Реферат: Синхронизация SDH сетей

Требования к функции удержания значительно различаются для разных сетевых генераторов. Слой 2 и транзитный узел должны иметь относительную погрешность по частоте 1х10-1О и 1х11-9 в первые 24 часа после пропадания эталонного сигнала.

Эти строгие спецификации необходимы, потому что эти генераторы обычно используются для управления синхронизацией в переговорных пунктах, имеющих десятки тысяч трактов. Эта спецификация гарантирует, что ни один из трактов не подвергается более, чем одному проскальзыванию в первые 24 часа режима удержания. Напротив, т.к. слой З и местные генераторы обычно используются в небольших офисах и влияют на меньшее число трактов, для них допускается появление до 255 и 14 проскальзываний соответственно в каждом тракте в первые 24 часа.

Для генераторов слоя 4 СРЕ не требуются обеспечения режима удержания. Генератор слоя 4 без задержки будет немедленно переходить в состояние свободного режима при каждой потере эталонного сигнала синхронизации.

Состояние свободного режима относится к стабильности генератора, когда он работает на своих собственных внутренних осцилляторах без принудительного запуска или корректировки предыдущим состоянием внешнего эталонного сигнала, для генераторов с функцией удержания свободный режим наблюдается только при длительном пропадании эталонного сигнала (от недель до месяцев) и он является исключительно редким. Т.о. спецификации погрешности свободного режима являются наименее критичными из всех спецификаций генератора. Эта мысль подчеркивается тем фактом, что ITU не определяет погрешности свободного режима. Для генераторов слоя 4 СРЕ их свободный режим будет определять характеристики проскальзывания даже во время кратковременной потери эталонного сигнала.

Дополнительными требованиями является то, что генераторы слоя 2 и З ANSI должны иметь дублирующую аппаратную часть и входы внешних генераторов. Дублированная аппаратная часть гарантирует, что оборудование продолжает работать при аппаратном сбое генератора. Вход внешнего генератора предназначен для дополнительной внешней синхронизации. Он используется для подачи синхронизации непосредственно на генератор. Этот вход полезен для планирования гибкой синхронизации, при которой сигнал эталонной синхронизации для генератора может и не заканчиваться в цифровой системе.

3.  Характеристики синхронизации.

Характеристики синхронизации в иерархической сети передатчика -приемника определяются тремя компонентами: 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 слабо влияет на общую нестабильность в сетях синхронизации. Характеристики синхронизации в основном определяются комбинацией характеристик устройств распределения и генератора приемника. В реальных сетях генератор приемника, подсоединенный к управляющему генератору, будет работать с долговременной частотой, отличающейся от частоты управляющего генератора. Нестабильность частоты генератора приемника обычно в 10 -100 раз превышает нестабильность частоты управляющего генератора. Поэтому, генераторы приемника служат причиной большей части ошибок синхронизации и проскальзываний в сетях.

Влияние первичного эталонного генератора.

Влияние ПЭГ на уровень проскальзываний обычно крайне незначительно. Цезиевые генераторы, GPS и LORAN-C будут обычно иметь долговременные погрешности по частоте порядка от нескольких единиц на 10-13 до нескольких единиц на 10-12. Это приводит к уровням проскальзывания, колеблющимся, от проскальзывания один раз в пять лет до трех проскальзываний в год. Это является небольшой частью допустимого значения в пять проскальзываний / день для сквозного соединения и обычно не принимается во внимание.

Характеристики устройства.

Для определения характеристик устройства, служащего для передачи эталонного сигнала синхронизации существует два основных фактора. Ими являются ошибки и нестабильности синхронизации (джиттер и вандер).

Устройство, используемое для распределения эталонного сигнала синхронизации, может иметь значительное число событий прерывания. Число появлений пучков ошибок может колебаться в среднем от 1 до 100 событий в день, в зависимости от типа устройства, расстояния и других факторов. Например, требованием 'ТП для сквозного 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 ошибок 1х10-3 на протяжении секунды. Требования к характеристикам в ANSI равны 40-50 SES в день, в зависимости от расстояния.

