Система тактовой сетевой синхронизации
Построение и развитие систем ТСС (тактовой сетевой синхронизации) важный вопрос для развития цифровой сети операторов электросвязи, а также её взаимодействия с сетью связи общего пользования РФ и с сетями других операторов электросвязи. Тактовая сетевая синхронизация (ТСС) является одним из видов синхронизации, применяемой для обеспечения работы систем передачи и коммутации на цифровых сетях связи РФ. Тактовая сетевая синхронизация поддерживает непрерывность передачи информации по цифровой сети, содержащей различные системы передачи и коммутации и расположенные в пространственно-разнесённых точках этой сети. Задачей тактовой сетевой синхронизации сетей связи является обеспечение всех задающих генераторов систем передачи и коммутации, участвующих в формировании информационных последовательностей, эталонными синхросигналами или сигналами, имеющими одну и ту же частоту на всей сети в достаточно обширном географическом пространстве.
Синхронизация необходима в любых цифровых сетях связи.
Синхронизация сети – структура
Задача сети синхронизации состоит в определении порядка передачи синхросигнала и условий, при которых запрещается его приём. В ней определяются направления, по которым передаются или могут передаваться сигналы синхронизации. Важным аспектом является выбор иерархии (схемы) распределения синхросигналов. Существует два основных варианта построения системы тактовой сетевой синхронизации.
Первая базируется на системах передачи ПЦИ или СЦИ/СОНЕТ и имеет иерархическую архитектуру ведущий-ведомый с соответствующими слоями распределения, резервирования и передачи синхросигналов. В каждом регионе устанавливается свой ПЭГ, от которого синхронизируются, непосредственно или через промежуточные пункты, все входящие в цифровую сеть узлы и станции, расположенные на территории данного региона. Количество последовательно включаемых ВЗГ в цепочке от ПЭГ до последней станции местной сети ограничено и не может превышать 10. Синхронизация от ПЭГ и ВЗГ передаётся во все направления, в которые поступают первичные цифровые потоки Е1 по каналам и трактам PDH, и на все узлы и станции, связанные с данными ПЭГ или ВЗГ по системам SDH.
Вторая основывается на использовании сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) от спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS или GPS/ ГЛОНАСС для синхронизации оборудования узлов сети связи.
GNSS-спутниковая система распределяет установленное всемирное координированное время (UTC) и частоту непосредственно всем местным генераторам. Это технически выполнимо и достигается установкой на каждом узле всего одного генератора, управляемого сигналами GNSS. Система обеспечивает получение небольших блужданий, так как содержит короткие цепи передачи синхросигналов и имеет простую структуру сети, легко поддаётся изменениям и развитию. А сеть синхронизации на основе системы передачи не требует для своего развития изменений существующей структуры.
GNSS-базовая архитектура не создаёт риска образования замкнутых петель, которые просто обнаружить, так как она существует только в пределах узла связи, на котором может быть один эталонный синхросигнал. Метод распределения синхросигнала по сети с помощью систем передачи имеет необходимую избыточность и резервные пути приёма синхросигнала при достаточной устойчивости и работоспособности в любых сложных условиях.
Чем больше цифровая сеть, а, следовательно, и сеть ТСС, тем больше элементов, содержащих внутренние генераторы, которые вносят свои коррективы в общий фон работы сети. Цифровые сети постоянно растут и развиваются, их структура становится всё сложнее. Сигналы синхронизации из-за неправильного проектирования основного и резервного направления могут образовывать петли по синхронизации, которые должны обнаруживаться при проведении специальных проверок (по средствам измерений), т.е. при аудите.
Построение и планирование подобных систем представляет важный процесс, которому уделяют большое внимание технические специалисты разных предприятий, операторы электросвязи, а также научные организации разных стран. Существуют специальные требования, которые разработаны и изложены в документации ITU-T (международные рекомендации) и ESTI (международные стандарты), а также в руководящих рекомендациях и документации РФ.
