2.6 Тактовая сетевая синхронизация

Любая цифровая система в своей основе требует тактовый задающий генератор, который должен тактировать все внутренние и внешние 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 различные физические факторы, которые вызывают дрожание фазы тактирующих импульсов.

Этими факторами являются:

Шум и помехи, действующие на цепь синхронизации в приемнике;
- изменение длины пути передачи сигнала, обусловленные температурными перепадами, рефракцией в атмосфере и т. д.;
- изменение скорости распространения сигналов в физической среде (в проводных и беспроводных линиях);
- нарушение регулярности поступления хронирующей информации;
- доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств;
- переключения в линиях (срабатывание автоматического резервирования);
- систематические дрожания фазы цифрового сигнала, возникающие в регенераторах (повторителях).

Для решения проблем накопления фазовых дрожаний различного происхождения применяется ряд специальных мер.

Применение эластичной памяти для компенсации кратковременной нестабильности тактовой частоты. Пример использования такой памяти приведен на рисунке 2.47.

Применение высокостабильных генераторов тактовых частот для сетей связи. Как правило, эти генераторы выполнены на основе атомного эталона частоты (цезиевые, водородные, рубидиевые) и обеспечивают долговременную стабильность тактов в заданных пределах, например

10 -12 .

Применение таких генераторов позволяет организовать принудительную иерархическую систему управления множеством тактовых генераторов.

Термины и определения ТСС первоначально приведены в рекомендации МСЭ-Т G.810. Ряд терминов и определений, которые необходимы для дальнейшего изложения материала, приведены ниже.

В цифровых системах понятие "синхронизм" тесно связано с понятием "проскальзывания" (slips).
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 или 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.

Фазовые дрожания - кратковременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени. Если частота отклонений превышает 10 Гц, то их называют джиттером (Jitter). Если частота отклонений не превышает 10 Гц, то их называют блужданиями или вандером (Wander). На рисунке 2.48 представлены характеристики импульсного сигнала с изменением значащих моментов.

В современной технологии контроля получила распространение практика измерения амплитуды дрожания цифрового сигнала в единицах времени: абсолютных мкс (микросекунды) или приведенных - единичных интервалах UI (Unit Interval). Одним единичным интервалом называется время необходимое для передачи одного бита информации с заданной скоростью передачи.
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).Дрожащий цифровой сигнал

Рисунок 2.48 Временные диаграммы дрожащего цифрового сигнала и тактовой последовательности, выделенной из идеального цифрового сигнала

Первичный эталонный генератор (ПЭГ) - высокостабильный генератор, долговременное относительное отклонение частоты которого от номинального значения поддерживается не превышающим 1x10 -11 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 - 10 -11)и существенно более низкую относительно ПЭГ долговременную относительную стабильность.

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

Указанные генераторы имеют следующие иерархические положения по значимости в тактовой сети синхронизации (ТСС).

1-й или высший уровень иерархии ТСС - ПЭГ (иногда называемый нулевым).

1-й уровень иерархии ТСС-ПЭИ (первичный эталонный источник), не являющийся составной частью ТСС, например, международный навигационный спутник GPS или российский ГЛОНАСС, или ПЭГ другой сети.

2-й 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-й уровень иерархии ТСС - ГСЭ, к которым относятся мультиплексоры СЦИ, кроссовые коммутаторы СЦИ, оконечные цифровые АТС.

Источники тактового синхронизма могут быть включены в определенные сетевые конфигурации и 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 (в англоязычной литературе -holdover), при котором запоминается частота сети принудительной синхронизации. По мере ухода с течением времени частоты генератора из-за дрейфа от величины, зафиксированной в начальный момент в памяти, он переходит в так называемый свободный режим (в англоязычной литературе - free-run mode). 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:

а) цифровой сигнал 2048 кбит/с с кодированием в троичном коде HDB3;
б) гармонический одночастотный сигнал с частотой 2048 кГц;
в) гармонический одночастотный сигнал с частотой 10 МГц или 5 МГц и некоторые другие (8кГц, 64кГц).

Блоки сетевой синхронизации (БСС) или SASE выполняются в соответствии с концепцией построения интегрированных сетей синхронизации, например, в Северной Америке 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.

Нормирование частоты проскальзываний введено с рекомендации МСЭ-Т G.822 для стандартного цифрового условного эталонного соединения длиной 27500 км основного цифрового канала 64 кбит/с между абонентскими окончаниями. Это соединение представляет собой соединение двух национальных сетей через несколько международных транзитов и насчитывает в общей сложности до 13 узлов и станций (из них пять центров международной коммутации и на каждой национальной сети по третичному, вторичному и первичному центру коммутации).

В таком соединении может происходить:

а) не более пяти проскальзываний за 24 часа в течение 98,9% времени работы;
б) более пяти проскальзываний за 24 часа, но менее 30 за один час в течение 1 % времени работы;
в) более 30 проскальзываний за один час в течение 0,1% времени работы.

Время работы - не менее одного года.

Качество, обозначенное а), соответствует псевдосинхронному режиму сети.
Качество, обозначенное б), оценивается как пониженное качество, при котором сохраняется трафик.
Качество, обозначенное в), считается неудовлетворительным и соответствует нарушению соединения.

