Сетевая синхронизация
Синхронизация это средство поддержания работы всего цифрового оборудования в сети связи на одной средней скорости. Для цифровой передачи информация преобразуется в дискретные импульсы. При передаче этих импульсов через линии и узлы связи цифровой сети все ее компоненты должны синхронизироваться.
Синхронизация должна существовать на трех уровнях: битовая синхронизация, синхронизация на уровне канальных интервалов (time slot) и кадровая синхронизация.
Битовая синхронизация заключается в том, что передающий и принимающий концы линии передачи работают на одной тактовой частоте, поэтому биты считываются правильно.
Синхронизация канального интервала (time slot) соединяет приемник и передатчик таким образом, чтобы канальные интервалы могли быть идентифицированы для извлечения данных. Целью тактовой сетевой синхронизации является согласованная работа первичного генератора и приемника с тем, чтобы принимающий узел мог правильно интерпретировать цифровой сигнал. Различие в синхронизации узлов, находящихся в одной сети, может привести к пропуску или к повторному считыванию принимающим узлом посланной на него информации. Это явление называется проскальзыванием.
Если цифровая сеть локальна с топологией "звезда", а на центральном её узле стабильный общий источник тактовой сетевой синхронизации Для её синхронизации необходимо, чтобы точность источников тактовой синхронизации отдельных сетей была одинаковой и достаточно высокой (1*10-11 до1*10-12), или чтобы для этой новой сети была построена специальная сеть распространения сигнала синхронизации с единым высокостабильным источником тактовой синхронизации. Если эти условия не соблюдаются, то происходит накапливание за определённое время разности фаз принимаемой цифровой последовательности и последовательности, генерируемой источником тактовой синхронизации данного (принимаемого) узла. В этот момент может произойти срыв синхронизации, вызванный пропаданием одного импульса (тактового интервала). Это явление называют «слипом» (slip), или «проскальзыванием». Цель сетевой синхронизации - получить минимально возможное число проскальзывании за выбранный интервал времени. Это равносильно установке наиболее точного источника синхросигнала или таймера на всех узлах сети. Система такого распределения основана обычно на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда базовых точек, где находится первичный эталонный генератортактовых импульсов (ПЭГ), или первичный таймер, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники (вторичный или ведомый эталонный генератор тактовых импульсов (ВЭГ) или вторичный таймер), реализуемый либо в виде таймера транзитного узла либо таймера локального (местного) узла.
Стандарты предусматривают 4 режима работы источников синхросигнала узлов синхронизации:
· Режим первичного эталонного таймера ПЭГ (главный узел) – независимая синхронизация.
· Режим принудительной синхронизации - режим ведомого задающего генератора ВЭГ (транзитный или местный узлы).
· Режим удержанияс точностью удержания 5*10-10 для транзитного узла и 1*10-8 для местного узла и суточным дрейфом 1*10-9 и 2*10-8соответственно.
· Свободный режим (для транзитного и местного узлов), точность поддержания которого зависит от класса источника и может составлять 1*10-8 для транзитного и 1*10-6 для местного узлов.
5.2.3. Варианты организации сетевой синхронизации
Асинхронная сеть - тактовые генераторы станции не зависят друг от друга и фактически скорость входящего цифрового потока может быть выше или ниже местного тактового генератора. В такой сети используют для четкой работы системы высокостабильные тактовые генераторы представляющие собой хронирующие автономные источники тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые генераторы) с точностью не хуже 10-11. Он калибруется вручную или автоматически по сигналам с датчиков мирового координированного времени UTC. Сигналы генератора (ПЭГ) затем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода узловой синхронизации.
Схема такого построения сети приводится на рис. 6..
Рис.6. Асинхронная сеть
· Синхронные сети с ведущими и ведомыми генераторами. В синхронных сетях с ведущими и ведомыми генераторами один из генераторов является ведущим, остальные синхронизируются с ним, используя цифровой поток ведущей станции.
