ПОСТРОЕНИЕ СЕТИ СИНХРОНИЗАЦИИ

Авторы Н.Н.КУЛЕВА Е.Л.ФЕДОРОВА. Глава 5 из учебного пособия ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ

Источник:http: //dvo.sut.ru/libr/mts/w060fedo/5.htm

Hарушение тактовой синхронизации или хронирования может привести к увеличению коэффициента ошибок и проскальзываниям в цифровой последовательности (и, как следствие этого, к нарушению циклового синхронизма). 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 точностью не хуже 10^-11. Он калибруется вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени. Кроме того, необходима надежная система передачи сигнала синхронизации на все узлы сети. Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, в которых находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники хронирования транзитных или локальных узлов.

Существуют два основных метода синхронизации:

- синхронизация “главный-подчиненный” (master-slave synchronization);
- синхронизация взаимная (mutual synchronization).

Синхронизация “ главный-подчиненный” применяется в сетях SDH. Этот метод использует иерархию генераторов, в которой генератор каждого нижнего уровня синхронизирован от генератора более высокого уровня. Используются генераторы четырех уровней качества в иерархии синхронизации:

- первичный опорный или эталонный генератор PRC;
- подчиненный генератор в узле транзита (Transit Node Clock - TNC);
- подчиненный генератор в местном, локальном узле (Local Node Clock - LNC);
- генератор оборудования синхронной цифровой иерархии (SDH Equipment Clock - SEC).

PRC - генератор самого высокого качества, а SEC - генератор самого низкого качества. Генератор более высокого качества не должен быть синхронизирован генератором более низкого качества в режиме удержания, но в режиме удержания генераторы могут использоваться для синхронизации генераторов того же самого уровня качества. Имеются пределы на число генераторов, которые могут быть связаны в трейле распределения или дистрибуции синхронизации . Опорные сигналы генераторов распределены между уровнями иерархии через сеть дистрибуции, которая может использовать средства транспортной сети. Транспортная сеть может содержать генераторы оборудования SDH (SEC). Возможны следующие два метода распределения синхронизации:

1. Восстановление хронирования от сигнала принимаемого STM-N. Это исключает непредсказуемое влияние регулирования указателя на подчиненный генератор исходящего потока.

2. Получение хронирования от трейла синхронизации, который не поддерживается сетью SDH.

Метод “главный-подчиненный” использует трейлы синхронизации для хронирования подчиненных генераторов. Эти трейлы при их неисправности могут заменяться на альтернативные.

Метод взаимной синхронизации, как показывает практика, используется значительно реже метода “главный-подчиненный”.

В сетях SDH функции оборудования источников хронирования могут быть различных типов:

- PRC может быть автономным генератором или синхронизироваться по радиосигналу или спутниковому сигналу;
- блок синхронизации ( Synchronization Supply Unit - SSU), который выбирает один из источников синхронизации, подключенных к его входу, и распределяет его к другим элементам в пределах узла. Функциональная схема блока синхронизации показана на рис. 5.1. Этот тип используется в генераторах транзитных и локальных узлов;
- внутренний генератор оборудования (SDH Equipment Clock - SEC). Функциональная схема показана на рис. 5.2.

На рис. 5.1 и 5.2 показаны возможные эксплуатационные режимы генераторов. В режиме захвата или режиме внешней синхронизации на вход схемы поступают эталоны хронирования. Одним из эталонов управляется выходной сигнал хронирования. Используется схема фазовой автоподстройки частоты. В этом режиме работы подчиненные генераторы имеют такую же среднюю частоту, как и ведущий генератор. Далее, если все эталоны хронирования недоступны, то начинается режим удержания. Это означает, что сигнал хронирования на выходе схемы сохраняет параметры режима захвата благодаря наличию устройства памяти в схеме генератора. Возможен и несинхронизированный режим, когда сигнал хронирования определяется только параметрами данного генератора , при этом недоступны входные эталоны и выходные данные памяти. Этот режим называется также режимом свободных колебаний.

В транспортной сети возможны четыре режима синхронизации:

- синхронный;
- псевдосинхронный;
- плезиохронный;
- асинхронный.