Проскальзывания в явной форме отражаются на качестве услуг электросвязи:

"Об утверждении Правил применения оборудования тактовой сетевой синхронизации"

В соответствии со статьей 41 Федерального закона от 7 июля 2003 г. № 126-ФЗ "О связи" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2003, № 28, ст. 2895) и пунктом 4 Правил организации и проведения работ по обязательному подтверждению соответствия средств связи, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 13 апреля 2005 г. № 214 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2005, № 16, ст. 1463) приказываю:

1. Утвердить прилагаемые Правила применения оборудования.

2. Направить настоящий приказ на государственную регистрацию в Министерство юстиции Российской Федерации.

3. Контроль за исполнением настоящего приказа возложить на заместителя Министра информационных технологий и связи Российской Федерации Б.Д. Антонюка.

	Л.Д. Рейман
Регистрационный № 8652

Правила применения оборудования тактовой сетевой синхронизации

(утв. приказом Министерства информационных технологий и связи РФ
от 7 декабря 2006 г. № 161)

I. Общие положения

1. Правила применения оборудования тактовой сетевой синхронизации (далее - Правила) разработаны в соответствии со статьей 41 Федерального закона от 7 июля 2003 г. № 126-ФЗ "О связи" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2003, № 28, ст. 2895) в целях обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации.

2. Правила устанавливают обязательные требования к параметрам оборудования тактовой сетевой синхронизации (далее - оборудование), предназначенного для использования в сети связи общего пользования и технологических сетях связи в случае их присоединения к сети связи общего пользования. Подключение оборудования к сети связи общего пользования осуществляется с использованием физических цепей.

3. Правила распространяются на следующие виды оборудования:

1) первичный эталонный источник (ПЭИ);

2) первичный эталонный генератор (ПЭГ);

3) вторичный задающий генератор (ВЗГ);

4) местный задающий генератор (МЗГ);

5) распределитель сигналов синхронизации (РСС);

6) преобразователь сигналов синхронизации (ПСС);

7) система управления тактовой сетевой синхронизацией (СУ ТСС).

Первичный эталонный источник предназначен для формирования эталонных сигналов синхронизации. Источником эталонного сигнала является автономное оборудование или приемники навигационных спутниковых систем: ГЛОНАСС - Глобальная навигационная спутниковая система и Глобальная система навигации и определения местоположения (GPS)*, при этом эталонные синхросигналы, поступающие на вход оборудования синхронизации от системы GPS, используются в качестве резерва.

4. Оборудование и системы управления, указанные в пункте 3 Правил, идентифицируются как оборудование тактовой сетевой синхронизации и в соответствии с пунктом 17 Перечня средств связи, подлежащих обязательной сертификации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2004 г. № 896 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2005, № 2, ст. 155), должно пройти процедуру обязательной сертификации в порядке, установленном Правилами организации и проведения работ по обязательному подтверждению соответствия средств связи, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 13 апреля 2005 г. № 214 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2005, № 16, ст. 1463).

II. Требования к оборудованию тактовой сетевой синхронизации

5. Требования к управлению тактовой сетевой синхронизацией приведены в приложении № 3 к настоящим Правилам.

6. Для оборудования тактовой сетевой синхронизации устанавливаются следующие обязательные требования к параметрам:

а) сигналов синхронизации согласно приложению № 1 к настоящим Правилам;

б) ПЭИ, ПЭГ, ВЗГ, МЗГ, РСС, ПСС согласно приложению № 2 к настоящим Правилам;

в) электропитания согласно приложению № 4 к настоящим Правилам;

г) подпункт исключен согласно приказу Министерства связи и массовых коммуникаций РФ от 23 апреля 2013 г. № 93;

д) устойчивости к климатическим и механическим воздействиям согласно приложению № 6 к настоящим Правилам.

_________________________

* Справочно: GPS - Global Positioning System.

Приложение № 1
тактовой сетевой синхронизации

Требования к параметрам сигналов синхронизации

1. Входные сигналы синхронизации 2048 кГц формируются из исходной импульсной последовательности при условии, что затухание на частоте 2048 кГц не превышает 6 дБ.

2. Форма и амплитуда импульсов исходной последовательности приведена на рисунке 1.

"Рисунок 1. Форма и амплитуда импульсов синхросигнала 2048 кГц"

3. Входные сигналы 2048 кбит/с, используемые для синхронизации, формируются из исходной импульсной последовательности, сформированной в коде HDB-3*, и при условии, что затухание на частоте 1024 кГц не превышает 6 дБ.

4. Форма и амплитуда импульсов исходной последовательности приведена на рисунке 2.

"Рисунок 2. Форма и амплитуда импульсов синхросигнала 2048 кбит/с"

5. Выходные синхросигналы 2048 кГц являются импульсной последовательностью, форма и амплитуда импульсов соответствует форме и амплитуде импульсов, приведенных на рисунке 1.

6. Импульсы синхросигнала 2048 кГц на выходе оборудования синхронизации, показанные на рисунке 1, имеют амплитуду В, равную 1,0 - 1,9 В при симметричной нагрузке 120 Ом, и амплитуду В, равную 0,75 - 1,5 В при несимметричной нагрузке 75 Ом. Период повторения импульсов (Т) равен 488 нс, амплитуда В_1 равна половине амплитуды В.

