Основы создания сети тактовой синхронизации в отрасли телекоммуникации республики
29 ноября 2006
Рубрика: Связь и телекоммуникации.
Автор: Амир Газиев.

pic
Необходимость в тактовой синхронизации возникает при совместном функционировании цифровых систем передачи и коммутации в единой цифровой сети. Обеспечение тактовой синхронизации этой сети при поддержании как можно более высокой стабильности эталонных тактовых частот является принципиально необходимым. Система ТСС осуществляет согласование шкал времени всех устройств на сети, которым необходима синхронизация, и позволяет избежать или свести к минимуму проскальзывания цифрового сигнала. Такие проскальзывания возникают при исключении или повторении бит блоков в цифровом сигнале из-за различия в скоростях записи и считывания буферных устройств на цифровой сети.

Для нормально работающей цифровой сети частота проскальзываний не должна превышать норм, установленных в Рекомендации G.822. Увеличение частоты проскальзываний существенно скажется на качестве предоставляемых пользователям услуг связи, вызывая потерю данных, возникновение «щелчков» при передаче речи, искажение и потерю частей изображения при передаче видео.

Таким образом, появляется необходимость в надежной тактовой синхронизации, задача обеспечения которой влечет за собой ряд сложных вопросов. При вводе в эксплуатацию и технической эксплуатации сети ТСС операторы сетей сталкиваются с определенными трудностями:

Одна из наиболее сложных задач при проектировании сетей ТСС — выбор получения сигналов синхронизации, их распределение внутри цифровой сети для обеспечения надежной синхронизацией всего цифрового оборудования, нуждающегося в синхронизации. То есть оператор, проектирующий сеть ТСС, должен решать следующие вопросы:

• выбор источника синхросигнала (основной и резервный)
• определение основного и резервного путей прохождения синхросигналов
• установление приоритетов входов сигналов синхронизации во всем оборудовании сети ТСС
• определение качества источников сигналов синхронизации
• проведение структурного анализа сети с целью исключения возможности образования петель и потери сигналов синхронизации при авариях
• выяснение потребности в дополнительном оборудовании, устанавливаемом на сети
• разработка схемы внутриузловой синхронизации с учетом подключения сигналов синхронизации к коммутационным станциям и к другому оконечному оборудованию
• проверка обеспечения сигналами синхронизации каждой коммутационной станции в случае возникновения любой одиночной неисправности.

Таким образом, надежность и качественные показатели сети ТСС должны быть заложены на первых этапах ее проектирования. Зачастую из-за недостаточно правильного планирования сети ТСС операторы сталкиваются с проблемой возникновения петель в сети синхронизации. Кроме того, встает вопрос выбора наиболее эффективного метода синхронизации телекоммуникационной сети, от которого зависит структурная надежность сети синхронизации.

Под эффективностью метода синхронизации сети телекоммуникаций подразумеваются не только технические вопросы распределения сигналов синхронизации на сети с учетом доставки сигналов синхронизации ко всем узлам сети и резервирования путей их прохождения, но также и экономические вопросы, где тщательно спланированная сеть ТСС может быть достаточно надежной при меньших финансовых затратах на оборудование синхронизации.

Методы синхронизации
телекоммуникационных сетей

Сеть ТСС строится на базе цифровых сетей связи как наложенная сеть. В ней определяются направления, по которым передаются или могут передаваться сигналы синхронизации. Так как сигнал тактовой синхронизации содержится в структуре информационного сигнала, он передается в том же направлении, что и любые информационные сообщения.

Однако для передачи синхросигнала не все эти направления разрешается использовать в сети ТСС. Задача сети синхронизации состоит в определении порядка передачи синхросигнала и условий, при которой запрещается ее прием. Построенная таким образом сеть синхронизации имеет свою особую структуру.

Структура сети ТСС в значительной мере зависит от выбранного способа синхронизации. Существуют два основных способа синхронизации: принудительный и взаимный. Возможны также некоторые их сочетания.