Рис. 5.1. Функциональная схема  SSU

T0 - внутренний опорный сигнал хронирования сетевого элемента,
T1 - сигнал хронирования, извлеченный   из агрегатного сигнала  STM-N,
T2  - сигнал хронирования, извлеченный из сигнала 2 Мбит/с,
T3  - сигнал хронирования, извлеченный из сигнала  синхронизации 2 MГц,
T4 - внешний выход хронирования.
        Примечание 1. Если  SSU интегрирован  в сетевой элемент SDH, то необходимо обеспечить  и выход Т0.
        Примечание 2. Возможна принудительная установка  SSU в несинхронизированный режим. В случае отказа или деградации всех опорных входов  синхронизации, SSU использует внутренний источник хронирования

Рис. 5.2. Функциональная схема внутреннего генератора оборудования
синхронной цифровой иерархии  (SDH Equipment Clock SEC)

T0 - внутренний опорный сигнал хронирования сетевого элемента,
T1 - сигнал хронирования, извлеченный   из агрегатного сигнала  STM-N,
T2  - сигнал хронирования, извлеченный из сигнала 2 Мбит/с,
T3  - сигнал хронирования, извлеченный из сигнала  синхронизации 2 MГц,
T4 - внешний выход хронирования.
        Примечание 1.  Это функциональный набор источника хронирования синхронного оборудования (Synchronous equipment timing sourse  - SETS), как определено в ITU-T Rec. G.783.
        Примечание 2. Возможна принудительная установка SEC в несинхронизированное условие

  В синхронном режиме все генераторы в сети синхронизируются единственным PRC. Изменения значений указателей TU/AU могут происходить только случайно. В этом режиме проскальзываний нет. Это - нормальный режим работы в пределах сети отдельного оператора.

В псевдосинхронном (почти синхронном) режиме не все генераторы в сети синхронизируются единственным PRC. Однако, каждый из PRC будет подчиняться требованиям, указанным выше, и поэтому изменение значений указателей будет произведено в элементах сети на границе между оборудованием, синхронизируемым различными PRC. В таком режиме регламентируется низкий уровень проскальзываний (одно проскальзывание в 70 дней). Это - нормальный режим работы сети, обслуживаемой разными операторами.

Если в плезиохронном режиме трейлы синхронизации рабочий и защитный к одному или большему количеству генераторов в сети будут повреждены, то генератор войдет в режим удержания или несинхронизированный режим. Если синхронизация потеряна к элементу сети SDH, выполняющему асинхронное отображение (mapping), то смещение и дрейф частоты генератора может быть причиной изменений значений указателей. В этом случае допускается средний уровень проскальзываний ( не более одного проскальзывания в течение 17 часов).

Асинхронный режим соответствует ситуации, при которой происходят большие смещения частоты. Если точность частоты генератора меньше, чем требуемая точность частоты SEC, то нарушается нормальный режим работы сети и (при точности генератора ±20 ppm) посылается сигнал индикации аварийного состояния ( Alarm Indication Signal - AIS).

Распределение синхронизации может быть внутриузловое (в пределах узлов, содержащих SSU) и межузловое. Распределение внутриузловое соответствует логической топологии звезды (рис. 5.3). Все генераторы более низкого уровня в пределах границы узла получают хронирование от генератора самого высокого иерархического уровня в узле. Исключение может быть сделано для генератора элемента сети, который несет трейл синхронизации к SSU. Это сделано для того, чтобы предотвратить чрезмерное каскадирование SSU. Только генератор самого высокого иерархического уровня в узле может восстановить хронирование по линии синхронизации от других узлов. Хронирование распределяется от элементов сети в пределах границы узла к элементам сети вне границы через среду передачи SDH.

Распределение межузловое соответствует древовидной топологии. Иерархические отношения между генераторами показаны на рис. 5.4. Такая архитектура, в которой генераторы более низкого иерархического уровня принимают хронирование от генераторов того же самого или высшего иерархического уровня, позволяет предотвратить петлю по синхронизации, а это необходимо для правильной работы сети синхронизации.

 Рис.5.3. Архитектура сети синхронизации внутриузлового распределения
(дистрибуции)
Примечание. а) обеспечивается только хронирование

Рис.5.4. Архитектура сети синхронизации межузлового распределения

 Информация об опорной фазе передается между узлами синхронизации посредством трейла синхронизации. При повреждении трейла генератор узла должен выбирать другой эталон от предлагаемого набора эталонов. Когда нет возможности выбора, генератор узла должен входить в режим удержания.

Опорная цепь сети синхронизации (Synchronization network reference chain) показана на рис. 5.5 . Хронирование распределяется через

синхронизацию главный-подчиненный от PRC на все генераторы в цепи. Самая длинная цепь не превышает KхSSU и содержит между соседними SSU NхSEC.

Вообще, качество хронирования ухудшается с увеличением числа синхронизированных генераторов и , следовательно, для практического проекта сети синхронизации число каскадно включенных элементов сети должно быть минимизировано. Для самой длинной опорной цепи синхронизации

K = 10, N = 20 ,

при этом общее число SEC не больше 60.

Величина N ограничена качеством хронирования, требуемого последним элементом сети. Величины K и N были получены из теоретических расчетов.

В случае отказа синхронизации все элементы сети будут искать восстановление хронирования от самого высокого уровня иерархии синхронизации. Это гарантирует то, что SEC редко вступает в режим удержания или несинхронизированный режим.

