Проблемы тактовой синхронизации цифровых местных телефонных сетей

Источник: http://www.chipinfo.ru/literature/radio/199911/p71_72.html

Журнал "Радио", номер 11, 1999г.
Автор: Г. Морозов, г. Санкт-Петербург

    На телефонных сетях России с семидесятых годов началось внедрение цифровых систем передачи, а с восьмидесятых - и цифровых АТС. Первые цифровые сети были невелики по емкости, эксплуатировались наряду с аналоговыми АТС, что позволяло использовать простые решения вопросов тактовой сетевой синхронизации. На этом этапе применялись даже такие типы АТС, как МТ-20, которые не могли работать в синхронных сетях.

    В девяностые годы уже наблюдался бурный рост местных и междугородных цифровых сетей. А в последнее время на сетях России введены в эксплуатацию и строятся цифровые междугородные и зоновые линии значительной протяженности и большой пропускной способности, спроектированные в основном на базе синхронной цифровой иерархии (СЦИ); цифровые междугородные, городские и сельские АТС; системы передачи синхронной цифровой иерархии на местных сетях, образующие сложные структуры кольцевых систем передачи. Все это привело к качественному изменению цифровых сетей.

    Здесь необходимо подчеркнуть, что развитие цифровых сетей носило, к сожалению, случайный характер. Независимые операторы закупали и вводили в эксплуатацию цифровое оборудование связи без взаимной увязки технических решений по синхронизации и, что самое главное, без общей концепции построения тактовой сетевой синхронизации. В результате и сейчас еще большое количество разнообразного оборудования связи препятствует оптимальному построению систем тактовой сетевой синхронизации.

    Решение этих вопросов осложняется также тем, что действующий Руководящий технический материал - РТМ [1] по построению тактовой сетевой синхронизации во многом оказался непригоден из-за недостатков в организации работ по сертификации цифровых АТС в части синхронизации. Дело в том, что упомянутый РТМ основан на Общих технических требованиях - ОТТ [2] к цифровым АТС. В настоящее же время ни одна фирма-поставщик не выполнила эти требования. К тому же они просто устарели, поскольку в них не отражено применение синхронных оптических систем передачи на местных сетях.

    Подробно вопрос о том, в чем заключаются задачи синхронизации, уже рассматривался на страницах нашего журнала в статьях Э. Кордонского (1997 г., # 1, с. 62-64 и # 2, с. 60-62). Напомним лишь, что применение синхронизации в цифровых системах обусловлено самим принципом построения этих систем. В них, в отличие от аналоговых, в которых для передачи различных сигналов организуются каналы с соответствующей полосой пропускания, используется временное разделение каналов. При этом для выделения требуемого канала на приемной стороне необходимы сигналы цифровой синхронизации, поэтому в состав любой цифровой АТС входит тактовый генератор. Но при установлении соединения между двумя такими АТС может возникать расхождение их тактовых частот, которое приводит к возникновению проскальзываний. Проскальзыванием в синхронной или плезиохронной последовательности двоичных символов называется повторение или исключение группы символов в результате различия скоростей считывания и записи в буферной памяти. Проскальзывание ведет к частичной потере информации, что, в свою очередь, вызывает потерю цикловой синхронизации.

    Примечание. Здесь пр/сут и пр/ч - соответственно число проскальзываний в сутки и в час.

    Качество синхронизации оценивается количеством проскальзываний в единицу времени, причем их влияние на различные виды услуг зависит от структуры передаваемых и коммутируемых сигналов. В речевых сообщениях они проявляются в виде щелчков разной амплитуды, в факсимильных сообщениях - в искажении или потере строк при приеме, во время передачи данных через модемы - создают пакеты ошибок длительностью до 1,5 с. При высокой частоте проскальзываний из-за повторений передачи искаженных данных существенно снижается пропускная способность. Появление проскальзывания в момент видеотелефонной связи приводит к пропаданию изображения и необходимости повторного установления соединения, а при передаче шифрованных данных - к потере ключа. В результате нарушается связь, необходимо затрачивать время на распознавание ошибки, передачу ключа и установление нового соединения.

    Проскальзывания влияют и на потери при установлении соединений, на производительность каналов ОКС #7, на достоверность передачи тарифной информации и т.д.

    Основная задача тактовой сетевой синхронизации - обеспечение равенства частот генераторов с заданной погрешностью с целью устранения проскальзываний или уменьшения их количества до допустимой величины.

    Чтобы четко представить себе требования к синхронизации цифровых сетей, объясним некоторые понятия, используемые в статье.

    Цепь синхронизации - это совокупность оборудования связи, обеспечивающего передачу сигналов тактовой синхронизации к конкретной станции сети. Она состоит из задающего генератора, линий связи, ведомых задающих генераторов и блоков синхронизации коммутационного оборудования. Цепь каждой АТС начинается от задающего генератора (типовое решение предусматривает использование для этих целей регионального первичного эталонного генератора - ПЭГ), проходит через магистральные линии связи, ведомые задающие генераторы (ВЗГ), затем - через блоки синхронизации узлов (может проходить и через блок синхронизации АМТС) и заканчивается таким же блоком данной АТС.