О проектировании схем синхронизации
Задача проектирования сети ТСС состоит в выборе получения сигналов синхронизации, их распределений внутри цифровой сети для обеспечения надёжной синхронизацией всего цифрового оборудования, нуждающегося в синхронизации.
В результате проектирования создаётся схема сети ТСС. В ней указываются источники получения сигналов синхронизации, порядок их распределения на сети связи, а также место остановки и вид оборудования синхронизации, необходимого для надёжной синхронизации цифровой сети.
При проведении перспективного проектирования необходима схема развития и существующая схема сети связи, которые должны содержать данные о предполагаемом к установке и установленном на сети коммутационном оборудовании и оборудовании систем передачи.
В процессе разработки схемы сети ТСС необходимо:
Принципы построения системы тактовой сетевой синхронизации. Сеть ТСС является единой для всех цифровых сетей, входящих в Взаимоувязанную сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ)
Сеть ТСС является единой для всех цифровых сетей, входящих в Взаимоувязанную сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ).
Система синхронизации должна обеспечивать синхронную передачу по цифровой сети сигналов первичного цифрового потока Е1 и, следовательно, всех компонентных сигналов с более низкими скоростями передачи. Для этого на каждой станции или узле должны синхронизироваться цифровые устройства коммутации телефонных каналов, аппаратуры кроссовых соединений, каналообразующая аппаратура PDHи мультиплексоры SDH.
Цифровая сеть ВСС РФ разбивается по синхронизации на регионы, в пределах которых синхронная работа организуется по принципу иерархической принудительной синхронизации. Регионы между собой должны работать в псевдосинхронном режиме, т. е. точность установки частоты ПЭГ должна быть выше 10″». В каждом регионе тактовая синхронизация должна происходить от ПЭГ или непосредственно, или с помощью ВЗГ, управляемых от ПЭГ.
Разбиение территории России на регионы по синхронизации осуществляется исходя из следующих положений:
— регион синхронизации по возможности должен совпадать с регио
ном управления сети ВСС РФ;
— каждый регион в перспективе должен иметь разветвленную цифро
вую сеть и взаимодействовать с другими регионами по нескольким маги
стральным линиям передачи;
— регион должен иметь определенный центр, который поддерживает
прямые связи с основными узлами данного региона;
в качестве центра региона целесообразно выбирать или узел автома
тической коммутации (УАК) или международный центр коммутации
— (МЦК). В условиях разделения цифровой сети на первичную и вторич
ную, устанавливаемый в центре региона ПЭГ является принадлежностью
первичной сети:
— в пределах одного региона на магистральной и внутризоновой сетях
должно быть более 3. 4 последовательно подключенных узлов пере
приема сигналов синхронизации с помощью аппаратуры синхронизации
2-го уровня иерархии.
В настоящее время на цифровой сети России создано пять регионов синхронизации: Московский, С-Петербургский,
 |
| Рис. 5.9. Входы и выходы синхросигнала в сетевом элементе SDH |
Ростовский, Новосибирский, Хабаровский. Возможно, в процессе развития цифровых сетей возникнет необходимость создания Самарского, Екатеринбургского и Иркутского регионов.
В каждом регионе устанавливается свой ПЭГ, от которого синхронизируются, непосредственно или через промежуточные пункты, все входящие в цифровую сеть узлы и станции, расположенные на территории данного региона. При этом каждый регион может самостоятельно и полноценно работать в псевдосинхронном режиме с международной (глобальной) цифровой сетью. Точно также обеспечивается псевдосинхронное взаимодействие регионов между собой.
Количество последовательно включаемых ВЗГ в цепочке от ПЭГ до последней станции местной сети ограничено и не может превышать 10. Синхронизация от ПЭГ и ВЗГ передается во все направления, в которые поступают первичные цифровые потоки Е1 по каналам и трактам PDH, и на все узлы и станции, связанные с данными ПЭГ или ВЗГ по системам SDH.