7. Выходные синхросигналы 2048 кбит/с формируются в коде HDB-3. Форма и амплитуда импульсов HDB-3 соответствует форме и амплитуде импульсов, приведенных на рисунке 2.

8. Синхросигнал 2048 кбит/с, состоящий из биполярных импульсов, на выходе оборудования при нагрузке 120 Ом имеет амплитуду импульса (рисунок 2) равную 3В ± 20 %, при нагрузке 75 Ом - 2,37 В ± 20 %. В паузе между импульсами напряжение не превышает 10 % от номинальной амплитуды импульсов. Соотношение амплитуд импульсов разной полярности находится в пределах 0,95 - 1,05.

9. Выходные сигналы 2048 кбит/с структурированы по циклам и сверхциклам, а также переносят информацию об уровне качества источника синхросигнала**.

10. Дрожание фазы выходных синхросигналов в полосе 20 Гц - 100 кГц не превышает 0,05 тактового интервала при времени измерения 60 с.

11. Параметры выходных сигналов синхронизации определяются при условии использования входных сигналов в качестве опорных для измерительного оборудования (при измерениях выходных сигналов ПЭГ и ПЭИ опорным сигналом для измерительного оборудования является сигнал, полученный от поверенного стандарта частоты, у которого ошибка в установке номинала не превышает 2 × 10(-11) отн. ед.).

12. Блуждания фазы выходных синхросигналов при синхронизации оборудования от эталонного генератора, выраженные через характеристики максимальной ошибки временного интервала (далее - МОВИ) и девиации временного интервала (далее - ДВИ), в указанных условиях ограничены следующими пределами:

12.1. Для ПЭГ и ПЭИ:

Ограничительная маска приведена на рисунке 3;

"Рисунок 3. Максимальная ошибка временного интервала для ПЭГ, ПЭИ"

Ограничительная маска приведена на рисунке 4.

"Рисунок 4. Девиация временного интервала для ПЭГ, ПЭИ"

12.2. Для ВЗГ, МЗГ:

Ограничительная маска приведена на рисунке 5;

"Рисунок 5. Максимальная ошибка временного интервала для ВЗГ, МЗГ"

Ограничительная маска приведена на рисунке 6.

"Рисунок 6. Девиация временного интервала для ВЗГ, МЗГ"

12.3. Для РСС и ПСС:

а) МОВИ (нс) ≤ 3 на всех интервалах наблюдения τ (с);

б) ДВИ (нс) ≤ 1 на всех интервалах наблюдения τ (с).

13. Значения амплитуды фазовых блужданий синхросигнала на входах ВЗГ и МЗГ для различных частот f приведены в таблице.

_____________________

* Справочно: HDB-3 - High Density Bipolar 3 (биполярный код с высокой плотностью 3-го порядка).

** Для выходных сигналов ПЭИ, ПСС, РСС допустимо отсутствие информации о качестве источника синхросигнала, а для сигнала от ПЭИ - структурированности по циклам.

Приложение № 2
к Правилам применения оборудования
тактовой сетевой синхронизации

Требования к параметрам ПЭИ, ПЭГ, ВЗГ, МЗГ, РСС, ПСС

1. Оборудование (ВЗГ и МЗГ) синхронизируется от входных синхросигналов, временные параметры которых находятся в пределах, приведенных в пункте 13 приложения № 1 к настоящим Правилам.

2. Выходные сигналы оборудования ПСС не зависят от наличия фазовых блужданий во входном сигнале 2048 кбит/с, пределы которых не превышают 10 мкс на временном интервале (10 - 100) с.

3. Точность установки номинального значения частоты выходных сигналов в отсутствии внешнего синхросигнала (в автономном режиме) ограничена следующими пределами:

3.1. Для ПЭИ и ПЭГ относительное отклонение частоты от номинального значения составляет не более 1 × 10(-11) на суточном и более длительном временном интервале.

3.2. Для ВЗГ изменение частоты при пропадании синхросигнала составляет не более 5 × 10(-10) и 2 × 10(-10) на суточном временном интервале.

3.3. Для МЗГ изменение частоты при пропадании синхросигнала составляет 1 × 10(-9), на суточном временном интервале составляет 1 × 10(-9).

4. Суточный относительный уход частоты в режиме запоминания не превышает: для ВЗГ - 2 × 10(-10), для МЗГ - 1 × 10(-9).

5. Полоса захвата сигнала синхронизации составляет: для ВЗГ - 2 × 10(-8), для МЗГ - 2 × 10(-7).

6. В ПЭГ и ВЗГ обеспечивается резервирование, переключение на резервный комплект не вызывает фазовых скачков в выходном сигнале, превышающих пределы:

1) для ПЭГ, ВЗГ и МЗГ:

а) не более 60 нс на временном интервале τ ≤ 0,001 с;

б) 120 нс на временном интервале 0,001 < τ ≤ 4 с;

в) 240 нс на временном интервале τ ≥ 4 с;

2) для РСС и ПСС - 240 нс на временном интервале 0,1 < τ ≤ 2,5 с.

7. Передаточная характеристика соответствует характеристике фильтра нижних частот с полосой 3 МГц для ВЗГ и 20 МГц для МЗГ. Усиление в полосе пропускания не превышает 0,2 дБ.

8. Выходные сигналы с частотой 5 и (или) 10 МГц и 1 Гц, формируемые оборудованием синхронизации, имеют синусоидальную форму или форму прямоугольных импульсов амплитудой не менее 1 В на нагрузке 50 или 75 Ом.