В случае принудительной синхронизации, часто в литературе называемой «ведущий ведомый», на сети имеется главный задающий генератор (ГЗГ), обеспечивающий сигналами синхронизации все другие задающие генераторы (ВГ) непосредственно или с помощью промежуточных задающих генераторов (ВГ). Так, ГЗГ называется ведущим, а остальные — ведомыми генераторами (ВГ) (рис.1,а).

Взаимной синхронизацией называется способ, при котором все задающие генераторы управляют друг другом (рис.1, б).

Возможен также смешанный способ синхронизации, при котором ГЗГ передает сигналы синхронизации ведомым генераторам как при принудительной синхронизации, и в то же время ведущие задающие генераторы обмениваются синхросигналами как при взаимной синхронизации (рис.1,в).

Взаимная синхронизация чувствительна ко всем изменениям структуры сети, поэтому применяется только в случае стационарных структур. Однако допускается сравнительно низкая стабильность частот всех задающих генераторов, так как за счет взаимного уравновешивания (выравнивания) частот используемых задающих генераторов обеспечивается некоторое повышение стабильности частоты на сети.

В настоящее время на цифровых сетях телекоммуникаций применяется только принудительная синхронизация, хотя на некоторых сетях не так давно применялась и смешанная синхронизация.

Рис.1 Принудительная (а), взаимная (б), смешанная синхронизация (в)

pic

Система тактовой сетевой синхронизации
Республики Узбекистан

Тактовая синхронизация на цифровой сети республики должна обеспечивать цифровую передачу информации с качеством, отвечающим требованиям МСЭ-Т, и практически не влиять на надежность и живучесть самой сети. Сигналами синхронизации на цифровой сети могут служить как специальные сигналы с частотой 2048 кГц, так и информационные сигналы, со скоростью передачи 2048 Кбит/с в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.703.

По сети на базе систем передач синхронной цифровой иерархии (СП СЦИ) синхросигналы передаются в цифровых потоках STM-N. Цифровые потоки 2048 Кбит/с, переданные по СП ПЦИ, практически не пригодны для использования в качестве носителей синхросигналов.

В мультиплексорах СП СЦИ из потоков STM-N формируются сигналы синхронизации 2048 кГц. Для восстановления качества сигналов синхронизации, переданных с помощью потоков STM-N, применяются генераторы сетевых элементов (ГСЭ), входящие в состав мультиплексоров. На ГСЭ могут поступать синхросигналы из линейного или компонентного потока. Сигналы синхронизации 2048 кГц могут поступать на ГСЭ непосредственно от первичного эталонного генератора (ПЭГ), вторичного задающего генератора (ВЗГ), или от ГСЭ другого мультиплексора.

Сигналы синхронизации, поступающие на аппаратуру, нуждающуюся в синхронизации, выбираются исходя из приоритета, а в мультиплексорах СП СЦИ еще и по качеству передаваемого синхросигнала, заложенного в заголовок сигнала STM-N.

В Республике Узбекистан сеть тактовой синхронизации построена с учетом рекомендаций МСЭ-Т G.803, G.811, G.812, G.813, G.822, G.823 по принципу принудительной синхронизации. При этом используется иерархия задающих генераторов, для которой каждый уровень задающего генератора синхронизируется от источника более высокого или того же уровня: первый уровень — ПЭГ, второй — ВЗГ (транзитный узел), третий — ВЗГ местного узла или задающий генератор коммутационной станции, четвертый — задающий генератор сетевого элемента (ГСЭ).

Первичный эталонный генератор — это эталонный задающий генератор, в функции которого входит использование эталонных стандартов частоты (водородных или цезиевых) для формирования выходных синхросигналов.

pic

Вторичный задающий генератор — это генератор, выполняющий логические функции выбора входного сигнала синхронизации от ряда источников. При этом осуществляются необходимые обработка и фильтрация сигнала, а также распределение синхросигнала между другими элементами узла. При повреждении или ухудшении всех входных эталонных сигналов синхронизации ВЗГ должен запомнить сведения о частоте перехода в режим запоминания частоты в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.812.