В качестве ВЗГ узлов коммутации и коммутационных станций используются блоки системы синхронизации (БСС) соответствующего уровня. Генераторы сетевых элементов (ГСЭ) SDH синхронизируются от ПЭГ, ВЗГ или от предыдущего ГСЭ, включенного в цепь синхронизации.
Для синхронизации всего оборудования, установленного на узле или станции, должен использоваться один источник синхросигнала (последовательный переприем синхросигналов недопустим). Схема соединений должна иметь вид звезды с расходящимися лучами.
Схема синхронизации врегионе должна иметь древовидную топологию без замкнутых колец. Разветвление происходит в каждом узле, где установлен ВЗГ. К каждому ВЗГ синхросигналы должны поступать как минимум по двум пространственно разнесенным направлениям. Переключение на резервное направление приема синхросигнала не должно создавать замкнутых петель.
Для обеспечения живучести сети ТСС должны быть предусмотрены резервные пути передачи синхросигналов, в том числе и от ПЭГ соседних регионов.
Схема обеспечения сигналами синхронизации сетевого элемента (СЭ) аппаратуры SDH (синхронный мультиплексор, регенератор, аппаратура оперативного переключения и др.) приведена на рис. 5.9.
Принципы выбора источника синхронизации для самого СЭ и источника внешней синхронизации изложены ниже.
Каждому из указанных сигналов в СЭ назначается соответствующий уровень качества и приоритет, что служит основой для организации выбора текущего синхросигнала, а также для переключения на следующий по порядку источник синхросигнала при неисправности текущего. При таком переключении выбирается сигнал более высокого качества, и лишь при одинаковом качестве учитывается приоритет. Уровни качества строго регламентированы соответствующими рекомендациями МСЭ-Т и это отражается в заголовке мультиплексной секции (MSOH) STM байтами Sl(2). Таким образом, сообщение о статусе синхронизации позволяет задать качество сигнала STM-N независимо от уровня качества входных синхросигналов СЭ, что важно при возникновении неисправностей и реконфигурации путей доставки сигналов синхронизации. Введение этого сообщения позволяет организовать выбор текущих синхросигналов в СЭ таким образом, чтобы избежать образования так называемых петель тактовой синхронизации (рис. 5.10), которые характеризуются тем, что СЭ синхронизируется от сигнала, полученного с выхода этого же СЭ.
Качественное функционирование сети ТСС требует соответствующей системы управления (СУ ТСС). Основными функциями СУ ТСС являются:
1. Управление качеством формирования и передачи сигналов ТСС предполагает сбор и обработку результатов контроля и измерений максималь 
Рис. 5.10. Передача сигнала синхронизации от ПЭГ к СЭ SDH
ной относительной ошибки временного интервала (МОВИ), под которым понимается максимальный размах изменения времени запаздывания синхросигнала, определяемый между двумя пиковыми отклонениями идеального синхросигнала в течение определенного времени 5, т. е.
3. Управление обработкой неисправностей в ТСС, под которой понимается сбор и обработка данных о состоянии ПЭГ/ВЗГ/SASE, генерация сигналов аварийных сообщений и сообщений о событиях. При этом попытка устранения неисправности делается на возможно более низком уровне. Например, переключение на резервный стандарт ПЭГ делается на микропроцессоре самого ПЭГ, и лишь информация об этом.
передается на центральную PC СУ ТСС. Вся подобная информация обрабатывается через систему приоритетов (выделение первичных неисправностей из их общего числа и т. п.) с целью представления оператору для принятия решения.
