержен выравниваниям указателяи возникающим в результате джиттеру и вандеру.Влияниегенератора приемника.
Генераторприемника это генератор, выход синхронизации которого, управляется сигналомсинхронизации от генератора источника равного или более высокого качества. Какбыло показано выше, генераторы приемника должны воспроизводить синхронизациюисточника эталонного сигнала, даже, несмотря на то, что эталонный сигнал можетбыть ошибочным, и он должен в течение адекватного времени удержанияподдерживать синхронизацию в отсутствие всех эталонов синхронизации.
Характеристикигенератора приемника выявляются при его работе в трех режимах:
· Идеальная работа
· Работа в условиях стресса
· Работа в режиме удержания
Идеальнаяработа описывает кратковременное поведение генератора, она важна для управлениявыравниваниями указателя в сетях SDH. Работа в условияхстресса это типичный режим работы генератора приемника, при котором ожидается,что генератор приемника получает синхронизацию от генератора источника черезустройство, имеющее кратковременные ухудшения. Наконец, работа в режимеудержания определяет характеристики генератора в том редком случае, когда всеэталонные сигналы, подаваемые на генератор, потеряны.Идеальнаяработа.
Приидеальной работе генератор приемника не испытывает прерываний от входногоэталонного сигнала синхронизации. даже несмотря на то, что это не типично дляреальных сетевых операций, понимание характеристик генератора в условияхидеальной работы показывает границы характеристик генератора. Также важноограничить кратковременный шум генератора. Кратковременный шум генератора будетвлиять на появление выравниваний указателя в сетях SDHи возникновение в результате этого джиттера и вандера полезной
нагрузки SDH.
Приидеальных условиях генератор приемника должен работать в строгой фазовойпривязке с входящим эталонным сигналом. для кратких интервалов наблюдений,меньших, чем постоянная времени петли фазовой автоподстройки (PLL),нестабильность частоты синхронизации определяется кратковременнойнестабильностью местного генератора, а также влиянием шумов квантования и PLL. При отсутствии прерываний эталонного сигнала,нестабильность выходного сигнала синхронизации ведет себя как фазовая модуляциябелого шума. Высокочастотный шум является ограниченным и некоррелированным(белым) для больших периодов наблюдений относительно времени наблюдения PLL.Работа вусловиях стресса — сетевые генераторы.
Этакатегория работы отражает характеристики генератора приемника в условияхреальной сети, когда возможны краткие прерывания эталонного сигналасинхронизации. Как описывается в разделе IV,«Характеристики устройства», стр.15, эти прерывания являютсякратковременными, при этом время эталонного сигнала синхронизации недоступно.Число прерываний может колебаться от 1 до 100 в день.
Всепрерывания будут влиять на генератор приемника. Во время прерывания эталонныйсигнал синхронизации не может быть использован. Когда эталонный сигналвосстанавливается, или если прерывание сохраняется и генератор переключаетэталонные сигналы, сохраняется одна ошибка, относящаяся к реальной временнойразнице между местным генератором приемника и вновь восстановленным эталоннымсигналом. Ошибка временного интервала, возникающая из-за каждого прерывания,зависит от конструкции генератора, но должна быть меньше 1 мксек. Эта случайнаяошибка синхронизации будет накапливаться, как случайный набег, вызывающийпоявление частотной модуляции белого шума в сигнале синхронизации принимающегогенератора.
В дополнениек частотной модуляции белого шума, прерывания могут привести к частотномусдвигу между генератором приемника и генератором источника. Это происходитиз-за смещения фазы в генераторе приемника во время восстановления эталонногосигнала. Число смещений зависит от конструкции генератора. Величина этогосмещения играет решающую роль для рабочих характеристик долговременнойсинхронизации генератора приемника.