Генератор сетевого элемента — это встроенный в сетевой элемент (мультиплексор) задающий генератор, принимающий входные сигналы синхронизации от ряда внешних источников, выбирающий один из них и производящий его минимальную фильтрацию. В случае повреждения всех входных эталонных сигналов синхронизации в ГСЭ должен использоваться внутренний собственный задающий генератор, который в режиме запоминания частоты запомнит приблизительно частоту входного синхросигнала.

Надежность аппаратуры ПЭГ обеспечивается наличием в системе эталонных источников «в горячем режиме» нескольких стандартов частоты (цезиевых) и дополнительно установленных приемников GPS с управляемым рубидиевым источником частоты. Надежность и живучесть системы ТСС в целом гарантируются однородностью сети связи, наличием прямых и резервных путей синхронизации, кольцевых структур (пространственно разнесенных трасс) в ВОЛП, а также дополнительных сигналов от приемников GPS, входящих в состав системы ПЭГ.

pic

Система тактовой сетевой синхронизации осуществляется с помощью системы независимых эталонных источников сигналов синхронизации, установленных в МЦК г. Ташкента. В качестве источника сигналов синхронизации первым приоритетом на сети ТСС республики используется ПЭГ, представляющий собой цезиевый генератор эталонных частот типа TimeCesium 4400 (Acterna, Германия). Это стабильный источник эталонных частот с микропроцессорным контролем, точность частоты на выходе генератора составляет ± 1×10-12 . Функцией этого эталонного генератора является выработка точных стабильных и спектрально чистых синусоидальных сигналов. Приемник сигналов синхронизации типа SYSTEM 2000 фирмы DATUM на основе системы GPS — Global Position System — Глобальная навигационная система на основе низкоорбитальной спутниковой системы NAVSTAR. SYSTEM 2000 принимает спутниковые сигналы системы GPS с частотой 1575.42 МГц и регулирует с их помощью внутреннего задающего генератора (на основе рубидия). Данный источник сигналов синхронизации задействован в качестве резервного источника.

В СУС города Бухары установлен дополнительный первичный источник синхронизации с использованием системы GPS. При выходе из строя всех эталонных источников, установленных в МЦК г. Ташкента, этот источник берет на себя синхронизацию цифровой сети республики.

Такая схема с использованием независимых эталонных источников синхросигналов обеспечивает высокую надежность и резервирование цепей синхронизации на цифровой сети республики.

Перестройка сети синхронизации осуществляется автоматически. Распределение тактовой синхронизации по регионам республики осуществляется таким образом, чтобы исключить образование замкнутых тактовых шлейфов.

На сетевых узлах магистральной цифровой сети и в региональных центрах синхронизация осуществляется с использованием вторичных задающих генераторов SSU (Synchronization Supply Unit — специальный генератор системы синхронизации), который получает сигналы синхронизации от ПЭГ и затем распределяет их по сетевым элементам участка или узла сети.

В качестве ВЗГ используется система синхронизации типа Sync Star NFR 2001 (Siemens). Задающий генератор выполняет функции восстановления качества передаваемого по сети синхросигнала (сигнала эталонной тактовой частоты), распределения этого сигнала на необходимое количество выходов и при пропадании входного синхросигнала запоминания его временных характеристик с целью получения качественного синхросигнала на выходе ВЗГ в режиме удержания частоты в соответствии с требованиями Рекомендации МСЭ-Т G.812. Полученные с ВЗГ тактовые сигналы могут быть использованы как в плезиохронных, так и синхронных цифровых сетях связи.