Если первый элемент сети от PRC теряет трейл синхронизации от PRC, то в сети синхронизации должна быть выполнена реконфигурация таким образом, чтобы этот элемент получил хронирование от SSU (рис.5.6).

Статус синхронизации передается в заголовке мультиплексной секции. Для примера рассмотрим синхронизацию кольцевой сети SDH. Как указывалось выше, основным требованием при формировании сети синхронизации является наличие основных и резервных путей распространения сигнала синхронизации. В обоих случаях должны выдерживаться топология иерархического дерева и отсутствовать замкнутые петли синхронизации. Также должны иметься в наличии

альтернативные хронирующие источники (проранжированые в соответствии с их приоритетом и статусом).

В кольцевой топологии каждый узел имеет два пути для связи с любым другим узлом (в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки). С учетом такой возможности определены различные механизмы защиты, которые обеспечивают восстановление трафика после отказа линии или узла. Восстановление выполняется автоматически без необходимости взаимодейсгвия с внешней системой управления сетью.

Рис. 5.5. Опорная  цепь  сети синхронизации.
Примечание. Slave -подчиненный генератор

Рис. 5.6. Пример переконфигурации в сети синхронизации

 На рис. 5.7 представлена схема синхронизации кольцевой сети при ее нормальном функционировании. Узел А является главным, и на него подается сигнал синхронизации от внешнего PRC. От этого узла основная синхронизация распределяется к узлам B, C и D. Синхронизация по резервной ветви распределяется к этим узлам в другой последовательности D, C и B. Распределение хронирующих источников по узлам сведено в табл. 5.1. При разрыве кабеля, например, между узлами B и C, узел С, не получая сигнала синхронизации от узла В, переходит в режим удержания и посылает узлу D сообщение о статусе синхронизации. Получив его, он выбирает синхронизацию от узла А.

Таблица 5.1

Распределение источников синхронизации кольцевой сети

 Рис. 5.7. Схема синхронизации кольцевой сети
Примечание. Узел  А - ведущий (мастер-узел). Основная  синхронизация - источник первого приоритета (1). Синхронизация по резервной цепи - источник второго приоритета (2)

 Характеристики сигналов хронирования

Сигнал хронирования - это периодический сигнал. Математически может быть представлен следующим образом:

s(t) = A ґ sin Ф(t),

где A - амплитуда , Ф(t) - общая мгновенная фаза.

Математическая модель общей мгновенной фазы идеального сигнала хронирования может иметь вид

Ф_ид(t) = 2 × p × f_ном × t.

Модель общей мгновенной фазы фактического или действительного сигнала хронирования имеет более сложный вид

Ф(t) = Ф₀ + 2 × p × f_ном × (1 + y₀) × t + p × D × f_ном × t² + j(t),

где Ф0 - первоначальное смещение фазы, у0 - относительное смещение частоты от ее номинального значения, D - скорость линейного относительного дрейфа частоты (учитывает эффекты старения),

j(t) - случайная компонента отклонения фазы.

Функция времени (time function) сигнала хронирования определяется следующим образом 

,

где  f_ном - номинальная частота генератора.

Функция ошибки времени (time error function) сигнала хронирования определяется как разность между функциями времени генератора сигнала хронирования и эталонного (reference) генератора

x(t) = T(t) - Tref (t).

Функция ошибки времени на интервале (time interval error function TIE) равна

TIE(t, t)= x(t + t) - x(t)

Максимальная ошибка времени на интервале (maximum time interval error MTIE) определяется на интервале времени   t = n × t₀  как максимум от пика до пика изменения времени задержки данного сигнала хронирования относительно идеального сигнала хронирования по следующей формуле:

M TIE( n × t₀) = max_k(max_i(x_i) - min_i(x_i)),

где 1 Ј k Ј N - n, k Ј i Ј k + n, n = 1, 2,... , N - 1.

Максимальная относительная ошибка времени на интервале (maximum relative time interval error - MRTIE) определяется на интервале времени как максимум от пика до пика изменения времени задержки выходного сигнала хронирования относительно входного сигнала хронирования. Асимптоты зависимостей MTIE и MRTIE от длительностей периодов наблюдений - это долговременные уходы частот генераторов .

В качестве характеристик сигналов хронирования используются и другие характеристики, например, такие как среднеквадратическое значение и дисперсия функции ошибки времени.

Ниже по данным материалов Европейского института телекоммуникационных стандартов и Рекомендаций МСЭ-Т приведены характеристики первичного эталонного генератора (PRC), генераторов транзитных и локальных узлов (SSU) и генератора оборудования SDH (SEC).

Первичный эталонный генератор (PRC)

Таблица 5.2

Характеристики первичного эталонного генератора

Примечание. 1000 Ј X  Ј 3000 .

