5. Организация сети тактовой синхронизации

Hарушение тактовой синхронизации может привести к увеличению коэффициента ошибок, фазовым дрожаниям и проскальзываниям в цифровой последовательности. В сети допускаются только управляемые проскальзывания, которые не приводят к потере цикловой синхронизации. Интервалы времени, указанные выше, между проскальзываниями могут быть также рассчитаны по значениям долговременной точности частот генераторов в сети. Ниже приведен пример расчета.

Допустим, на узел Х сигнал поступает со скоростью С1 и записывается в эластичную память, скорость считывания соответствует сигналу генератора узла Х и равна С2, тогда разность между скоростями передачи информации на входе и выходе эластичной памяти равна

,

где – относительная погрешность частоты генераторов.

Введем обозначения:

–длительность цикла (для передачи телефонных сигналов в Е-1 равна 125 мкс);

–количество битов в цикле;

–интервал времени между проскальзываниями.

Тогда, учитывая, что

интервал между проскальзываниями может быть рассчитан по формуле

Для построения сети синхронизации цифровых транспортных сетей используется первичный эталонный генератор (Primary Reference Clock – PRС). Первичный генератор представляет собой атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор) с точностью не хуже . Он калибруется вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени. Кроме того, необходима надежная система передачи сигнала синхронизации на все узлы сети.

Существуют два основных метода синхронизации:

главный–подчиненный (master–slave synchronization);

взаимная (mutual synchronization).

Наиболее часто в России используется метод синхронизации транспортных сетей «главный–подчиненный».

Сети синхронной цифровой иерархии разрабатываются для организации различных типовых цифровых трактов. При построении сетей синхронизации используются разные версии. Каждая версия объединяет генераторы сигналов тактовой синхронизации различного качества. В табл. 5.1 и 5.2 приведены указанные версии.

Таблица 5.1

Версия I. Сигналы тактовой синхронизации

Источник синхронизации	Порядок уровня качества	Параметры (по Рекомендации МСЭ-Т)
QL-PRC	Высший	G.811
QL-SSU-A		G.812, тип I или V
QL-SSU-B		G.812, тип VI
QL-SEC		G.813
QL-DNU	Низший	Для синхронизации использовать нельзя

Таблица 5.2

Версия II. Сигналы тактовой синхронизации

Источник синхронизации	Порядок уровня качества	Параметры (по Рекомендации МСЭ-Т)
QL-PRS	Высший	G.811
QL-STU
QL-ST2		G.812, тип II
QL-TNC		G.812, тип V
QL-ST3E		G.812, тип III
QL-ST3		G.812, тип IV
QL-SMC		G.813
QL-ST4
QL-PROV
QL-DUS	Низший	Для синхронизации использовать нельзя

Приведем обозначения генераторов.

PRC – первичный эталонный генератор (генератор самого высокого уровня качества).

SEC – генератор сетевого элемента (генератор самого низкого уровня качества в первой версии).

SSU – ведомые или вторичные генераторы сетевых узлов (локальных или транзитных). Качество таких генераторов выше качества SEC.

Генератор более высокого качества синхронизирует генераторы более низкого уровня качества. Имеются ограничения на число генераторов, которые могут быть связаны в распределении или дистрибуции синхронизации. Опорные сигналы генераторов распределяются через сеть дистрибуции, которая использует средства транспортной сети.

Возможны следующие два метода распределения синхронизации:

1) восстановление хронирования, которое поддерживается сетью SDH, например, на уровне выделения сигнала хронирования из STM-N. Это исключает непредсказуемое влияние регулирования указателя на подчиненный генератор исходящего потока;

2) получение хронирования от источника синхронизации, который не поддерживается сетью SDH.

В сетях SDH функции источников хронирования могут быть различных типов:

PRC может быть автономным генератором или синхронизироваться по радиосигналу или спутниковому сигналу;

SSU может быть автономным генератором или синхронизироваться от PRC. На рис. 5.1 приведена функциональная схема SSU, который выбирает один из источников синхронизации, подключенных к его входу, и распределяет его к другим элементам в узле;

SEC (внутренний генератор оборудования) может быть автономным только при потере синхронизации от сигналов хронирования более высокого уровня качества. Синхронизируется от PRC или SSU. Функциональная схема приведена на рис. 5.1.

