Распределение тактового синхронизма

 

Распределение тактового синхронизма в цифровой сети осуществляется в пределах базовой сети синхронизации. При этом должны выполняться требования эталонной цепи синхронизации согласно Рекомендации G.803 МСЭ-Т (см. рис. 5.33). Базовая сеть тактовой синхронизации состоит из нескольких зон синхронизации. В каждой зоне имеется ПЭГ, который поддерживает режим централизованной синхрониза­ции, а все остальные генераторы зоны (ВЗГ и ГСЭ) подстраивают свои такты под его такты. При этом ВЗГ снижают величину фазовых дрожаний. Коэффициент пе­редачи тактовой частоты через ВЗГ оценивается как отрицательный

 

т.е. амплитуда фазовых дрожаний на выходе ВЗГ меньше амплитуды фазовых дро­жаний на входе. Это обеспечивается генератором с управляемой частотой и цепью управления напряжением (ГУН). Кроме того, в ВЗГ может быть задействована бу­ферная память ресинхронизации (ретайминга), где запись битов со случайной фа­зой сопровождается считыванием этих битов без фазовых дрожаний со стабильно­стью ПЭГ или ВЗГ. При этом полностью исключить влияние фазовых дрожаний (джиттера и вандера) невозможно, что накладывает ограничение на число последо­вательно включенных ГСЭ и ВЗГ.

На территории России базовую сеть синхронизации образует транспортная сеть ОАО Ростелеком. Базовая сеть представлена различными регионами (зона­ми) синхронизации: Дальневосточный (Хабаровский), Сибирский (Новосибир­ский), Центральный (Московский), Южный (Ростовский), Северо-западный (Санкт-Петербургский). Кроме того аналогичные функции может выполнять транспортная оптическая сеть компании «Транстелеком», в которой имеется че­тыре зоны синхронизации.

Внутри зоны синхронизации доставка сигналов от ПЭГ по основным и резерв­ным линиям ко всей аппаратуре систем передачи, транспортных сетей и коммута­торам осуществляется средствами техники PDH, SDH, WDM и отдельными физи­ческими линиями.

Синхронизация, передаваемая в системах PDH, — это сигнал 2048 кбит/с с так­товой частотой, соответствующей по стабильности частоте ПЭГ. По системам PDH сигнал 2048 кбит/с, несущий синхроинформацию, может передаваться в оба на­правления. При этом в цикле Е1 канальный нулевой интервал (КИО) может перено­сить сообщение о статусе синхросигнала четырьмя битами (5, 6, 7, 8) аналогично сообщению в байте S1 заголовка MSOH цикла STM-N.

В системах связи SDH передача синхросигналов с помощью компонентных сигналов на скорости 2048 кбит/с запрещена из-за возможных значительных скач­ков фазы этих сигналов при согласовании указателей в транспортных блоках. Но­сителем синхроинформации в системах SDH является непосредственно линейный сигнал STM-N (N = 1, 4, 16, 64, 256), в системах ОТН — сигнал OTUk.

При распределении тактового синхронизма внутри регионов используется принцип принудительной иерархической синхронизации (ведущий-ведомый) от ПЭГ к генераторам сетевых элементов аппаратуры SDH, АМТС и т.д. Базовая сеть ТСС обеспечивается резервированием синхросигналов, которое создается как резервными генераторами и взаимным резервированием регионов, так и мар­шрутами доставки синхросигналов.

Иерархия генераторов внутри зоны синхронизации имеет три уровня. Эти уров­ни различаются значимостью. Первый или высший уровень иерархии синхрониза­ции создается ПЭГ. В случае, если высокий уровень невозможно реализовать или он неработоспособен, рассматривается первый уровень — уровень иерархии с пер­вичным эталонным источником (ПЭИ), который не является частью этой зоны син­хронизации. Последний представляет собой источник соседней зоны синхрониза­ции или связку «GPS-рубидиевый эталон». Второй уровень иерархии создают ВЗГ, которые могут иметь статус транзитного или оконечного. ВЗГ устанавливаются как отдельные устройства с альтернативными входами от ПЭГ и ПЭИ, так и совмещае­мыми устройствами с АМТС, электронной АТС. Третий уровень иерархии синхро­низации образуют генераторы сетевых элементов ГСЭ, например, мультиплексоры SDH с источниками тактов — SETS (SDH Equipment Timing Source). Примеры схем синхронизации сетевых элементов представлены на рис. 5.34.

Для подключения различных операторов цифровых сетей к базовой сети син­хронизации предложено рассматривать четыре класса присоединения (рис. 5.35) [51]:

- класс 1 — сеть оператора получает сигнал синхронизации через пассивные соединительные линии от ПЭГ базовой сети ТСС;

- класс 2 — сеть оператора получает сигнал синхронизации от ВЗГ;

- классы 3 и 4 — сеть оператора получает сигнал синхронизации от ГСЭ.

Внутри каждого региона сеть принудительной синхронизации должна стро­иться по иерархическому принципу в виде древовидной схемы (радиально-узло- вой), исключающей возможность образования петель синхронизации в любой си­туации. В качестве ведомых генераторов на АМТС, АТС и т.д. могут использо­ваться блоки, встроенные в аппаратуру коммутации. Через эти блоки происходит синхронизация другого оборудования узла, например, гибких мультиплексоров PDH.

 

 

ГСЭ и ВЗГ имеют несколько входов для внешних синхросигналов. Синхросигна­лы могут вырабатываться различными генераторами или одним генератором, но с различными маршрутами передачи. Синхросигналы от различных генераторов могут иметь одинаковое или различное качество по стабильности тактов. При вводе син­хросигналов с одинаковым качеством в ВЗГ или ГСЭ применяется система приори­тетов по использованию входов синхронизации. Уровень приоритета определяется его номером. Чем меньше номер, тем выше приоритет. Число приоритетов может быть от 0 до 254. Приоритет отмечается в таблице, размещаемой в памяти контролле­ра ВЗГ или ГСЭ.

Первый приоритет обычно устанавливается для входа сигнала синхронизации от ПЭГ, поступающего по самому короткому и качественному маршруту, где по пути следования синхросигнала установлено как можно меньше транзитных ВЗГ и ГСЭ.

Второй приоритет устанавливается для входа синхросигнала, поступающего от ПЭГ по другому маршруту (альтернативному и может быть не самому лучшему). Это может быть вход синхросигнала от другой зоны синхронизации или от другой базовой сети.

ВЗГ и ГСЭ могут принимать синхросигналы по входам с приоритетами 3 и 4 и т.д. Последним приоритетом в любом оборудовании синхронизации обозначается вход сигнала собственного генератора, работающего в режиме запоминания часто­ты внешнего синхросигнала (holdover) и собственных свободных колебаний (free run). Приоритетом можно запретить использование входа синхронизации.

Система приоритетов и показателей качества направлена на повышение надеж­ности сетей ТСС. Примеры использования системы приоритетов и показателей ка­чества Q (см. табл. 3.8) приведены на схемах распределения тактового синхронизма линейной и кольцевых транспортных сетей на рис. 5.36 и 5.37. Приоритет может обозначаться цифровым (рис. 5.36 обозначено 1, 2, 3) или буквенно-цифровым ин­дексом (рис. 5.37 обозначено PI, Р2, РЗ, Р4) у входов синхронизации внутри обо­значения сетевого элемента. Такие обозначения часто используется в технических документах поставщиков сетевого оборудования.

Обозначение показателя качества Q наносится в схеме у линии входа синхро­сигнала. Исключение делается для обозначения показателя качества собственного генератора сетевого элемента или ВЗГ.

 

 

На рис. 5.36 и 5.37 стрелками показаны пути распространения сообщения о ка­честве синхросигнала. В сети SDH это сообщение содержится в байте S1 заголовка MSOH (см. табл. 3.8). Все ГСЭ в нормальном режиме включены в цепь синхрониза­ции от ПЭГ. Однако каждый ГСЭ содержит внутренний осциллятор (кварцевый ис­точник), который используется при отсутствии высокостабильных внешних источ­ников (см. рис. 5.34, д).

На рис. 5.37 разрыв замкнутой цепи синхронизации обеспечен в узле Б, где вхо­дящий сигнал STM-N со стороны узла А несет информацию Q6, т.е. запрет на ис­пользование линейного сигнала для синхронизации узла. Кроме того, этому входу синхронизма присвоен последний приоритет использования (Р4) после собственно­го задающего генератора ГСЭ (РЗ).

Ведущим генератором в кольцевой сети в нормальном режиме является ПЭГ узла Б. В других ситуациях, т.е. при нарушении цепи синхронизации или снижении ка­чества синхросигнала, вводятся в действие другие источники тактов и схемы рас­пределения.

5.3.5. Принципы и методы восстановления сети тактовой синхронизации

Одним из главных требований при организации ТСС является наличие альтерна­тивных источников синхронизма для каждого сетевого элемента. Для выбора ис­точника синхросигнала необходим определенный алгоритм, который должен учи­тывать структуру ТСС и весь характер распределения сигналов. Для формирования такого алгоритма должен соблюдаться ряд принципов:

- при восстановлении синхронизации сети необходимо избегать формирования замкнутых петель, иными словами, ни один из хронирующих источников не

должен синхронизироваться своим собственным сигналом (такие петли неста­бильны и приводят к уходу частоты тактового генератора от номинального значения);

- если тактовый генератор работает в режиме удержания, он не должен служить эталоном для хронирующего источника более высокого уровня качества;

- каждый сетевой элемент должен синхронизироваться от хронирующего ис­точника более высокого уровня качества, чем уровень ГСЭ;

- число источников должно быть небольшим (ограниченным).

Известно несколько методов восстановления нарушенного тактового синхро­низма:

- ручное переключение источников синхронизма;

- использование системы управления сетью;

- истользование таблиц приоритетов;

- наличие сообщений о статусе синхросигнала.