Такие постоянные ухудшения неизбежно повлияют на распределение эталонного сигнала синхронизации. Как описывалось выше, генератор приемника будет реагировать на каждую ошибку. Генератор может отклоняться на время до 1 мксек в ответ на каждую ошибку в его эталонном сигнале синхронизации. Накапливание ошибок устройства передачи, приводящее к возникновению фазовых ошибок в генераторе приемника, будет значительно влиять на уровень проскальзываний в сети, что может привести к десяткам микросекунд смещений фазы в день в том случае, если сеть плохо спланирована.

Нестабильность частоты эталонного сигнала зависят от технологии, используемой оборудованием для передачи эталонного сигнала. Если эталонный сигнал передается асинхронно (например, при передаче DS3), эталонный сигнал обычно будет иметь джиттер менее 600 нсек и незначительный вандер. Эти уровни обычно не принимаются во внимание.

Эталонные сигналы, передаваемые через спутник, будут иметь избыточный вандер. Это вызывается небольшими перемещениями спутника относительно его геостационарного положения. Величина вандера обычно равна 1,8 миллисекунд в день. Это делает спутниковую передачу неподходящей для использования в качестве эталонного сигнала синхронизации.

Эталонные сигналы синхронизации, передаваемые в качестве полезной нагрузки по сети SDH, могут иметь значительный вандер. Сигнал DS1 или E1, размещенный и переданный по SDH, может иметь вандер длительностью в несколько десятков микросекунд в день. Поэтому синхронизация никогда не передается как полезная нагрузка по SDH. В сетях, использующих передачу по SDH, для передачи синхронизации используется оптический носитель, т.к. он не подвержен выравниваниям указателя и возникающим в результате джиттеру и вандеру.

Влияние генератора приемника.

Генератор приемника это генератор, выход синхронизации которого, управляется сигналом синхронизации от генератора источника равного или более высокого качества. Как было показано выше, генераторы приемника должны воспроизводить синхронизацию источника эталонного сигнала, даже, несмотря на то, что эталонный сигнал может быть ошибочным, и он должен в течение адекватного времени удержания поддерживать синхронизацию в отсутствие всех эталонов синхронизации.

Характеристики генератора приемника выявляются при его работе в трех режимах:

·     Идеальная работа

·     Работа в условиях стресса

·     Работа в режиме удержания

Идеальная работа описывает кратковременное поведение генератора, она важна для управления выравниваниями указателя в сетях SDH. Работа в условиях стресса это типичный режим работы генератора приемника, при котором ожидается, что генератор приемника получает синхронизацию от генератора источника через устройство, имеющее кратковременные ухудшения. Наконец, работа в режиме удержания определяет характеристики генератора в том редком случае, когда все эталонные сигналы, подаваемые на генератор, потеряны.

Идеальная работа.

При идеальной работе генератор приемника не испытывает прерываний от входного эталонного сигнала синхронизации. даже несмотря на то, что это не типично для реальных сетевых операций, понимание характеристик генератора в условиях идеальной работы показывает границы характеристик генератора. Также важно ограничить кратковременный шум генератора. Кратковременный шум генератора будет влиять на появление выравниваний указателя в сетях SDH и возникновение в результате этого джиттера и вандера полезной

нагрузки SDH.

При идеальных условиях генератор приемника должен работать в строгой фазовой привязке с входящим эталонным сигналом. для кратких интервалов наблюдений, меньших, чем постоянная времени петли фазовой автоподстройки (PLL), нестабильность частоты синхронизации определяется кратковременной нестабильностью местного генератора, а также влиянием шумов квантования и PLL. При отсутствии прерываний эталонного сигнала, нестабильность выходного сигнала синхронизации ведет себя как фазовая модуляция белого шума. Высокочастотный шум является ограниченным и некоррелированным (белым) для больших периодов наблюдений относительно времени наблюдения PLL.

Работа в условиях стресса - сетевые генераторы.