На рис. 5.1 также показаны возможные эксплуатационные режимы генераторов. В режиме захвата или режиме внешней синхронизации на вход схемы поступают эталоны хронирования. Одним из эталонов управляется выходной сигнал хронирования. Используется схема фазовой автоподстройки частоты. В этом режиме работы подчиненные генераторы имеют такую же среднюю частоту, как и ведущий генератор. Далее, если все эталоны хронирования недоступны, то начинается режим удержания. Это означает, что сигнал хронирования на выходе схемы сохраняет параметры режима захвата благодаря наличию устройства памяти в схеме генератора. Возможен и несинхронизированный или автономный режим, когда сигнал хронирования определяется только параметрами данного генератора, при этом недоступны входные эталоны и выходные данные памяти. Этот режим называется также режимом свободных колебаний.

В транспортной сети возможны четыре режима синхронизации:

синхронный;

псевдосинхронный;

плезиохронный;

асинхронный.

В синхронном режиме все генераторы в сети синхронизируются единственным PRC. Изменения значений указателей TU/AU могут происходить только случайно. В этом режиме проскальзываний нет. Это нормальный режим работы в пределах сети отдельного оператора.

В псевдосинхронном (почти синхронном) режиме не все генераторы в сети синхронизируются единственным PRC. Однако каждый из PRC будет подчиняться требованиям, указанным выше, и поэтому изменение значений указателей будет произведено в элементах сети на границе между оборудованием, синхронизируемым различными PRC. В таком режиме регламентируется низкий уровень проскальзываний (одно проскальзывание в 70 суток). Это нормальный режим работы сети, обслуживаемой разными операторами.

Если в плезиохронном режиме рабочий и защитный трейлы синхронизации к одному или большему количеству генераторов в сети будут повреждены, то генератор войдет в режим удержания или несинхронизированный режим. Если синхронизация потеряна к элементу сети SDH, выполняющему асинхронное отображение, то смещение и дрейф частоты генератора могут быть причиной изменений значений указателей. В этом случае допускается средний уровень проскальзываний (не более одного проскальзывания в течение 17 часов).

Асинхронный режим соответствует ситуации, при которой происходят большие смещения частоты. Если точность частоты генератора меньше, чем требуемая точность частоты SEC, то нарушается нормальный режим работы сети и при точности генератора ±20 ppm посылается сигнал индикации аварийного состояния (Alarm Indication Signal – AIS). Распределение синхронизации может быть внутриузловое (в пределах узлов, содержащих SSU) и межузловое.

Распределение внутриузловое соответствует логической топологии звезды (рис. 5.2). Все генераторы более низкого уровня в пределах границы узла получают хронирование от генератора самого высокого уровня качества в узле. Только генератор самого высокого уровня качества в узле может восстановить хронирование по линии синхронизации от других узлов. Хронирование распределяется от элементов сети в пределах границы узла к элементам сети вне границы через среду передачи SDH.

Распределение межузловое соответствует древовидной топологии. Иерархические отношения между генераторами показаны на рис. 5.3. Такая архитектура, в которой генераторы более низкого уровня качества принимают хронирование от генераторов того же самого или высшего уровня качества, позволяет предотвратить петлю по синхронизации, а это необходимо для правильной работы сети синхронизации.

Информация о сигнале хронирования передается между узлами синхронизации. При нарушении синхронизации генератор узла должен выбирать другой эталон из предлагаемого набора. Когда нет возможности выбора, генератор узла должен входить в режим удержания.

Известна структура эталонной цепи сети синхронизации. Осуществляется метод хронирования «главный–подчиненный». Сигнал хронирования от PRC передается на все генераторы в цепи синхронизации. Самая длинная цепь не превышает k × SSU и содержит n × SEC между соседними SSU.

Качество хронирования ухудшается с увеличением числа синхронизированных генераторов и, следовательно, для практического проекта сети синхронизации число каскадно включенных элементов сети должно быть минимизировано. Для самой длинной опорной цепи синхронизации

k = 10; n = 20,

при этом общее число SEC не больше 60.

Величина n ограничена качеством хронирования, которое требуется для синхронизации последнего в соединении сетевого элемента. Величины k и n были получены из теоретических расчетов. В случае отказа синхронизации все элементы сети будут искать восстановление хронирования от источника с более высоким или равным по уровню качеством. Это гарантирует то, что SEC редко вступает в режим удержания или несинхронизированный режим. Статус синхронизации передается в заголовке мультиплексной секции.