Ручное переключение источников синхронизма применяется только в узлах, которые имеют собственные высокостабильные тактовые генераторы (не ниже ка­чества Q2). Такое переключение очень длительно, так как требует согласования для принятия решения. Достоинство метода состоит в том, что оператор легко разбира­ется с общей топологией сети и принимает решение без использования сложного и дорогостоящего программного обеспечения. Недостаток — необходимость уста­новления связи с экспертами сети, длительный временной интервал принятия ре­шения.

Восстановление синхронизма при помощи системы управления представля­ет собой программу сетевого менеджера. Этот путь автоматизированного решения проблемы исключает человека-оператора из цепи принятия решения, что ускоряет процесс переключения (сокращение с часов до минут). Недостаток метода состоит в высоких затратах на решение целого ряда технических и организационных задач по разработке алгоритмов управления. Метод применим в сетях с распределенными ПЭГ, в которых несколько хронирующих источников располагаются в различных сетевых узлах, и любой из них может взять на себя функции основного.

Методы восстановления синхронизма на основе таблиц приоритетов и сооб­щений о качестве синхронизма отличаются от выше рассмотренных высоким быст­родействием. При использовании этих методов переключения синхросигналов про­исходят за время менее одной секунды. Быстрое переключение предполагает, что у ГСЭ с невысокой стабильностью (около КГ⁶) в режиме удержания уход фазы не пре­высит одной мкс.

Идея метода таблиц приоритетов рассмотрена выше. В синхронизируемом сете­вом элементе сигнал с наивысшим приоритетом выбирается в качестве основного. При этом остальные находятся в ожидании. Переключение происходит после ис­чезновения основного сигнала синхронизации из-за пропадания сигнала на линей­ном (агрегатном) интерфейсе, потери цикла передачи, при сигнале аварийного со­стояния или других отказах сети. Переключение на резервный синхросигнал воз­можно и в случае ухода фазы или частоты опорного сигнала. Переключение может быть реализовано с возвратом или без него (с ручным обратным восстановлением источника синхронизма).

Достоинство метода приоритетных таблиц состоит в его относительной просто­те и высокой скорости переключения. Кроме того, принятие решения о переключе­нии на резерв принимается только в одном узле на основе собранной информации о качестве синхронизма. При этом нет необходимости задействовать систему управ­ления сетью. К недостаткам метода следует отнести недостаточную гибкость в под­держке различных сетевых топологий (кольцевые, сложные линейные и ячеистые) с большим числом промежуточных ГСЭ.

Места применения метода приоритетных таблиц: коммутаторы, кроссовые узлы на пересечении ячеистых сетей, в PDH-сетях, работающих внутри SDH-сетей.

Идея метода показателей качества рассмотрена выше. Преимущество этого метода по сравнению с методом приоритетных таблиц заключается в том, что он может применяться в сетях с любой топологией. Метод, основанный на сообще­ниях о качестве синхронизации, может рассматриваться как дополнение к преды­дущему, поскольку обеспечивает в каждом узле сети дополнительную информа­цию, которая поступает в форме сообщений в заголовках сигналов STM-N или Е1. Эти сообщения позволяют по-разному реагировать в сетевых элементах на различные ситуации. При этом не требуется использование системы управления. Таким образом, метод приоритетных таблиц и метод сообщений о качестве явля­ются мощными средствами для автоматического восстановления синхронизации в сети связи. Они позволяют предотвратить создание замкнутых петель синхрони­зации и нарушение иерархии уровней качества хронирующих источников. Эти методы применяются, как правило, совместно. Примеры их применения демонст­рируются на рис. 5.38, 5.39.

Аудит сети синхронизации

 

Аудит или тестирование сети синхронизации проводится с целью проверки:

- правильности составления проектной схемы синхронизации транспортной се­ти;

- соответствия проектной схемы синхронизации, реализованной на объектах транспортной сети;

- соответствия параметров сигналов от источников синхронизации оборудова­ния и всей системы синхронизации транспортной сети установленным нор­мам;

- работы сети синхронизации в нормальных и аварийных условиях при пере­ключениях на резервные направления и/или источники синхронизации.

Проверки необходимы потому, что разработка схем синхронизации является сложной, неформализованной и многопараметрической задачей по ряду причин:

- на схеме синхронизации должны быть определены основные и резервные ис­точники синхронизации, направления передачи синхросигналов, установки приоритетов и уровней качества (Q1...Q6) для тактовых генераторов сетевых элементов, блоков синхронизации коммутаторов, вторичных задающих гене­раторов;

-для обеспечения требуемых показателей живучести (надежности) сети син­хронизации схемы должны иметь сложную топологию и логическую структу­ру-

Эти факторы приводят к необходимости проверки разработанной схемы син­хронизации перед вводом цифровой транспортной сети в действие. При этом необ­ходимо:

- выявить возможные петли синхронизации и параметры синхросигналов, не соответствующие установленным нормам (величины джиттера, вандера);

- устранить ошибки, допущенные при проектировании, изменить в проектной схеме синхронизации ее основную и/или резервную топологию;

- провести повторные измерения по разработанной программе в необходимом объеме.

На практике процесс аудита и корректировка схем синхронизации носят итера­тивный характер и длятся до получения положительных результатов измерений.