· Синхронные синхронизирующиеся сети с усреднением тактовой частоты генераторов станций. Задача на такой сети - произвести взаимную синхронизацию. На каждой станции имеется свой тактовый генератор со своей скоростью цифрового потока. Общая структура схемы с усреднением тактовой частоты выглядит, как показано на рис. 8..
Рис. 7. Синхронная сеть с ведущим и ведомыми генераторами
Рис.8. Схема синхронных синхронизирующихся сетей с усреднением тактовой частоты генераторов станций
Входящие потоки такой сети подаются на анализатор (рис.10), который выбирает самый устойчивый поток, он делит его в 512 раз, получает частоту 4кГц и подает на ФД - фазовый детектор.
Рис. 9. Схема выделения синхросигнала на синхронных синхронизирующихся сетях с усреднением тактовой частоты
Далее сигнал попадает на цифро-аналоговый преобразователь и на генератор с усилителем, который доводит сигнал до опорной тактовой частоты системы (на примере DTS - fопор. =32МГц) и далее с помощью делителя частоты на два, получает все необходимые частоты, в том числе и fт=2048 кГц, на основе которой будет сформирован исходный поток на другие АТС. Т.к. такая же процедура выполняется на всех АТС, в результате, скорость обработки будет единая для всех АТС.
Общая концепция построения тактовой сетевой синхронизации на взаимоувязанной сети связи России
Тактовая сетевая синхронизация должна соответствовать рекомендации МСЭ-Т и быть единой для всех сетей, нуждающихся в ней и входящих в взаимоувязанной сети связи. Администрации магистральной и внутризоновых сетей наряду со схемой организации связи должны иметь схему тактовой сетевой синхронизации своего участка сети и план их совместного развития.
Система синхронизации должна обеспечивать синхронную передачу по цифровой сети сигналов первичных групп две тысячи сорок восемь кило бит в секунду и, следовательно, всех компонентных сигналов с более низкими скоростями передачи.
Для этого на каждой станции или узле должны синхронизироваться цифровые устройства коммутации телефонных каналов, аппаратура кроссовых соединений (cross connections), каналообразующая аппаратура и мультиплексоры синхронно цифровой иерархии.
В качестве переносчиков синхронной информации в системах синхронно цифровой иерархии должны использоваться линейные сигналы STM-N (155520 * N кбит, N = 1, 4, 16, 64), неподверженные согласованию указателей (pointer justification).
В оборудовании, расположенном на узлах и станциях взаимоувязанной сети связи России, непосредственно для синхронизации должно предусматриваться возможность использования сигналов 2048 кГц и сигналов 2048 кбит/с.
Цифровая сеть ВСС России разбивается по синхронизации на регионы. В каждом регионе синхронизация тактовых частот должна происходить от первичного эталонного генератора или непосредственно, или с помощью ведомых задающих генераторов, управляемых от первичного эталонного генератора.
В каждом регионе синхронизации организуется синхронная работа по принципу иерархической принудительной синхронизации (Master-Slave).
Регионы между собой должны работать в псевдосинхронном режиме, так как у каждого первичного эталонного генератора точность установки и поддержания частоты лучше, чем десять в минус одиннадцатой степени.
Количество последовательно включаемых вторичных задающих генераторов в цепочке от первичного эталонного генератора до последней станции местной сети ограничено и не может превышать десяти.
Для синхронизации всего оборудования, установленного на узле или станции, должен использоваться один источник сигналов синхронизации (последовательный переприем сигналов синхронизации недопустим). Схема соединений должна иметь вид “звезды” с расходящимися лучами.
Схема синхронизации в регионе должно иметь древовидную форму без замкнутых колец. Разветвление происходит в каждом узле, где установлен вторичный задающий генератор. К каждому вторичному задающему генератору синхронизирующие сигналы должны поступать минимум по двум пространственно разнесенным направлениям. Кроме возможности приема резервного синхросигнала каждый вторичный задающий генератор должен иметь возможности переходить в режим удержания частоты. Переключение на резервное направление приема синхросигнала не должно создавать на сети синхронизации замкнутых петель.