9. Сигнал 1 Гц, формируемый оборудованием синхронизации, имеет форму импульса, амплитуда которого равна (3,5 - 5) В, длительность не превышает 50 мкс.

Приложение № 3
к Правилам применения оборудования
тактовой сетевой синхронизации

Требования к управлению тактовой сетевой синхронизацией

1. СУ ТСС обеспечивает выполнение функции контроля и управления на уровнях управления сетевыми элементами в следующих областях:

1) области управления обработки неисправностей;

2) области управления качеством синхросигналов;

3) области управления конфигурацией;

4) области управления безопасностью.

1.1. В области управления обработки неисправностей СУ ТСС обеспечивает выполнение следующих функций:

1) обнаружения и локализации неисправностей;

2) индикации неисправностей входного сигнала;

3) ведения журнала истории событий и аварий с указанием: блока - источника события, типа события и времени возникновения.

1.2. В области управления качеством синхросигналов СУ ТСС обеспечивает выполнение следующих функций:

1) контроля параметров входных сигналов и сравнение их с устанавливаемыми масками;

2) вывода результатов измерений;

3) анализа результатов измерений.

1.3. В области управления конфигурацией СУ ТСС обеспечивает выполнение следующих функций:

1) для входных сигналов:

а) выбора канала;

б) установки приоритетов;

в) установки типа входного сигнала;

г) установки уровня допустимого качества входного сигнала;

2) для выходных сигналов:

а) установки резервирования выходного сигнала;

б) включения (выключения) выходного сигнала;

в) установки уровня качества в формируемом сигнале 2048 кбит/с;

3) в части управления:

а) включения (выключения) порта местного управления;

б) установки скорости для последовательного порта.

1.4. В области управления безопасностью СУ ТСС обеспечивает выполнение следующих функций:

а) введения классов пользователей: с разрешением только на просмотр, с разрешением на просмотр и конфигурирование, с разрешением на просмотр, конфигурирование и управление пользователями СУ ТСС;

б) введения паролей и идентификаторов для пользователей.

1.5. Оборудование управляется с помощью местного рабочего терминала, подключаемого через интерфейсы Ethernet, RS-232.

1.6. Оборудование обеспечивает круглосуточный непрерывный режим работы СУ ТСС.

1.7. В СУ ТСС имеются средства контроля, диагностики и восстановления при отказах и сбоях.

Приложение № 4
к Правилам применения оборудования
тактовой сетевой синхронизации

Требования к параметрам электропитания

1. Требования к параметрам электропитания приведены в таблицах №№ 1 - 5.

Таблица № 1. Требования к параметрам источников электропитания

Таблица № 2. Требования к пределам изменения напряжения источников электропитания постоянного тока

Таблица № 3. Требования к параметрам помехи источника электропитания постоянного тока

Таблица № 4. Требования к параметрам напряжения помех, создаваемых оборудованием в цепи источника электропитания

Таблица № 5. Требования к параметрам источников электропитания переменного тока

Параметр	Значение
1. Допустимые изменения напряжения сети переменного тока, В	от 187 до 242
2. Допустимая частота переменного тока, Гц	от 47,5 до 52,5
3. Допустимый коэффициент нелинейных искажений напряжения, %
4. Допустимое отклонение напряжения от номинального значения, %:
а) длительностью до 1,3 с
б) длительностью до 3 с
5. Допустимое импульсное перенапряжение (длительность фронта/ длительность импульса - 1/50 мкс), В
__________________ Примечания:
1) После воздействий по пунктам 4, 5 оборудование соответствует заданным требованиям.
2) В случае снижения напряжения источника электропитания за допустимые пределы и при последующем восстановлении напряжения параметры оборудования восстанавливаются автоматически

2. В оборудовании обеспечивается защита от перенапряжений до 500 В.

Приложение № 5
к Правилам применения оборудования
тактовой сетевой синхронизации

Требования к параметрам электромагнитной совместимости

Приложение исключено согласно приказу Министерства связи и массовых коммуникаций РФ от 23 апреля 2013 г. № 93.

Приложение № 6
к Правилам применения оборудования
тактовой сетевой синхронизации

Требования к параметрам устойчивости к климатическим и механическим воздействиям

1. Оборудование, устанавливаемое в отапливаемых помещениях, соответствует заданным требованиям при температуре от + 5 °С до + 40 °С.

2. Оборудование, устанавливаемое в отапливаемых помещениях, соответствует заданным требованиям при воздействии повышенной влажности до 80 % при температуре + 25 °С.

3. Оборудование не содержит узлы и конструктивные элементы с резонансом в диапазоне частот (5 - 25 Гц).

Синхронизация цифровых сетей – основа их нормальной работы. При восстановлении сигнала важна не только его форма, но и момент его детектирования приемником. Поэтому "часы" на любом из узлов транспортной сети должны показывать "одно и то же время" – т.е. работать синхронно, с точностью до пикосекунды. Как этого добиться без чрезмерно больших затрат, если узлы разнесены порой на тысячи километров?