    Цепи синхронизации для различного цифрового оборудования связи могут иметь разную структуру и разное количество элементов. Имеющаяся информация используется для расчетов и определения требований по полосе захвата и удержания синхронизации для каждого конкретного образца оборудования связи (АМТС, ОПТС, АТС, ПС, базовых станций сотовой сети и т.п.) и отражает реальные маршруты соединений, в общем случае не совпадая с цепями синхронизации. Соединения разделяются на шесть типов: междугородное в пределах страны; междугородное как часть международного; меcтное в пределах местной сети; меcтное как часть междугородного; меcтное как часть международного; местное как часть зонового соединения.

    Требования к цифровой сети по частости проскальзываний [3] сформулированы в рекомендации МСЭ-Т G.822 и в РТМ для эталонного соединения, установленного через международный участок, два национальных (междугородных) и два местных участка. Основные требования приведены в таблице. При этом следует помнить, что для оценки их выполнения необходимо проанализировать информацию о работе сети (не менее чем за год).

    При отсутствии аварий полоса захвата и удержания синхронизации каждой цифровой АТС должна быть достаточной для поддержания синхронной работы в случае любых изменений: частоты ведущего генератора, параметров систем передачи, частоты синхронизируемого генератора. Иногда нужно учитывать и изменение частоты в результате воздействия повышенного уровня радиации.

    На устранение одиночной неисправности, возникающей в цепях синхронизации, разрешается вести ремонт не более чем на одном плезиохронном участке (плезиохронном - почти синхронном, в данном случае участке, где произошел сбой синхронизации).

    Иными словами, если прервалась цепь синхронизации, идущая к одной АТС, то все зависимые от нее станции не должны переходить в плезиохронный режим, т.е. погрешность запоминания частоты и суточный дрейф частоты этой станции в течение ремонта не должны вызывать нарушения в их работе.

    В цепях соединений, в зависимости от маршрутизации, даже при одиночной неисправности может появиться несколько плезиохронных участков. Поэтому решение вопросов синхронизации на местных сетях жестко связано с решениями по структуре сетей.

    В настоящее время перед операторами связи стоят две задачи: обеспечить выполнение норм по качеству синхронизации для существующих цифровых сетей; разрабатывая проектную документацию для этапов развития цифровой сети, следить за выполнением этих норм. Для этого необходимы анализ тактовой синхронизации сети и подготовка рекомендаций по устранению имеющихся недостатков. Эту работу по заказам операторов выполняет Ленинградский отраслевой НИИ связи (ЛОНИИС). Институт разработал и поставляет дополнительное оборудование: блоки синхронизации для АТС типа МТ-20; разветвители сигналов синхронизации; адаптеры синхронизации (для подавления блужданий, возникающих в линиях связи, выполнения функции ресинхронизации и преобразования интерфейсов).

    Расчет синхронизации местных цифровых сетей проводится в несколько этапов. Начинается он с составления модели для расчета и выбора или анализа параметров генератора АМТС, от которых во многом зависят требования к параметрам генераторов блоков синхронизации местных АТС. При выборе типа блока синхронизации определяется минимально допустимое значение полосы захвата синхронизации генератора с учетом его старения, а также изменений его частоты, определяемых изменениями температурного режима в автозале станции, влияний систем передачи. Проводится определение допускаемых для данной АМТС погрешности запоминания частоты и суточного ухода частоты за время ремонта на основе величины допустимых проскальзываний с их учетом в цепях соединений из-за отличий в частотах региональных эталонных генераторов. По результатам анализа работы блока синхронизации АМТС решается вопрос об источнике синхронизации местной сети (синхронизировать местную сеть от АМТС или непосредственно от магистральной сети, или местного задающего генератора, или от другого источника). Производится структурный анализ цепей синхронизации местной сети, и оптимизируется в этом плане структура местной сети. Обязательно просчитываются резервные пути передачи сигналов синхронизации, после чего следует проверка достаточности полосы захвата каждого конкретного типа АТС первого уровня синхронизации местной сети с учетом полученных данных о всех изменениях частоты в АМТС и в АТС.

    Если находящиеся в эксплуатации цифровые станции имеют недостаточную полосу захвата и удержания синхронизации, то на основе дополнительных расчетов разрабатываются рекомендации для операторов по устранению этого недостатка. Проверка выполнения норм по допустимой величине проскальзываний и определение требований к точности запоминания частоты выполняются на основе анализа цепей соединений.

    Типовые зависимости между допускаемыми значениями погрешности запоминания частоты (зап) и систематическими отклонениями частоты за сутки (сут) для варианта, в котором цепи соединений совпадают с цепями синхронизации на примере местного участка соединений в пределах местной сети, приведены на рисунке.

    "Зона перехода" учитывает разброс параметров, связанный с длительностью ремонта, накоплением дрожаний и блужданий в линиях связи и т.д. Если параметры блока синхронизации находятся в "зоне перехода", предлагается такой блок относить к более низкой категории качества.

Литература

1. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи Российской Федерации. Решение ГКЭС России 1.11.1995 г. # 133.

2. Общие технические требования к цифровым АТС с функциями ЦСИО (ISDN). Вторая редакция. Утверждена управлением электросвязи Госкомсвязи РФ 18.04.1998.

3. Рекомендация МСЭ-Т G.822 "Нормы на частость управляемых проскальзываний в международном цифровом соединении", 1993 г.