Это смещениебудет накапливаться в цепочке генераторов приемников. Конечным результатомявляется то, что возникает сдвиг частоты между всеми генераторами в цепочкесинхронизации. Величина сдвига по частоте увеличивается с количествомгенераторов в цепи. Поэтому, в условиях реальной сети, генераторы приемникабудут работать с долговременной частотой, слегка отличающейся от частотыпервичного эталонного генератора. Величина этого частотного смещения являетсяфункцией возможностей характеристик генератора приемника (смещения его ошибкивременного интервала во время перестроек) и числа кратковременных прерываний (SES) устройства, передающего эталонный сигнал.
Такимобразом, существует длительное частотное смещение, вызванное кратковременнымисбоями устройства и уходом частоты приемника, что является основной причинойпроскальзываний в сети. Долговременный сдвиг по частоте может изменяться отнескольких единиц на 10 -12 до нескольких единиц на 10 — 10, в зависимости отсетевой конфигурации и от характеристик генератора и устройства. Этот сдвиг почастоте на несколько порядков хуже, чем разница частот между двумя первичнымиэталонными генераторами. По этой причине среди операторов сетей существуетрастущая тенденция устанавливать в сети множество источников первичногоэталонного сигнала и ограничивать количество каскадов эталонной синхронизации,подключенных к сети.Работа вусловиях стресса — генераторы СРЕ.
При работе вусловиях стресса (экстремальных внешних воздействий) функционированиегенераторов СРЕ слоя 4 совершенно отличается от работы других сетевыхгенераторов. Это обусловлено тем, что большинство генераторов СРЕ не имеютфазовой автоподстройки для ограничения ошибок временного интервала, возникающихвследствие кратковременных прерываний. Большинство СРЕ плохо работают прикратковременных ошибках на входах тактовой синхронизации.
Когдагенератор слоя 4 подвергается кратковременному прерыванию, он сигнализирует оневозможности использования эталонного сигнала и переключает эталонный сигнална запасной источник синхронизации. Этот запасной источник может быть либо другимэталонным сигналом синхронизации, либо его внутренним генератором. Во времяэтого переключения генератор обычно будет выдавать большой, быстрый фазовыйскачок длительностью 10-1000 мксек. Этот фазовый скачок возникает на всехисходящих линиях СРЕ.
Генераторы,расположенные вниз по направлению потока, не способны оставаться «привязанными»к эталонному сигналу при таком фазовом выбросе. Для устройства, расположенноговдоль сети, фазовый скачок не отличается от ошибки устройства. В результате,генератор, расположенный вдоль сети, будет переключать свой эталонный сигнал,вызывать другой фазовый выброс и дальнейшее распространение событий ошибок.Поэтому одна ошибка в устройстве в верхней точке цепи синхронизации можетпривести к ошибкам всех линий и узлов, расположенных ниже по цеписинхронизации. (Рис.9).
Частныхсети, использующие генераторы слоя 4, обычно имеют слабые рабочиехарактеристики. Они могут быть в 1000 раз хуже, чем в сетях общего пользования,работающих при эффективной долговременной нестабильности частоты от 1х10-9до 1х10-7. Обычным является появление десятков проскальзываний вдень/СРЕ. Кроме того, фазовые выбросы, вызванные плохой синхронизацией,появляются как ошибки передачи. Синхронизация СРЕ может вызвать до сотен досотен ошибок передачи в день. Избыточные ошибки передачи в частных сетяхявляются обычным симптомом плохих рабочих характеристик синхронизации. />/>/>/>/>/>
Рис. 9 – Ошибкикаскадирования в частных сетях.Работа врежиме удержания
Генераторприемника будет работать в режиме удержания в тех редких случаях, когда онтеряет все свои эталонные сигналы синхронизации на значительный период времени.Существует два основных фактора, влияющих на характеристики удержания:
начальныйсдвиг по частоте и дрейф частоты. Начальный сдвиг частоты вызываетсявозможностью установки частоты местного генератора и шумом эталонного сигналасинхронизации, когда генератор впервые переходит в режим удержания. Дрейфчастоты возникает из-за старения кварцевых генераторов. Требования ITU, предъявляемые к генератору, рассматривают влияние обоихфакторов на характеристики удержания по отдельности. Требования ANSI к удержанию рассматривают объединенные характеристики.Стандартысопряжения
Современныестандарты генераторов не гарантируют приемлемой работы в условиях стресса.Требования к сопряжению ANSI и ITUразработаны только для идеальных условий. В условиях идеальной работыежедневная ошибка временного интервала должна сохраняться в пределах 1-10мксек, а долговременный сдвиг частоты должен быть менее чем 1х10-11.Однако, из-за неопределенности характеристик при работе в условиях стресса,допускается, что долговременные рабочие характеристики реальной сети могут бытьхуже, чем 1х10-11.4. Введениев планирование синхронизации.