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СИНХРОНИЗАЦИИ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ПОНЯТИЯ

Проблемы синхронизации цифровых сетей – это часть общей задачи синхронизации цифровых последовательностей, однако они имеют и некоторые специфические особенности. Две сопоставляемые цифровые последовательности могут быть синхронизированы по трем параметрам:

• по времени прихода на узел сети t – временная синхронизация;
• по начальной фазе синхронизируемого блока – фазовая синхронизация;
• по длительности интервала (t) или частоте следования импульсов f = 1/t – частотная синхронизация.

Задача временной синхронизации глобальна, но решается просто, если использовать службу единого скоординированного времени (UTC) или единый источник синхронизации, например навигационные системы Loran-C и GPS/ГЛОНАСС. Фазовая синхронизация актуальна только для конкретного физического устройства и достаточно просто обеспечивается системами фазовой автоподстройки, позволяющими привязывать начальную фазу сигнала к началу такта локального тактового генератора.

Проблема частотной синхронизации – наиболее сложная, поскольку она глобальна и локальна одновременно (она актуальна как для всей транспортной сети, так и для любого конкретного мультиплексора или коммутатора в точке восстановления). Подавляющее большинство проблем синхронизации относится именно к частотной синхронизации, поэтому далее будем рассматривать только ее.

В цифровых системах с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующих плезиохронную и синхронную цифровую иерархию (ПЦИ/PDH, СЦИ/SDH), основной вид синхронизации – тактовая, она определяет остальные (по фреймам и мультифреймам) виды синхронизации. Проблемы синхронизации возникают, когда несколько простых локальных сетей (узлы имеют топологию "звезды" и настолько близки друг к другу, что временем распространения сигналов между ними можно пренебречь), причем каждая со своим источником тактовой сетевой синхронизации (ТСС), объединяются в сложную сеть передачи.

Если на передающем и принимающем узлах частоты источников тактовой синхронизации (хронирующих источников, или таймеров) не совпадают, за определенное время накапливается ошибка временного интервала (ОВИ/TIE), равная разности момента прихода (tп) n-го импульса цифровой последовательности и момента генерации (tг) n-го импульса источником тактовой синхронизации принимающего узла. Частота местного источника ТСС может быть выше или ниже частоты принимаемой последовательности. В зависимости от этого, когда ОВИ становится соизмеримой с длиной тактового интервала, происходит либо пропадание одного импульса, либо формирование лишнего – что приводит к срыву синхронизации. Данное явление называют проскальзыванием или слипом (slip). При передаче аудиосигнала слипы воспринимаются как щелчки – до определенного уровня это терпимо. Однако при передаче данных они приводят к нарушению связи.

Качество синхронизации можно оценить периодом времени, за который накопленная ОВИ приводит к срыву тактовой синхронизации, или частотой проскальзываний в единицу времени. Учитывая, что отдельные участки сложной сети могут синхронизироваться от источников различной точности, важно определить предельно допустимые значения частоты слипов. В соответствии с руководящими техническими материалами Министерства связи (РТМ МС) РФ все системы ТСС классифицируются по четырем типам: синхронный – слипов фактически нет; псевдосинхронный – допускается Ј1 слип/70 дней; плезиохронный – Ј1 слип/17 часов и асинхронный – Ј1 слип/7 с.

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ ТСС

Общие вопросы синхронизации и основные определения описаны в рекомендации ITU-T G.810, они актуальны для сетей как с PDH, так и с SDH. Цель тактовой синхронизации – передать с требуемой точностью информацию о длине единичного тактового интервала t0 (или о тактовой частоте f0) всем устройствам/узлам одной сети или всем взаимодействующим сетям. Компактную региональную сеть можно синхронизировать одним высокоточным таймером (первичным) в центральном узле сети, транслируя его такты на другие узлы сети (как в службе времени большого города). Для этого необходим не только первичный таймер, но и надежная система распределения сигнала синхронизации (СРСС) на все узлы сети.

Если сеть глобальная, то для синхронизации ее можно разделить на несколько региональных сетей, каждая – со своим первичным таймером и СРСС. Существуют два основных метода тактовой синхронизации : иерархический метод принудительной синхронизации с парами таймеров ведущий-ведомый, и неиерархический метод взаимной синхронизации. На практике распространен только первый метод. В качестве единственного он принят и на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) РФ .

СРСС строится по трем альтернативным схемам:

• одноуровневая звезда – все узлы сети питаются от одного первичного эталонного генератора тактовых импульсов (ПЭГ), расположенного в центре звезды (хабе);
• распределенная одноуровневая схема – каждый (или каждый второй) узел сети снабжается ПЭГ или его эквивалентом – приемником сигналов единого первичного эталонного генератора;
• иерархическая многоуровневая схема. Ее суть в том, что сигналы ПЭГ (первый уровень иерархии) распределяются по синхронизируемым элементам (СЭ) дерева сети синхронизации до второго уровня иерархии, где они управляют вторичными источниками – вторичными задающими генераторами (ВЗГ), которые через цепочки СЭ управляют локальными источниками синхронизации третьего уровня иерархии. Эта схема управления часто называется схемой типа ведущий-ведомый (или master-slave). В документах о ВСС РФ принята именно эта схема управления синхронизацией .

ПЭГ строится на основе хронирующих атомных источников тактовых импульсов (водородный или цезиевый эталон) c точностью поддержания частоты не хуже 10-13–10-12. Калибруется вручную или автоматически по сигналам UTC. Сигналы ПЭГ (а также генераторов нижних уровней иерархии) распространяются аппаратурой распределения сигнала синхронизации (SDU/АРСС), обеспечивающей на практике от 16 до 520 интерфейсных выходов сигналов ТСС, которые по наземным линиям связи передаются для управления ВЗГ.