Управление конфигурацией ТСС заключается в дистанционном и
местном управлении конфигурационными параметрами (топологией
 |
3. сети)
каждого ПЭГ/ВЗГ/SASE. При этом СУ ТСС обнаруживает несоответствие
между конфигурационными параметрами, хранящимися в базе данных
PC, и реальными параметрами ПЭГ/ВЗГ/SASE. Также предусмотрена
возможность дистанционной загрузки с центральной PC внутреннего про
граммного обеспечения ПЭГ/ВЗГ/SASE.
4. Управление безопасностью сети ТСС подразумевает защиту от не
санкционированного доступа с помощью паролей, а также ограничение
выполняемых определенным оператором функций в зависимости от при
своенного ему уровня. Операторы нижних уровней должны иметь доступ
только к функциям контроля информации, а операторы более высоких
уровней помимо указанных функций должны иметь доступ и к функции
изменения конфигурации сети ТСС. Оператор высшего уровня должен
иметь доступ ко всем функциям СУ ТСС.
5.4. Общие принципы построения цикловой синхронизации
5.4.1. Отличительные признаки циклового синхросигнала
Система цикловой синхронизации (СЦС) предназначена для восстановления и удержания состояния циклового синхронизма между передающей и приемной станциями ЦСП, что обеспечивает правильное распределение групповых АИМ сигналов по отдельным каналам, а также синхронную работу передающего и приемного оборудования временного группообразования. Выше было отмечено, что цикловая синхронизация осуществляется с помощью циклового синхросигнала (ЦСС), вводимого в соответствующие цифровые потоки: Е1. Е4 или STM-N.
В самом общем виде канал цикловой синхронизации представляет совокупность следующих основных блоков (рис. 5.11): формирователь синхросигнала (ФСС), формирующий определенную структуру синхросигнала; передатчик синхросигнала (Пер СС), обеспечивающий ввод синхросигнала в структуру соответствующего цифрового потока; приемник синхросигнала (Прм СС), выделяющий синхросигнал из цифрового сигнала соответствующего потока; блок управления цикловой синхронизацией (БУЦС), обеспечивающий управление процессами цикловой синхрониза
Рис. 5.11. Канал цикловой синхронизации
ции, а именно поиск и поддержание синхронизма, защиту от ложного синхронизма.
Прежде чем перейти к классификации и анализу конкретных способов цикловой синхронизации приемных станций ЦСП с ИКМ-ВРК, рассмотрим основные отличительные признаки синхросигнала и способов его ввода в групповой ИКМ сигнал. Синхросигнал, определяющий начало каждого цикла, формируется на передающей станции и вместе с информационными сигналами передается по соответствующим трактам ЦСП (рис. 5.11). Для выделения синхросигнала на приемной станции его необходимо отличить от информационного сигнала.
Первым отличительным признаком синхросигнала является его периодичность и постоянное место в временном спектре соответствующего цифрового потока. Эти свойства синхросигнала используются при построении приемника синхросигнала Прм СС (рис. 5.11). Очевидно, что групповой ИКМ поток в силу случайного характера первичных сигналов свойством периодичности не обладает.
Синхросигнал различают по числу символов или разрядов (многоразрядные и одноразрядные), по структуре (характеру чередования импульсов и пробелов) и по распределению символов в цикле передачи (сосредоточенные и рассредоточенные). В частном случае в качестве синхросигнала может быть использована периодическая последовательность, состоящая из одиночных или чередующихся импульсов (единиц) и пробелов (нулей). Классификация типов синхросигнала представлена на рис. 5.12.
 |
 |
| Рис. 5.13. Способы передачи циклового синхросигнала |
На рисунке показаны: цикл, содержащий одноразрядный синхросигнал (рис. 5.13,а); цикл, содержащий многоразрядный сосредоточенный синхросигнал (рис. 5.13,6), и цикл, содержащий многоразрядный рассредоточенный синхросигнал (рис. 5.13,6). Наибольшее применение в ЦСП ИКМ-ВРК получил способ передачи многоразрядного сосредоточенного синхросигнала.