Эта категория работы отражает характеристики генератора приемника в условиях реальной сети, когда возможны краткие прерывания эталонного сигнала синхронизации. Как описывается в разделе IV, "Характеристики устройства", стр.15, эти прерывания являются кратковременными, при этом время эталонного сигнала синхронизации недоступно. Число прерываний может колебаться от 1 до 100 в день.

Все прерывания будут влиять на генератор приемника. Во время прерывания эталонный сигнал синхронизации не может быть использован. Когда эталонный сигнал восстанавливается, или если прерывание сохраняется и генератор переключает эталонные сигналы, сохраняется одна ошибка, относящаяся к реальной временной разнице между местным генератором приемника и вновь восстановленным эталонным сигналом. Ошибка временного интервала, возникающая из-за каждого прерывания, зависит от конструкции генератора, но должна быть меньше 1 мксек. Эта случайная ошибка синхронизации будет накапливаться, как случайный набег, вызывающий появление частотной модуляции белого шума в сигнале синхронизации принимающего генератора.

В дополнение к частотной модуляции белого шума, прерывания могут привести к частотному сдвигу между генератором приемника и генератором источника. Это происходит из-за смещения фазы в генераторе приемника во время восстановления эталонного сигнала. Число смещений зависит от конструкции генератора. Величина этого смещения играет решающую роль для рабочих характеристик долговременной синхронизации генератора приемника.

Это смещение будет накапливаться в цепочке генераторов приемников. Конечным результатом является то, что возникает сдвиг частоты между всеми генераторами в цепочке синхронизации. Величина сдвига по частоте увеличивается с количеством генераторов в цепи. Поэтому, в условиях реальной сети, генераторы приемника будут работать с долговременной частотой, слегка отличающейся от частоты первичного эталонного генератора. Величина этого частотного смещения является функцией возможностей характеристик генератора приемника (смещения его ошибки временного интервала во время перестроек) и числа кратковременных прерываний (SES) устройства, передающего эталонный сигнал.

Таким образом, существует длительное частотное смещение, вызванное кратковременными сбоями устройства и уходом частоты приемника, что является основной причиной проскальзываний в сети. Долговременный сдвиг по частоте может изменяться от нескольких единиц на 10 -12 до нескольких единиц на 10 - 10, в зависимости от сетевой конфигурации и от характеристик генератора и устройства. Этот сдвиг по частоте на несколько порядков хуже, чем разница частот между двумя первичными эталонными генераторами. По этой причине среди операторов сетей существует растущая тенденция устанавливать в сети множество источников первичного эталонного сигнала и ограничивать количество каскадов эталонной синхронизации, подключенных к сети.

Работа в условиях стресса - генераторы СРЕ.

При работе в условиях стресса (экстремальных внешних воздействий) функционирование генераторов СРЕ слоя 4 совершенно отличается от работы других сетевых генераторов. Это обусловлено тем, что большинство генераторов СРЕ не имеют фазовой автоподстройки для ограничения ошибок временного интервала, возникающих вследствие кратковременных прерываний. Большинство СРЕ плохо работают при кратковременных ошибках на входах тактовой синхронизации.

Когда генератор слоя 4 подвергается кратковременному прерыванию, он сигнализирует о невозможности использования эталонного сигнала и переключает эталонный сигнал на запасной источник синхронизации. Этот запасной источник может быть либо другим эталонным сигналом синхронизации, либо его внутренним генератором. Во время этого переключения генератор обычно будет выдавать большой, быстрый фазовый скачок длительностью 10-1000 мксек. Этот фазовый скачок возникает на всех исходящих линиях СРЕ.

Генераторы, расположенные вниз по направлению потока, не способны оставаться «привязанными» к эталонному сигналу при таком фазовом выбросе. Для устройства, расположенного вдоль 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 может привести к ошибкам всех линий и узлов , расположенных ниже по цепи синхронизации. (Рис.9).