Стандарты предусматривают четыре режима работы хронирующих источников: – режим ПЭГ (мастер-узел); режим принудительной синхронизации (ведомый ВЗГ, транзитный и/или местный узлы); режим удержания (holdover) с точностью удержания 5 10-10 для транзитного узла и 10-8 для местного узла и с суточным дрейфом 10-9 и 2 10-8, соответственно ; свободный режим (free run) для транзитного и местного узлов с точностью удержания 10-8 и 10-6, соответственно.

ТОЧНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОСНОВНЫЕ ОШИБКИ ЭТАЛОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Эталонные источники разных уровней формируют следующие эталонные синхросигналы:

• 2048 кГц – синхронный частотный сигнал в соответствии с ITU-T G.703/13 – для синхронизации АТС, УАК (узлов автоматической коммутации), систем ПЦИ/PDH и СЦИ/SDH;
• 2048 Кбит/с – потоковый синхронный сигнал псевдослучайной последовательности в соответствии с ITU-T G.703/9, или сигнал, получаемый из входного сигнала Е1 (от АТС или УАК) с использованием функции ретайминга (retiming, ресинхронизация). Применяется для синхронизации систем PDH, SDH и мультиплексорного оборудования;
• синхронный 64-кГц сигнал для синхронизации основных цифровых каналов (ОЦК) PDH;
• дополнительные синхронные сигналы 8 кГц; 1; 5 и 10 МГц – для синхронизации цифрового оборудования.

При этом эталонные источники обладают определенной нестабильностью, отдельные параметры которой нормируются соответствующими стандартами для каждого класса оборудования. Основные из них:

• дрожание фазы/джиттер (jitter) – кратковременные, с частотой выше 10 Гц, смещения фронтов сигнала тактовой синхронизации относительно их идеальных положений во времени. Для всех типов генераторов джиттер не должен превышать 5% от длительности единичного интервала в выходном сигнале 2048 кГц или 2048 Кбит/с;
• дрейф фазы/вандер (wander) – медленные, с частотой не выше 10 Гц, смещения фронтов сигнала тактовой синхронизации относительно их идеальных положений во времени. Для всех типов генераторов вандер не должен превышать 12,5% от длительности единичного интервала в выходном сигнале 2048 кГц или 2048 Кбит/с;
• полоса захвата (hold-in range) – максимальное расхождение между тактовыми частотами ведущего и ведомого генераторов, в пределах которого ведомый генератор обеспечивает автоподстройку частоты;
• ошибка временного интервала ОВИ/TIE – разность между измеренными значениями временного интервала Т, необходимого тестируемому генератору для генерации n импульсов длительностью t0 (T = n t0), и аналогичного временного интервала Tref для эталонного генератора (Tref = n tref): TIE(t, n) = T(t, n) – Tref(t, n);
• максимальная ошибка временного интервала МОВИ/MTIE – максимальное значение разброса временных отклонений сигналов тестируемого генератора от эталонного за некоторый период измерения Т;
• девиация временного интервала ДВИ/TDEV – измеренное максимальное отклонение параметров временного интервала от их среднего значения;
• тносительное отклонение частоты Df/fн = (fд – fн) / fн, где fд – действительная частота сигнала, fн – заданная номинальная частота сигнала.

КЛАССЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ХРОНИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ

Основных международных классификаций хронирующих источников две – на основе стандарта ANSI Т1.101 и на основе рекомендаций ITU-T G.811, G.812, G.813. Еще существуют национальные классификации, например предложенная в РТМ МФ РФ классификация на основе понятия "блок системы синхронизации" (БСС) . Статистика возникновения проскальзываний при взаимодействии двух узлов, синхронизируемых таймерами различной точности , показывает, что при существующей точности таймеров синхронный режим вообще недостижим, псевдосинхронный обеспечивают только узлы с таймерами класса Stratum 1 или G.811, а плезиохронный режим можно поддержать, если точность таймеров взаимодействующих узлов не хуже 10-9. Из отечественных таймеров последний режим обеспечивают только генераторы на основе БСС-1. Существенно, что приведенная статистика характеризует только одно звено синхронизации. В многозвенной схеме ситуация ухудшается пропорционально числу звеньев.

ОБОРУДОВАНИЕ СИНХРОНИЗАЦИИ СЕТИ

Оборудование для синхронизации сетей можно условно разделить на две большие категории: автономные хронирующие источники и датчики точного времени. Первые основаны на прецизионных атомных (водородных, рубидиевых или цезиевых) эталонах времени. Достаточно дорогие и редкие до недавнего времени, они (из-за бурного развития синхронных систем связи) производятся серийно и вполне доступны для установки в сетях. Характерные примеры подобных устройств : эталоны водородные – активный VCH-1003A (погрешность по частоте ±1,5 10-12) и пассивный VCH-1004 (погрешность ±3,0 10-12); цезиевый HP 5071A (погрешность ±1,5 10-12); рубидиевый ННИПИ Р-1050С (±2,0 10-11). Более широко (в первую очередь, в качестве БСС) распространены генераторы с кварцевым первичным источником, но они не используются в ПЭГ. Характерный пример – кварцевый таймер ONIIP M0075 с суточной нестабильностью по частоте ±1,0 10-9.