Оценка качества работы
системы тактовой сетевой синхронизации в процессе ее эксплуатации

Для качественного определения технического состояния системы ТСС необходим контроль параметров всех элементов, обеспечивающих синхронизацию сети.

Контроль состояния сети синхронизации сводится к определению основных качественных показателей системы ТСС:

• ошибка временного интервала TIE (Time Interval Error) — погрешность временного интервала измеряемого сигнала относительно его эталонного значения
• максимальная ошибка временного интервала MTIE — максимальное значение ошибки временного интервала измеряемого сигнала для различных временных интервалов при заданном времени наблюдения
• Джиттер в системе синхронизации — кратковременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала относительно их идеальных позиций во времени, где «кратковременные» означает, что эти отклонения происходят с частотой выше, чем 10 Гц (вне полосы частот ФНЧ ФАПЧ устройств синхронизации)
• Вандер в системе синхронизации — долговременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных позиций во времени (где «долговременные» означает, что эти отклонения осуществляются частотой не больше, чем 10 Гц в полосе частот ФНЧ ФАПЧ устройств синхронизации)
• Девиация временного интервала TDEV (Time Deviation) — значение ожидаемого изменения длительности определенного временного интервала сигнала.

Контроль вышеуказанных параметров качества системы ТСС — одна из основных задач, стоящих перед техническим персоналом, при обеспечении качественной синхронизации сети телекоммуникации.

Система управления ТСС

Подсистемой, входящей в состав современных сетей телекоммуникаций, является подсистема управления, которая включает в себя контроль состояния элементов сети синхронизации и управления ее параметрами в режиме реального времени. Наиболее полно эти функции получили развитие с внедрением технологии SDH, поскольку SDH обеспечивает передачу специальных служебных сигналов о параметрах синхронизации линейного тракта.

Таким образом, с помощью системы управления сетью ТСС возможно передавать характеристики синхросигналов с любого ПЭГ или ВЗГ в главный и региональные центры управления в реальном масштабе времени; оценивать качество синхросигналов; предвидеть их ухудшение; принимать оперативные решения по планированию и реконфигурированию системы ТСС и обеспечить не обслуживаемый местным персоналом режим работы ВЗГ.

Система управления сетью синхронизации обеспечивает выполнение следующих функций в области управления и контроля как на уровне управления сетью (сетевой уровень), так и на уровне сетевых элементов сети синхронизации:

1. Управление качеством формирования и передачи сигналов синхронизации.
2. Управление обработкой неисправностей в сети синхронизации.
3. Управление конфигурацией сети синхронизации.
4. Управление безопасностью сети синхронизации.
5. Управление учетом и расчетами.

Управление качеством формирования и передачи синхросигналов подразумевает постоянный контроль качества сигналов тактовой синхронизации, выполнение действий по обеспечению этого качества и получение результатов измерений показателей качества.

Управление обработкой неисправностей обеспечивает сбор и обработку данных состояния ПЭГ/ВЗГ, генерацию аварийных сообщений и сообщений о событиях. Вся подробная информация обрабатывается через систему приоритетов и фильтров с целью предоставления оператору для принятия решений.

Управление конфигурацией заключается в дистанционном и местном управлении конфигурационными параметрами каждого ПЭГ/ВЗГ через графический пользовательский интерфейс.

Управление безопасностью в системе управления сетью синхронизации подразумевает защиту от несанкционированного доступа с помощью паролей, а также ограничение выполняемых определенным оператором функций в зависимости от присвоенного ему уровня.

Основная стратегия технической эксплуатации системы ТСС на сети республики

1. Обеспечение в процессе эксплуатации проектных решений по ТСС, ее надежности и поддержания требуемого качества по основным показателям работы системы синхронизации на цифровой сети республики.
2. Постоянное развитие и совершенствование методов технической эксплуатации системы ТСС с использованием современных средств контроля и управления сетью.
3. Повышение квалификации обслуживающего персонала

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте