Часть Вторая

# Системы сигнализации и синхронизации на цифровых сетях.

## Часть 2: Тактовая сетевая синхронизация.

[Содержание] [Введение] [Часть 1] [Часть 2] [Тест]

Любая цифровая система в своей основе требует тактовый задающий генератор, который должен хронировать все внутренние и вешние операции по обработке цифровых данных. Наибольшие сложности в цифровых системах возникают, когда необходимо наладить взаимодействие различных в своей основе цифровых систем, т. е. систем с различными тактовыми генераторами и функциональными реализациями (системы передачи и коммутации). Даже внутри одной системы, например системы передачи, требуется синхронизировать приемник сигнала с передатчиком (тактовый синхронизм, цикловой синхронизм, сверхцикловой синхронизм). Применение разных тактовых генераторов может повлечь за собой сбои передачи, если не произвести принудительной синхронизации генератора приемника генератором передатчика. При этом на стабильность частот генераторов на обоих концах линии цифровой передачи будут влиять следующие факторы: шум и помехи, действующие на цепь синхронизации в приемнике, изменение длины пути передачи сигнала, обусловленные температурными перепадами, изменение скорости распространения сигналов в физической среде (в проводных и беспроводных линиях), нарушение регулярности поступления хронирующей информации, систематические дрожания фазы цифрового сигнала, возникающие в регенераторах и др.

В цифровых системах понятие “синхронизм” тесно связано с понятием “проскальзывание” - исключение или повторение в цифровом сигнале одного или нескольких бит, происходящее вследствие различия в скоростях записи и считывания двоичных данных в буферных устройствах. Проскальзывание может быть управляемым и неуправляемым.

Проскальзывание, которое не приводит к сбою цикловой синхронизации, называют управляемым. При этом сигнал с потерями восстанавливает синхронизм.

При неуправляемом проскальзывании моменты потери и повторения позиций в цифровом сигнале невосполнимы.

Еще одно важное для понимания принципа синхронизации – “фазовые дрожания”- это кратковременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени. Если частота отклонений превышает 10 Гц, то их называют джиттером. Если частота отклонений не превышает 10 Гц, то их называют блужданием или вандером.

Источниками тактовых сигналов в цифровых системах и сетях являются тактовые генераторы, которые подразделяются на первичный эталонный (ПЭГ), ведомый/вторичный задающий (ВЗГ), генератор сетевого элемента (ГСЭ).

Первичный эталонный генератор (ПЭГ) – высокостабильный генератор, долговременное относительное отклонение частоты которого от номинального значения поддерживается непревышающим 1×10ֿ¹¹ при контроле по универсальному координированному времени.

Ведомый задающий генератор (ВЗГ) - генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же качества. ВЗГ обеспечивает, как правило, высокую кратковременную относительную стабильность частоты (около 10-9…10ֿ¹¹ и существенно более низкую относительно ПФЭГ долговременную относительную стабильность (около 10-8).

Генератор сетевого элемента (ГСЭ) – синхронизируемый внешним синхросигналом генератор (обычный кварцевый), помещаемый в мультиплексоры ПЦИ, СЦИ, АТМ, кроссовых коммутаторов и т.д. Такты ГСЭ подстраиваются под внешние такты, как и ВЗГ, однако их собственная относительная долговременная стабильность не превышает 10-6.

Указанные генераторы имеют следующие иерархические положения по значимости в сети синхронизации (ТСС).
1-ый или высший уровень иерархии ТСС - ПЭГ (иногда называемый нулевым),
1-ый уровень иерархии ТСС - ПЭИ (первичный эталонный источник),не являющийся составной частью ТСС, например, навигационный спутник GPS или ПЭГ другой сети,
2-ой уровень иерархии ТСС - ВЗГ, который представляют как транзитный или оконечный и совмещаемый с узлами автоматической коммутации (УАК) и автоматическими междугородными телефонными станциями (АМТС) или цифровыми АТС.
3-ий уровень иерархии ТСС - ГСЭ, к которым относятся мультиплексоры СЦИ, кроссовые коммутаторы СЦИ, оконечные цифровые АТС.

Источники с систем синхронизации (сетей ТСС) подразделяются на два типа: атомные и кварцевые.

Атомные генераторы используют три атомных эталона: рубидий, цезий и водород. Стабильность частоты генератора рубидия составляет на интервале времени 1с – 10-11…10-12 , сутки – 10-12…10-13, месяц – 10-11.