Однако сегодня наиболее простое решение – датчики точного времени, работающие со спутниковыми системами точного времени. Они обладают точностью синхронизации 10-11 и точностью удержания частоты 10-10. Наиболее доступна (из универсальных и точных) система мирового скоординированного времени UTC. Для его трансляции используются несколько спутниковых систем. Наиболее известные из них – международная спутниковая радионавигационная система LORAN-C, отечественная система позиционирования ГЛОНАСС и глобальная система позиционирования GPS (США) . Последняя, в силу дешевизны приемного оборудования, получила наибольшее распространение.

Список литературы

1. РТМ по построению тактовой сетевой синхронизации (ТСС) на цифровой сети связи Российской Федерации. – М.: ЦНИИС, 1995.
2. Концепция развития связи Российской федерации / Под ред. В.Б. Булгака и Л.Е. Варакина. – М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.
3. MainStreet 3645. General Information. Release 5. Newbridge, 1994.
4. Рыжков А.В., Кириллов В.П., Кадерлеев М.К. Основы системы ТСС магистральной цифровой сети. – Вестник связи, 2000, №10.
5. Слепов Н.Н. Современные цифровые технологии оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000.

1.3 Проектирование схем синхронизации

Несколько слов о проектировании схем синхронизации

Важное значение при построении сети синхронизации имеет правильный подход при проектировании и дальнейшей реализации схемы синхронизации.

Исходными данными для проектирования являются:

· существующие схемы организации связи;

· планируемые схемы организации связи или существующие с указанием планируемого оборудования;

· технические характеристики цифровых систем передачи и коммутации.

· При проектировании схем синхронизации необходимо:

· определить основной и резервный источник сигналов синхронизации;

· определить оборудование, на которое будут подаваться сигналы синхронизации от выбранных источников;

· определить возможность оборудования (по техническим характеристикам генератора и интерфейсам) принять сигналы синхронизации от выбранных источников;

· определить потребность в дополнительном оборудовании синхронизации в соответствии с нормами на цепь сетевых элементов (МСЭ-Т G.823 или исходя из условий присоединения к сетям ТСС);

· подготовить схему распределения основных и резервных сигналов синхронизации между узлами;

· подготовить схему внутриузловой синхронизации;

· указать приоритеты приема сигналов синхронизации на оборудовании (в случае если резервных синхросигналов более одного, а также при технической необходимости, учитывая конкретные особенности оборудования);

· определить качество источника (SSM) в передаваемом сигнале синхронизации в точке выдачи синхросигнала для сети синхронизации и на резервном оборудовании;

· определить объект и стык сопряжения разных колец ЦСП СЦИ для возможного резервирования;

· указать использование возможности мониторинга в оборудовании ВЗГ, а также путь прохождения тестового сигнала.

Перед разработкой схемы синхронизации необходимо усвоить следующее.

Каждый узел сети синхронизации обычно использует только один сигнал синхронизации, который затем может быть распределен между оборудованием внутри станции, начиная с точки получения синхронизации по схеме "звезда" без трансляций синхронизма в цепочке внутри узла. С этой целью рекомендуется использовать сигнал 2 048 кбит/с (2 048 кГц). На больших узлах необходимо использовать дополнительную аппаратуру разветвления синхросигналов (АРСС). Каждый узел должен иметь основной и резервные 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).

Рис. 3 Схема организации связи Рис.4 Схема синхронизации

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

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

Основой при разработке схемы тактовой синхронизации сети является детальная схема организации транспортной сети. При проектировании схемы синхронизации должно быть обеспечено согласование оборудования ПЭГ, ВЗГ, ГСЭ. Направление распределения синхросигналов должно быть указано стрелками в схеме синхронизации. На входах оборудования, предназначенного для принудительной синхронизации, должны быть указаны уровни качества (Q1-Q6), обозначены входы (Т1-Т3) и приоритеты (Р1-Р15 и т.д.) использования приходящих сигналов.

Транспортные сети часто строятся в виде колец и цепей. Планирование синхронизации кольца и цепей должно выполняться отдельно, т.к. в кольцах планируются механизмы самовосстановления. При этом для колец желательно иметь два ВЗГ.

Множественно-кольцевые сети необходимо разделять на несколько самовосстанавливающихся подсетей. Внутри каждой подсети синхронизация реализуется 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 поддержать передачу синхросигналов к узлам по “дереву” через минимальное число секций. В большинстве случаев ведущий узел определяется оператором сети. Если это не сделано, то выбор ведущего узла должен делать проектировщик. При этом критериями выбора могут быть: минимальное число иерархических уровней, равномерно сбалансированное “дерево” (с примерно одинаковым числом элементов в ветвях), максимально возможное число элементов на первом уровне иерархии.

Для наглядной интерпретации схемы синхронизации полезно составить иерархическую диаграмму сложной сети. 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.

Иерархическая диаграмма поможет обнаружить петли синхронизации. Важное правило при исключении петель состоит в том, чтобы сигнал всегда шел с верхнего уровня на нижний в направлении стрелок (как для основных, так и для резервных путей). Пример иерархической диаграммы приведен на рис.5. Целесообразно проводить проверку разработанных схем путем моделирования отказов при тестировании фрагментов сети ТСС.