Частных сети, использующие генераторы слоя 4, обычно имеют слабые рабочие характеристики. Они могут быть в 1000 раз хуже, чем в сетях общего пользования, работающих при эффективной долговременной нестабильности частоты от 1х10-9 до 1х10-7. Обычным является появление десятков проскальзываний в день/СРЕ. Кроме того, фазовые выбросы, вызванные плохой синхронизацией, появляются как ошибки передачи. Синхронизация СРЕ может вызвать до сотен до сотен ошибок передачи в день. Избыточные ошибки передачи в частных сетях являются обычным симптомом плохих рабочих характеристик синхронизации.

Рис. 9 – Ошибки каскадирования в частных сетях.

Работа в режиме удержания

Генератор приемника будет работать в режиме удержания в тех редких случаях, когда он теряет все свои эталонные сигналы синхронизации на значительный период времени. Существует два основных фактора, влияющих на характеристики удержания:

начальный сдвиг по частоте и дрейф частоты. Начальный сдвиг частоты вызывается возможностью установки частоты местного генератора и шумом эталонного сигнала синхронизации, когда генератор впервые переходит в режим удержания. Дрейф частоты возникает из-за старения кварцевых генераторов. Требования ITU, предъявляемые к генератору, рассматривают влияние обоих факторов на характеристики удержания по отдельности. Требования ANSI к удержанию рассматривают объединенные характеристики.

Стандарты сопряжения

Современные стандарты генераторов не гарантируют приемлемой работы в условиях стресса. Требования к сопряжению ANSI и ITU разработаны только для идеальных условий. В условиях идеальной работы ежедневная ошибка временного интервала должна сохраняться в пределах 1-10 мксек, 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 быть хуже, чем 1х10-11.

4.  Введение в планирование синхронизации.

Роль планирования синхронизации заключается в определении распределение синхронизации в сети и в выборе генераторов и оборудования, используемых для синхронизации сети. Это включает выбор и определение местоположения управляющего генератора (ов), распределение функций первичных и вторичных сигналов синхронизации и анализ сети, гарантирующий, что достигаются и сохраняются приемлемые уровни характеристик.

Основные принципы.

Чтобы обеспечить наилучшие характеристики и устойчивость сети синхронизации, следует придерживаться нескольких правил и процедур. Наиболее важными из них являются отсутствие замкнутых петель синхронизации, поддержание иерархии, следование принципу BITS, использование наилучших возможностей для транспортировки эталонных сигналов синхронизации и сведения к минимуму их каскадирования.

Петли синхронизации возникают, когда генератор использует для отслеживания свой собственный эталонный сигнал синхронизации (рис. 10). При возникновении таких петель, частота эталонного сигнала становится нестабильной. Генераторы в петле синхронизации медленно начнут работать с погрешностью полного диапазона генератора. Это приводит к тому, что генератор показывает характеристики во много раз хуже, чем в свободном режиме или в режиме удержания. Поэтому важно, чтобы поток эталонных сигналов синхронизации в сети разрабатывался бы таким образом, чтобы петли синхронизации не могли формироваться ни при каких обстоятельствах. Ни одна комбинация первичных и/или вторичных эталонных сигналов не должна привести к петле синхронизации. В правильно спланированной сети всегда можно избежать петель синхронизации.

Рис. 10 – Петля синхронизации.

Поддержание иерархии важно для достижения наилучших рабочих характеристик в сети. В идеальных условиях или в условиях стресса передача синхронизации с лучших на худшие генераторы оптимизирует рабочие характеристики. Синхронизация все еще будет сохраняться при нормальной работе, если синхронизация передается с худшего на лучший генератор. При этом могут немного пострадать рабочие характеристики, т.к. лучший генератор менее чувствителен к кратковременным сбоям сети и будет накапливать меньше ошибок временного интервала. Только в том случае, если генератор, расположенный выше по сети, входит в режим удержания или в свободный режим, это приводит к нарушению иерархии и вызывает основные проблемы. В этом случае генератор с худшими характеристиками, расположенный выше по сети и находящийся в режиме удержания, может иметь частотную погрешность хуже, чем может обеспечить генератор, расположенный ниже по сети. Генератор, расположенный ниже по сети, не будет оставаться ведомым и тоже перейдет в режим удержания. Это приводит к появлению множества генераторов, работающих в режиме удержания и к возникновению избыточных проскальзываний в сети.