Для выходных сигналов хронирования первичного эталонного генератора основным интерфейсом является интерфейс 2048 кГц

(Рек. G.703.10), но могут быть использованы и другие физические интерфейсы , например, такие как 1544 кбит/с, 1 МГц, 5 МГц или

10 МГц.

Генераторы транзитных и локальных узлов

Генераторы транзитных и локальных узлов реализуются в функциональном отношении как блоки синхронизации (SSU). Они функционируют идеально, если в сигнале хронирования от PRC или от SSU более высокого уровня иерархии, поступающем на его вход, нет никаких ухудшений. Далее возможно функционирование в условиях активизации переключения трейла синхронизации на защитный в присутствии джиттера во входном сигнале и т.д. Такое функционирование называется стрессовым. Для SSU допустимо и автономное функционирование, называемое удержанием.

При идеальном функциониовании характеристики SSU одинаковы для транзитного и локального узлов. Для периодов наблюдения от 0,05 с до 100 с параметры SSU изучаются. Для периодов наблюдений более 100 с характеристики SSU приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Характеристики SSU

 При функционировании в режиме удержания величина MRTIE в наносекундах для подчиненных генераторов аппроксимируется формулой

MRTIE (S) = (a × S + 0,5 × b × S² + C),

где S > 100 c.

Таблица 5.4

Значения a, b, c

 Генераторы оборудования синхронной цифровой иерархии (SEC)

Оборудование синхронной цифровой иерархии содержит подчиненные генераторы (SEC), синхронизируемые первичным эталонным генератором. При повреждениях трейлов синхронизации генераторы переходят в режим удержания, далее следует режим свободных колебаний или несинхронизированный режим. SEC - это часть оборудования SDH, функции которого определены в Рек.G.783 как функции источника хронирования синхронного оборудования (Synchronous Equipment Timing Source - SETS). Характеристики этих генераторов выбираются таким образом, чтобы были выполнены требования в отношении джиттера в сети SDH для компонентных плезиохронных потоков. В Рек. G.813 приводятся два варианта SEC. Первый вариант SEC применяется в сети SDH, оптимизируемой для плезиохронных цифровых потоков европейской иерархии ( именно для таких генераторов приведена схема опорной или эталонной цепи сети синхронизации на рис. 5.5.). Второй вариант SEC применяется в сети SDH, оптимизируемой для плезиохронных цифровых потоков 1544, 6312 и 44736 кбит/с.

В несинхронизированном режиме точность выходной частоты первого варианта SEC не должна быть больше, чем 4.6 ppm по отношению к частоте PRC. Это требование должно выполняться в течение определенного интервала времени, длительность которого изучается, это может быть один месяц или один год. В несинхронизированном режиме точность выходной частоты второго варианта SEC не должна быть больше чем 20 ppm. Однако, не гарантируется выполнение требований к характеристикам полезной нагрузки в сети SDH при относительном отклонении частоты более 4.6 ppm. Но при минимальной точности частоты в сети должны поддерживаться функции оперативного управления ( Operations, Administration and Maintenance - OAM).

Далее приведены некоторые характеристики различных вариантов генераторов оборудования SDH. Помехи генерации - вандер, джиттер характеризуют выходной сигнал хронирования в условиях, когда входной сигнал - это идеальный эталонный сигнал хронирования или генератор находится в режиме удержания. В табл. 5.5 и 5.6 приведены предельно допустимые значения максимальной ошибки времени на интервале для двух вариантов генераторов в режиме синхронизации при постоянной температуре.

Таблица 5.5

Генерация вандера, выраженного в МTIE,
для первого варианта генераторов

Таблица 5.6

Генерация вандера, выраженного МTIE,
для второго варианта генераторов

Основные характеристики сигналов хронирования не зависят от скорости в выходном интерфейсе. Но в отношении генерации джиттера необходимо указывать скорости сигналов в интерфейсах сигналов, поскольку требования к допустимым значениям джиттера различны для разных скоростей. В табл. 5.7 и 5.8 приведены допустимые значения свойственного джиттера в выходных интерфейсах хронирования, измеренные в течение времени, равного 60 с, в отсутствие входного джиттера.

Таблица 5.7

Генерация джиттера для первого варианта генераторов

Таблица 5.8

Генерация джиттера для второго варианта генераторов

Допуски на помехи в интерфейсах хронирования определяют пределы сети. Предел сети определяется самым большим накоплением вандера и джиттера в сети дистрибуции или распределения сигналов хронирования. При этом на входе любого элемента в сети синхронизации джиттер и вандер не должны превышать значения, опредеделенные как предел сети.

Библиотека

---

ДонНТУ>Портал магистров ДонНТУ

© ДонНТУ 2008, Александра Аллилуйкина

---