Для цезиевых генераторов стабильность частоты составляет 1с- 10-11…10-13, 1 сутки – 10-13…10-14 за год – 10-13.

Водородный эталон имеет стабильность 10-15.

Кварцевые генераторы подразделяются на три вида: обычные кварцевые, имеющие показатель стабильности на интервале 1с – 10-9, в сутки – 10-7, в год-10-6;
генераторы с температурной компенсацией ТСХО с показателем стабильности в интервале 1с-10-9 в сутки -10-8, в год-10-7…10-8;
генераторы ОСХО (охлаждаемые кварцевые источники) с показателем стабильности в 1с- 10-9…10-10,в сутки -10-7…10-9,с год - 10-9…10-11.

Существуют также источники тактового синхронизма на основе GPS(Global Position System)- глобальной системы позиционирования. В основе системы лежит использование низкоорбитальных спутников системы NAVSTAR.На спутниках размещаются цезиевые стандарты, которые генерируют сигналы заданного вида. Особенностью синхросигнала, генерируемого приемником от GPS, является его высокая долговременная стабильность и низкая кратковременная стабильность, которая зависит от количества спутников.

Источники тактового синхронизма могут быть включены в определенные сетевые конфигурации образовывать различные сети ТСС.

Централизованная сеть распределения синхросигналов от единственного ПЭГ. Эта синхронная сеть, в которой значащие моменты сигналов подстраиваются таким образом, чтобы установить синхронизм, при котором значащие моменты повторяются с некоторой средней точностью. Это принудительная синхронизированная сеть.

Совокупность централизованных подсетей, каждая из которых содержит ПЭГ. При отсутствии взаимосвязи между ПЭГ такая сеть синхронизации обеспечивает псевдосинхронный режим работы соответствующих цифровых подсетей.

Плезиохронный режим сети ТСС может возникнуть в цифровой сети, когда генератор ведомого узла (ВЗГ или ГСЭ) полностью теряет возможность внешней принудительной синхронизации из-за нарушения, как основного, так и всех резервных путей синхронизации. В этом случае генератор переходит в режим удержания, при котором запоминается частота сети принудительной синхронизации. По мере ухода с течением времени частоты генератора из-за дрейфа от величины, зафиксированный в начальный момент в памяти, он переходит в так называемый свободный режим. Этот режим синхронизации уже называется асинхронным и характеризуется большим расхождением частот генераторов, при котором, однако, еще не нарушается процесс передачи информационной нагрузки в сети связи.

Сеть синхронизации ТСС образуется совокупностью генераторов (ПЭГ, ВЗГ, ГСЭ), системой распределения синхросигналов в узлах связи SASE (Stand Alone Synchronization Equipment – отдельное оборудование синхронизации) или блоки сетевой синхронизации (БСС) и между ними и самими синхросигналами, которые транслируются в определенном порядке.

В качестве синхросигналов в сети ТСС могут применяться следующие сигналы:

1. цифровой сигнал 2048 кбит/с с кодированием в троичном коде НDB-3,
2. гармонический одночастотный сигнал с частотой 2048 кбит/с,
3. гармонический одночастотный сигнал с частотой 10 МГц или 5 МГц и некоторые другие.

Блоки сетевой синхронизации (БСС) выполняются в соответствии с концепцией построения интегрированных сетей синхронизации BITS (Building Integrated Timing Supply). Интеграция при построении ТСС предполагает объединение транспортных сетей, сетей доступа, вторичных сетей для поддержки синхронизма. При этом сеть синхронизации должна проектироваться и создаваться как наложенная сеть.

### Основные рекомендации по проектированию сети ТСС.

[наверх]

Распределение тактового синхронизма в цифровой сети осуществляется от базовой сети ТСС. На территории России базовую сеть синхронизации образует сеть ОАО Ростелеком. Базовая сеть представлена различными регионами синхронизации. Каждый регион оснащается ПЭГ. Доставка синхросигналов от ПЭГ по основным и резервным линиям ко всей аппаратуре систем передачи и коммутации, передающейся в синхронизации, осуществляется с помощью аппаратуры ПЦИ и СЦИ и по физическим линиям.

Синхронизация, передаваемая в системах ПЦИ,- это сигнал 2048 кбит/с с тактовой частотой, соответствующей по стабильности частоте ПЭГ. По системам ПЦИ сигнал 2048 кбит/с, несущий синхроинформацию, может передаваться в оба направления.