Большинство сетевых администраторов при распределении синхронизации следует принципу BITS (создание интегрированного источника синхронизации) или SSU (рис. 11). При использовании метода BITS или SSU наилучший генератор в офисе предназначен для приема эталонных сигналов из-за пределов этого офиса. Все другие генераторы в офисе синхронизируются от этого генератора.

Рис. 11 – Конфигурация BITS/SSU.

 

Во многих случаях BITS или SSU является генераторами сигнала синхронизации, единственным назначением которого является синхронизация. Другие администрации полагаются на синхронизацию BITS или от коммутационных систем или кросс-коммутаторов. Генератор BITS или SSU должен быть генератором, который наилучшим образом действует в условиях стресса и удержания и является наиболее надежным. В соответствии с принципом BITS или SSU, рабочие характеристики синхронизации офиса будут определяться генератором BITS/SSU, т.к. только генератор BITS/SSU подвержен стрессу в отношении его эталонного сигнала синхронизации.

Для сведения к минимуму количества проскальзываний необходимо применять лучшее оборудование для передачи эталонного сигнала синхронизации. Наилучшее оборудование должно вырабатывать эталонный сигнал с наименьшим числом сбоев. Это относится к эталонному сигналу, который имеет наименьшее среднее число SES и свободен от избыточной нестабильности синхронизации (джиттера и вандера). Эталонные сигналы, являющиеся полезными нагрузками на SDH не должны использоваться для синхронизации, т.к. они подвержены обработке указателя, которая добавляет избыточный джиттер и вандер к эталонному сигналу. Подобным же образом, эталонные сигналы, которые передаются услугами ATM, будут иметь значительный вандер и не должны использоваться для синхронизации.

Каскадирование эталонных сигналов синхронизации по сети должно сводиться к минимуму (рис.12). Характеристики синхронизации будут всегда ухудшаться, т.к. синхронизация передается от генератора к генератору. Чем больше генераторов и оборудования в цепи синхронизации, тем больше будет накопленное ухудшение и тем больше частотный сдвиг. Каждое устройство будет добавлять ухудшения, на которые должны  будут реагировать генераторы в цепи. Поэтому, для обеспечения наилучших характеристик цепи синхронизации должны оставаться короткими.

Рис. 12 – Избыточное каскадирование.

5.  Планирование синхронизации в сети SDH

Основным моментом планирования сети синхронизации является решение вопроса распределения тактовых сигналов и выбор источников синхросигналов и другого оборудования для тактирования сети.  Распределение тактовых сигналов и выбор источников различны для сетей на основе SDH. В этом разделе рассматривается планирование синхронизации для сетей SDH.

Распределение опорного сигнала

ITU определяет способ подключения источника опорного сигнала к сети синхронизации (рисунок 13) как ключевой вопрос распределения сигналов синхронизации. В цепи не должно быть более 10 транзитных или местных узловых точек. Эти узловые точки относятся к 10 офисам, которые используют источник синхросигнала транзитного или местного уровня в качестве источника-размножителя синхросигналов (SSU). Между офисами существуют цепи источников синхросигналов в виде элементов SDH. Ни одна цепь не должна содержать более 20 синхронизируемых источников. Общее число источников в полной цепи подключения опорного сигнала должно быть не более 60. Каждый источник синхросигнала в цепи получает сигнал синхронизации от оптической линии, как показано на рисунке 14.

Рис. 14 – Распределение тактирования с использованием линий SDH

Такое подключение опорного источника было принято на основе моделирования работы в идеальных условиях и должно удовлетворять требованиям обеспечения величины джиттера 5 UI для транспортирования DS3, DS1 и E1. Измерений для экспериментальной проверки результатов моделирования не проводилось. Следует отметить, что дрейф, вносимый при транспортировке DS1 и E1, был незначительным при таком подключении опорного источника. Необходимость уменьшения величин дрейфа путем ограничения допустимой величины временной ошибки в напряженном режиме может потребовать изменения в подключении опорного источника, как обсуждалось в предыдущем разделе. Кроме того, в интересах надежности может потребоваться укорочение длины цепи.