Рис. 5 Схема межузловой синхронизации

Глава 2 «Проблемы тактовой синхронизации»

Качественная синхронизация цифровых систем - основа их нормальной работы. При объединении различных цифровых систем передачи и коммутации в единую систему передачи информации возникает необходимость в обеспечении точного соответствия фазы хронирующего сигнала, управляющего всеми элементами цифровой телекоммуникационной сети. Для этого предназначена система ТСС. Основной ее задачей является обеспечение синхронной работы генераторного оборудования цифровой сети операторов связи.

Создание и развитие системы ТСС имеет важнейшее значение при организации и совершенствовании цифровых сетей общего пользования, особенно в период создания телекоммуникационных сетей следующего поколения (NGN).

Синхронизацией называется процесс подстройки значащих моментов цифрового сигнала для установления и поддержания требуемых временных соотношений. За счёт синхронизации поддерживается непрерывность передаваемой информации и обеспечивается её целостность, т.е. определяется положение передаваемых кодовых слов и их последовательность.

Тактовая синхронизация - это процесс установления точного временного соответствия между принимаемым сигналом и последовательностью тактовых импульсов. Здесь под тактовыми импульсами понимают периодически повторяющиеся импульсы, с частотой, равной частоте повторения символов (битов) в информационном сигнале.

Синхросигналы (СС) в системах передачи искажаются под воздействием помех, т.е. меняется их временное положение. При частоте изменения более 10 Гц происходит так называемое дрожание, а при частоте менее 10 Гц, - блуждание.

В системах передачи применяется синхронизация по символам, тактам и циклам, а в системах коммутации - по битам и циклам.

Подавляющее большинство проблем синхронизации относится именно к частотной синхронизации, поэтому далее будем рассматривать только ее. В цифровых системах с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующих плезиохронную и синхронную цифровую иерархию (ПЦИ/PDH, СЦИ/SDH), основной вид синхронизации - тактовая, она определяет остальные (по фреймам и мультифреймам) виды синхронизации. Проблемы синхронизации возникают, когда несколько простых локальных сетей (узлы имеют топологию "звезды" и настолько близки друг к другу, что временем распространения сигналов между ними можно пренебречь), причем каждая со своим источником тактовой сетевой синхронизации (ТСС), объединяются в сложную сеть передачи.

Если на передающем и принимающем узлах частоты источников тактовой синхронизации (хронирующих источников, или таймеров) не совпадают, за определенное время накапливается ошибка временного интервала (ОВИ/TIE), равная разности момента прихода (tп) n-го импульса цифровой последовательности и момента генерации (tг) n-го импульса источником тактовой синхронизации принимающего узла. Частота местного источника ТСС может быть выше или ниже частоты принимаемой последовательности. В зависимости от этого, когда ОВИ становится соизмеримой с длиной тактового интервала, происходит либо пропадание одного импульса, либо формирование лишнего - что приводит к срыву синхронизации. Данное явление называют проскальзыванием или слипом (slip). При передаче аудиосигнала слипы воспринимаются как щелчки - до определенного уровня это терпимо. Однако при передаче данных они приводят к нарушению связи.

Качество синхронизации можно оценить периодом времени, за который накопленная ОВИ приводит к срыву тактовой синхронизации, или частотой проскальзываний в единицу времени. Учитывая, что отдельные участки сложной сети могут синхронизироваться от источников различной точности, важно определить предельно допустимые значения частоты слипов. В соответствии с руководящими техническими материалами Министерства связи (РТМ МС) РФ все системы ТСС классифицируются по четырем типам:

· синхронный - слипов фактически нет;

· псевдосинхронный - допускается 1 слип/70 дней;

· плезиохронный - 1 слип/17 часов и

· асинхронный - 1 слип/7 с.

Любая цифровая система в своей основе требует тактовый задающий генератор, который должен синхронизировать все внутренние и внешние 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 различные физические факторы, которые вызывают дрожание фазы хронирующих импульсов. Этими факторами являются: шум и помехи, действующие на цепь синхронизации в приемнике; изменение длины пути передачи сигнала обусловлены температурными перепадами, рефракцией в атмосфере и т. д.; изменение скорости распространения сигналов в физической среде (в проводных и беспроводных линиях); нарушение регулярности поступления хронирующей информации; доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств; переключения в линиях (срабатывание автоматического резервирования); систематические дрожания фазы цифрового сигнала, возникающие в регенераторах (повторителях) и т.д.

Глава 3 «д»

Блок питания мониторов

Первый преобразователь реализован на микросхеме IC602 широтно-импульсного регулятора выходного напряжения с мощным выходом и обеспечивает работу монитора в основном (рабочем) режиме. Рассмотрим режим запуска...

Внутризоновая сеть связи Могилевской области

Сеть тактовой сетевой синхронизации (ТСС) строится на базе цифровых сетей связи как наложенная сеть. В ней определяются направления, по которым передаются или могут передаваться сигналы синхронизации...

Времяимпульсный аналого-цифровой преобразователь

Информационно-измерительная система

Вероятность ошибки приема (выделения) кодовой комбинации из 8 разрядов при допустимой вероятности ошибки выделения разрядного импульса (ошибки приема разрядов независимы) находим из выражения }