В системах СЦИ передача синхроинформации с помощью компонентных сигналов 2048 кбит/с не рекомендована из-за возможных значительных скачков фазы компонентных сигналов при согласовании указателей мест их расположения в линейном сигнале STM-N.

Носителем синхроинформации в системах СЦИ является непосредственно линейный сигнал STM-N (N=1,4,16,64).

### Основные рекомендации по проектированию синхронизации в узле.

[наверх]

В том случае, когда необходимо синхронизировать цифровые коммутационные станции, должен быть использован синхросигнал 2048 кбит/с, полученный в результате синхронного мультиплексирования 32-х 64 кбит/с каналов.

Для синхронизации кроссовых переключений в кросс - коннекте (64 кбит/с ×n) из одной системы в другую необходим общий тактовый источник. Таим образом, плезиохронное оборудование ввода-вывода и узла переключений должно работать в сети синхронизации.

Системы ПЦИ с более высокими скоростями передают 2048 кбит/с сигналы в форме, ”прозрачной для синхронизации”. Коммутационные станции, подключенные к таким сетям, получают синхронизацию от приходящих 2048 кбит/с сигналов. В связи с этим ПЦИ сети на скоростях выше 2048 кбит/с полностью независимы от распределения синхронизации.

Каждый узел должен иметь основной и резервный источники синхронизма. Если в случае отказа узел не может получать сигнал синхронизации ни по основному, ни по резервному маршруту, то необходимо в узле установить генератор горячего резерва (ВЗГ).

При проектировании для каждого сетевого элемента индивидуально должны быть определены установки порогов функций качества и приоритетов.

В связи с необходимостью обеспечения высокой надежности оборудования ТСС рекомендуется применять следующие меры: резервировать электоропитаниеи все блоки ПЭГ, ВЗГ, интерфейсы; резервировать все пути доставки синхросигналов к сетевым элементам.

### Основные рекомендации по проектированию межузловой синхронизации.

[наверх]

Основой при разработке схемы тактовой синхронизации сети является детальная схема организации транспортной сети, например, на базе СЦИ. При проектировании схемы синхронизации должно быт обеспечено согласование оборудования ПЭГ, ВЗГ, ГСЭ. На входах оборудования, используемого для синхронизации, должны быть указаны приоритеты и уровни качества приходящего сигнала.

Сети с оборудованием СЦИ часто строятся в виде колец и цепей. Планирование синхронизации кольца и цепей должно выполняться отдельно, т.к. в кольцах планируются механизмы самовосстановления. При этом желательно иметь два ВЗГ.

Множественно-кольцевые сети необходимо разделять на несколько самовосстанавливающихся подсетей. Внутри каждой подсети синхронизация организуется относительно просто. Возможно создание специальных колец распределения синхросигналов.

В линейной цепи распределения синхронизма также рекомендуется планировать два ВЗГ для поддержки устойчивой синхронизации в случае нарушений в линии или в источниках синхросигналов.

Узел для установки ПЭГ должен быть определен оптимально, т.е. так, чтобы обеспечить передачу синхросигналов узлам по дереву через минимальное число секций. В большинстве случаев ведущий узел определяется оператором сети. Если это е сделано, то выбор текущего узла должен делать проектировщик. При этом критериями выбора могут быть: минимальное число иерархических уровней, равномерносбалансированное дерево (с примерно одинаковым числом элементов в ветвях), максимально возможное число элементов на первом уровне иерархии.

На рисунке приведена иерархическая диаграмма схемы синхронизации.

При этом представлении относительно легко определяются узлы, которые не имеют резервных путей передачи синхросигнала. В зависимости от требуемого уровня надежности в таких узлах может потребоваться установка дополнительных резервных источников.

Рисунок 1.10 Схема межузловой синхронизации.

Контрольные вопросы.[наверх]

1. Перечислите известные Вам источники тактовых сигналов.
2. Как называются кратковременные отклонения значащих моментов сигнала от их идеальных положений во времени с частотой более 10 Гц?
3. Что может возникнуть в цифровой сети, когда ВЗГ полностью теряет возможность внешней принудительной синхронизации?
4. Что является синхросигналом в SDH?

[Содержание] [Введение] [Часть 1] [Часть 2] [Тест]