Рольпланирования синхронизации заключается в определении распределениесинхронизации в сети и в выборе генераторов и оборудования, используемых длясинхронизации сети. Это включает выбор и определение местоположенияуправляющего генератора (ов), распределение функций первичных и вторичныхсигналов синхронизации и анализ сети, гарантирующий, что достигаются исохраняются приемлемые уровни характеристик.Основныепринципы.
Чтобыобеспечить наилучшие характеристики и устойчивость сети синхронизации, следуетпридерживаться нескольких правил и процедур. Наиболее важными из них являютсяотсутствие замкнутых петель синхронизации, поддержание иерархии, следованиепринципу BITS, использование наилучших возможностей длятранспортировки эталонных сигналов синхронизации и сведения к минимуму ихкаскадирования.
Петлисинхронизации возникают, когда генератор использует для отслеживания свойсобственный эталонный сигнал синхронизации (рис. 10). При возникновении такихпетель, частота эталонного сигнала становится нестабильной. Генераторы в петлесинхронизации медленно начнут работать с погрешностью полного диапазонагенератора. Это приводит к тому, что генератор показывает характеристики вомного раз хуже, чем в свободном режиме или в режиме удержания. Поэтому важно,чтобы поток эталонных сигналов синхронизации в сети разрабатывался бы такимобразом, чтобы петли синхронизации не могли формироваться ни при какихобстоятельствах. Ни одна комбинация первичных и/или вторичных эталонныхсигналов не должна привести к петле синхронизации. В правильно спланированнойсети всегда можно избежать петель синхронизации.
/>
Рис. 10 – Петлясинхронизации.
Поддержаниеиерархии важно для достижения наилучших рабочих характеристик в сети. Видеальных условиях или в условиях стресса передача синхронизации с лучших нахудшие генераторы оптимизирует рабочие характеристики. Синхронизация все ещебудет сохраняться при нормальной работе, если синхронизация передается схудшего на лучший генератор. При этом могут немного пострадать рабочиехарактеристики, т.к. лучший генератор менее чувствителен к кратковременнымсбоям сети и будет накапливать меньше ошибок временного интервала. Только в томслучае, если генератор, расположенный выше по сети, входит в режим удержанияили в свободный режим, это приводит к нарушению иерархии и вызывает основныепроблемы. В этом случае генератор с худшими характеристиками, расположенныйвыше по сети и находящийся в режиме удержания, может иметь частотнуюпогрешность хуже, чем может обеспечить генератор, расположенный ниже по сети.Генератор, расположенный ниже по сети, не будет оставаться ведомым и тожеперейдет в режим удержания. Это приводит к появлению множества генераторов,работающих в режиме удержания и к возникновению избыточных проскальзываний всети.
Большинствосетевых администраторов при распределении синхронизации следует принципу BITS (создание интегрированного источника синхронизации) или SSU (рис. 11). При использовании метода BITSили SSU наилучший генератор в офисе предназначен дляприема эталонных сигналов из-за пределов этого офиса. Все другие генераторы вофисе синхронизируются от этого генератора.
/>
Рис. 11 –Конфигурация BITS/SSU.
Во многихслучаях BITS или SSU являетсягенераторами сигнала синхронизации, единственным назначением которого являетсясинхронизация. Другие администрации полагаются на синхронизацию BITS или от коммутационных систем или кросс-коммутаторов.Генератор BITS или SSU долженбыть генератором, который наилучшим образом действует в условиях стресса иудержания и является наиболее надежным. В соответствии с принципом BITS или SSU, рабочие характеристикисинхронизации офиса будут определяться генератором BITS/SSU, т.к. только генератор BITS/SSU подвержен стрессу в отношении его эталонного сигналасинхронизации.
Для сведенияк минимуму количества проскальзываний необходимо применять лучшее оборудованиедля передачи эталонного сигнала синхронизации. Наилучшее оборудование должновырабатывать эталонный сигнал с наименьшим числом сбоев. Это относится кэталонному сигналу, который имеет наименьшее среднее число SESи свободен от избыточной нестабильности синхронизации (джиттера и вандера).Эталонные сигналы, являющиеся полезными нагрузками на SDHне должны использоваться для синхронизации, т.к. они подвержены обработкеуказателя, которая добавляет избыточный джиттер и вандер к эталонному сигналу.Подобным же образом, эталонные сигналы, которые передаются услугами ATM, будут иметь значительный вандер и не должныиспользоваться для синхронизации.
Каскадированиеэталонных сигналов синхронизации по сети должно сводиться к минимуму (рис.12).Характеристики синхронизации будут всегда ухудшаться, т.к. синхронизацияпередается от генератора к генератору. Чем больше генераторов и оборудования вцепи синхронизации, тем больше будет накопленное ухудшение и тем большечастотный сдвиг. Каждое устройство будет добавлять ухудшения, на которые должны будут реагировать генераторы в цепи. Поэтому, для обеспечения наилучшиххарактеристик цепи синхронизации должны оставаться короткими.
/>
Рис. 12 – Избыточноекаскадирование.5. Планированиесинхронизации в сети SDH
Основныммоментом планирования сети синхронизации является решение вопроса распределениятактовых сигналов и выбор источников синхросигналов и другого оборудования длятактирования сети. Распределение тактовых сигналов и выбор источников различныдля сетей на основе SDH. В этом разделе рассматриваетсяпланирование синхронизации для сетей SDH. />/>Распределение опорного сигнала
ITU определяет способ подключения источника опорного сигналак сети синхронизации (рисунок 13) как ключевой вопрос распределения сигналовсинхронизации. В цепи не должно быть более 10 транзитных или местных узловыхточек. Эти узловые точки относятся к 10 офисам, которые используют источниксинхросигнала транзитного или местного уровня в качестве источника-размножителясинхросигналов (SSU). Между офисами существуют цепиисточников синхросигналов в виде элементов SDH. Ни однацепь не должна содержать более 20 синхронизируемых источников. Общее числоисточников в полной цепи подключения опорного сигнала должно быть не более 60.Каждый источник синхросигнала в цепи получает сигнал синхронизации отоптической линии, как показано на рисунке 14.
/>
Рис. 14 – Распределениетактирования с использованием линий SDH
Такое подключениеопорного источника было принято на основе моделирования работы в идеальныхусловиях и должно удовлетворять требованиям обеспечения величины джиттера 5 UI для транспортирования DS3, DS1 и E1. Измерений дляэкспериментальной проверки результатов моделирования не проводилось. Следуетотметить, что дрейф, вносимый при транспортировке DS1 иE1, был незначительным при таком подключении опорногоисточника. Необходимость уменьшения величин дрейфа путем ограничения допустимойвеличины временной ошибки в напряженном режиме может потребовать изменения вподключении опорного источника, как обсуждалось в предыдущем разделе. Крометого, в интересах надежности может потребоваться укорочение длины цепи.Требования кисточнику-размножителю синхросигналов (SSU)
Чтобы удовлетворитьтребованиям к величине джиттера при транспортировании DS3,DS1 и E1, источник-размножительсинхросигнала, используемый для создания единого времени для офисов в сети ВН,должен иметь транзитный или местный уровень. Источник синхросигнала должениметь низкий уровень собственного шума и полосу пропускания фильтра не более0,1 Гц для фильтрации шума сети. Источник должен обрабатывать МТIЕ, равную 1000наносекунд при скорости изменения фазы менее 5х10-8 для наибольшегоиз периодов восстановления синхронизации. Эта скорость изменения фазызначительно меньше, чем требуется в сетях, основанных на SONET.