При последовательном включении в цепь синхронизации нескольких вторичных задающих генераторов каждый последующий вторичный задающий генератор в цепочке должен иметь полосу захвата не меньшую, чем возможные пределы ухода частоты предыдущего вторичного задающего генератора в автономном режиме. По своим характеристикам вторичного задающего генератора делятся на транзитные и местные. У транзитных вторичных задающих генераторов стабильность собственной частоты выше, а полоса захвата меньше.
В восстановлении сигналов синхронизации, проходящих по сети синхронной цифровой иерархии, кроме вторичных задающих генераторов принимают участие генераторы сетевых элементов синхронно цифровой иерархи. Генератор сетевых элементов должен синхронизироваться от первичного эталонного генератора, вторичного задающего генератора или от предыдущего генератора сетевых элементов, включенного в цепочку.
В системе синхронизации должна соблюдаться определенная иерархия в распространении сигналов синхронизации. Так от первичного эталонного генератора синхронизируется в основном магистральная сеть, от магистральной сети синхронизируются внутризоновых, а от внутризоновых или магистральной – местные сети.
Для обеспечения живучести сети синхронизации должны быть предусмотрены резервные пути передачи сигналов синхронизации, в том числе и от первичных эталонных генераторов соседних регионов.
Проблема тактовой сетевой синхронизации возникает, когда цифровые системы передачи интегрируются с электронными цифровыми системами коммутации в единую цифровую сеть, обеспечивающую передачу и коммутацию сигналов в цифровой форме. Нарушения в сети синхронизации приводит к деградации качества услуг и значительным сбоям в работе сети.
Проскальзыванием называется повторение или исключение группы символов в двоичной последовательности в результате различая между скоростями считывания и записи в буферной памяти. Буфер памяти используется для выравнивания скоростей передачи на стыках. В отсутствие эластичного буфера проскальзывания возникают по мере накопления фазового сдвига сигналов передачи и приема, будут возникать битовые проскальзывания, которые будут нарушать цикловую синхронизацию. Наиболее желательным являются цикловые проскальзывания, которые приводят к потере цикла информации, но не приводят к нарушению цикловой синхронизации.
Для оценки качества синхронизации сети используются следующие три категории качества: “а”, “b”, “c”. Категория качества “а” – высшая категория – соответствует нормальному режиму работы сети синхронизации в условиях, когда в цепях синхронизации отсутствуют неисправности. Категория качества “b” – категория ухудшенного качества – соответствует появлению неисправности в цепях синхронизации. Категория качества “с” – категория, зарезервированная для работ по монтажу и перестройке цепей синхронизации.
Синхронный режим является нормальным режимом работы цифровой сети, при котором проскальзывания носят только случайный характер. Псевдосинхронный режим имеет место, когда на цифровой сети независимо друг от друга работают два (или несколько) генераторов. Плезиохронный режим работы возникает на цифровой сети, когда генератор ведомого узла полностью теряет возможность внешней принудительной синхронизации вследствие отказов, как основного, так и всех резервных путем синхронизации. Асинхронный режим характеризуется значительно большим расхождением частот генераторов, при котором, однако, еще не нарушается траффик.
Основными физическими причинами нестабильности частоты являются: электромагнитная интерференция; шум и помехи, воздействующие на цепь синхронизации в приемнике; изменения длины тракта; изменение скорости распространения; доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств; нерегулярное поступление хронирующей информации.
Тактовая сетевая синхронизация должна соответствовать рекомендации МСЭ-Т и быть единой для всех сетей, нуждающихся в ней и входящих в взаимоувязанной сети связи. Администрации магистральной и внутризоновых сетей наряду со схемой организации связи должны иметь схему тактовой сетевой синхронизации своего участка сети и план их совместного развития.
Система синхронизации должна обеспечивать синхронную передачу по цифровой сети сигналов первичных групп две тысячи сорок восемь кило бит в секунду и, следовательно, всех компонентных сигналов с более низкими скоростями передачи.