Требования к источнику-размножителю синхросигналов (SSU)

Чтобы удовлетворить требованиям к величине джиттера при транспортировании DS3, DS1 и E1, источник-размножитель синхросигнала, используемый для создания единого времени для офисов в сети ВН, должен иметь транзитный или местный уровень. Источник синхросигнала должен иметь низкий уровень собственного шума и полосу пропускания фильтра не более 0,1 Гц для фильтрации шума сети. Источник должен обрабатывать МТIЕ, равную 1000 наносекунд при скорости изменения фазы менее 5х10-8 для наибольшего из периодов восстановления синхронизации. Эта скорость изменения фазы значительно меньше, чем требуется в сетях, основанных на SONET.

Рис. 13 – Цепь подключения опорного источника в сети синхронизации SDH.

Для ограничения дрейфа E1 и DS1 следует использовать SSU с лучшей характеристикой отработки MTIE и улучшенной фильтрацией. ITU еще не разработал подходов для выполнения требований по дрейфу DS1/E1.

Требования к тактированию сетевого элемента SDH

Источник синхросигнала сетевого элемента имеет более низкие характеристики, чем источник местного уровня, соответствующий ITU. Он удовлетворяет требованиям по удержанию частоты 5х10-8 для начального сдвига частоты и 5х10-7 за сутки для дрейфа частоты. Требования к восстановлению синхронизации: MTIE менее 1,0 микросекунды при скорости изменения фазы менее 5х10-8 для наибольшего из периодов восстановления синхронизации.

Основное различие между источниками синхросигнала сетевых элементов SDH и SSU состоит в полосе пропускания. Сетевой элемент SDH имеет полосу от 1 до 10 Гц, которая ограничена этими пределами по двум причинам. Во-первых, полоса пропускания должна быть, по крайней мере, в 10 раз больше полосы SSU, чтобы накопление дрейфа в условиях идеального режима было минимальным. Во-вторых, источник синхросигнала сетевого элемента должен обеспечивать быстрое восстановление синхронизации.

Когда сетевые элементы SDH сконфигурированы в кольцо, и в тракте передачи сигнала синхронизации происходит разрыв (рисунок 15а), распределение синхронизации в кольце переконфигурируется. Переконфигурированное распределение показано на рисунке 156. Переконфигурирование распределения синхронизации полного кольца из 20 сетевых элементов должно занимать около 15 секунд. Это означает, что каждый сетевой элемент должен закончить переконфигурирование своей синхронизации и выйти 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

с нормальным потоком сигнала синхро-                            разрывом в тракте передачи сигнала синх-

низации, направленным против часовой                           ронизации, поток которого направлен про-

стрелки.                                                                                             тив часовой стрелки.

Заключение.

В данной работе был представлен обзор сетевой синхронизации. Было показано, что характеристики синхронизации оказывают значительное влияние на предоставление услуг по передаче цифровых данных, услуг передачи кодированных сообщений и на развитие новых технологий, таких как SDH. Главным фактором воздействия на характеристики синхронизации в реальной работе сети является частотный сдвиг, который генератор приемника демонстрирует относительно источника первичного эталонного сигнала (ПЭГ), к которому он "привязан". Это ухудшение характеристик может управляться введением нескольких первичных эталонных генераторов, путем использования устойчивых генераторов 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 и сети»; СГАТИ, Новосибирск 1997

4.    В.Г. Фокин «Аппаратура и сети доступа»; СГТУТИ, Новосибирск 1999.

5.    «Учебный курс SDH мультиплексор SMA-1»; НПЦ СПЕКТР, Самара 1996

6.    Кашин М.В., Муштаков Е.А «Основы SDH»; СРТТЦ, Самара, 2001