Рис. 13 –Цепь подключения опорного источника в сети синхронизации SDH.
Дляограничения дрейфа E1 и DS1следует использовать SSU с лучшей характеристикойотработки MTIE и улучшенной фильтрацией. ITU еще не разработал подходов для выполнения требований подрейфу DS1/E1.Требования ктактированию сетевого элемента SDH
Источниксинхросигнала сетевого элемента имеет более низкие характеристики, чем источникместного уровня, соответствующий ITU. Он удовлетворяеттребованиям по удержанию частоты 5х10-8 для начального сдвигачастоты и 5х10-7 за сутки для дрейфа частоты. Требования квосстановлению синхронизации: MTIE менее 1,0микросекунды при скорости изменения фазы менее 5х10-8 длянаибольшего из периодов восстановления синхронизации.
Основноеразличие между источниками синхросигнала сетевых элементов SDHи SSU состоит в полосе пропускания. Сетевой элемент SDH имеет полосу от 1 до 10 Гц,которая ограничена этими пределами по двум причинам. Во-первых, полосапропускания должна быть, по крайней мере, в 10 раз больше полосы SSU, чтобы накопление дрейфа в условиях идеального режимабыло минимальным. Во-вторых, источник синхросигнала сетевого элемента долженобеспечивать быстрое восстановление синхронизации.
/>Когда сетевые элементы SDH сконфигурированы в кольцо, и в тракте передачи сигналасинхронизации происходит разрыв (рисунок 15а), распределение синхронизации вкольце переконфигурируется. Переконфигурированное распределение показано нарисунке 156. Переконфигурирование распределения синхронизации полного кольца из20 сетевых элементов должно занимать около 15 секунд. Это означает, что каждыйсетевой элемент должен закончить переконфигурирование своей синхронизации ивыйти на режим установившегося выходного сигнала за время около одной секунды.Это условие требует достаточно быстрой реакции сетевого элемента SDH и, следовательно, ограничивает полосу фильтрации.
/>
Рис. 15а– Кольцевая конфигурация SDH Рис.15б – Кольцевая конфигурация SDH с
снормальным потоком сигнала синхро- разрывом в трактепередачи сигнала синх-
низации,направленным против часовой ронизации, поток которогонаправлен про-
стрелки. тивчасовой стрелки.
Заключение.
В даннойработе был представлен обзор сетевой синхронизации. Было показано, чтохарактеристики синхронизации оказывают значительное влияние на предоставлениеуслуг по передаче цифровых данных, услуг передачи кодированных сообщений и наразвитие новых технологий, таких как SDH. Главнымфактором воздействия на характеристики синхронизации в реальной работе сетиявляется частотный сдвиг, который генератор приемника демонстрируетотносительно источника первичного эталонного сигнала (ПЭГ), к которому он«привязан». Это ухудшение характеристик может управляться введениемнескольких первичных эталонных генераторов, путем использования устойчивыхгенераторов и правильного планирования синхронизации.Литература
1. И.Г.Бакланов «Технологии измерений первичной сети. Часть 1.Системы Е1,PDH, SDH.»; ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000
2. Н.Н.Слепов «Синхронные цифровые сети SDH.»; ЭКО-ТРЕНДЗ,1999
3. В.Н. Папантонопуло, Б.И. Круг, «Телекоммуникационные системы исети»; СГАТИ, Новосибирск 1997
4. В.Г. Фокин «Аппаратура и сети доступа»; СГТУТИ, Новосибирск 1999.
5. «Учебный курс SDH мультиплексорSMA-1»; НПЦ СПЕКТР, Самара 1996
6. Кашин М.В., Муштаков Е.А «Основы SDH»;СРТТЦ, Самара, 2001