От генераторного оборудования (ГО) периодическая последовательность импульсов, следующая с тактовой частотой соответствующего цифрового потока, поступает на Регистр сдвига, часть отводов с ячеек которого через инверторы DD, преобразующие символ 1 в символ 0, а часть непосредственно объединяются элементом ИЛИ. При показанном на рисунке порядке подключения инверторов формируется синхрогруппа вида 0011011. Изменяя число ячеек-отводов регистра сдвига, число инверторов и порядок их включения, можно получить любую структуру кодовой группы соответствующего синхросигнала.
Сеть тсс что это
— кварцевый генератор, управляемый напряжением
— максимальная ошибка временного интервала
— максимальная относительная ошибка временного интервала
— международный центр коммутации
— опорная станция городской телефонной сети
— опорная станция сельской телефонной сети
— основной цифровой канал
— плезиохронная цифровая иерархия
— первичный эталонный генератор
— районная автоматическая телефонная станция
— сельская телефонная сеть
— сеть управления электросвязи
— синхронная цифровая иерархия
— тактовая сетевая синхронизация
— узел автоматической коммутации
— узел входящего сообщения
— междугородний узел входящего сообщения
— узел исходящего и входящего сообщения
— сельский узел связи
— цифровая соединительная линия
— эталонный кварцевый генератор
ВВЕДЕНИЕ
Развитие цифровых сетей связи в Российской Федерации тесно связано с необходимостью создания и совершенствования системы тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Необходимость в ТСС возникает, когда цифровые системы передачи интегрируются с электронными цифровыми системами коммутации каналов в единую цифровую сеть, обеспечивающую передачу и коммутацию сигналов в цифровой форме. С помощью ТСС цифровой сети обеспечивается установка и поддержание определенной тактовой частоты цифровых сигналов, которые предназначены для цифровой коммутации, цифрового транзита и синхронного объединения, с тем, чтобы временные соотношения между этими сигналами не выходили за определенные пределы и, следовательно, частость проскальзываний на сети не превышала установленные МСЭ-Т пределы.
В последнее время на сети общего пользования и ведомственных сетях ВСС России введены в эксплуатацию и строятся линии связи большой протяженности, оборудованные мощными цифровыми системами передачи, в большинстве своем относящиеся к синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Одновременно в ряде крупных городов введены в эксплуатацию цифровые междугородные коммутационные станции. Для эффективной работы создаваемой цифровой сети необходима организация единой системы ТСС, которая должна обеспечивать передачу различной цифровой информации с качеством, отвечающим требованиям МСЭ, и, практически, не влиять на надежность и живучесть самой цифровой сети.
Однако работа по построению такой системы ТСС с учетом российских условий сдерживались из-за отсутствия общей концепции, рекомендаций по проектированию и требований к аппаратуре синхронизации, что вызвало необходимость в разработке руководящего документа по построению ТСС на цифровой сети Российской Федерации.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Сеть, в которой значащие моменты сигналов подстраиваются таким образом, чтобы установился синхронизм, при котором значащие моменты точно повторяются с некоторой средней скоростью.
Взаимно синхронизированная сеть
Синхронизированная сеть, в которой каждый генератор влияет на управление всеми остальными генераторами.
Принудительно синхронизированная сеть
Синхронизированная сеть, в которой единственный генератор управляет всеми остальными генераторами.
Иерархическая синхронизированная сеть
Синхронизированная сеть, в которой каждому генератору придан определенный статус, определяющий степень управления им со стороны других генераторов.
Метод синхронизации, при котором информация для синхронизации данного узла получается как разность фаз между сигналом местного генератора и входящим сигналом от синхронизирующего узла.
Метод синхронизации, при котором информация для синхронизации данного узла получается путем сравнения фаз между сигналом местного генератора и входящим сигналом, полученным на синхронизирующем узле, и передаваемой по линии связи синхронизируемому узлу с разностью фаз местного генератора и входящего сигнала, полученной на данном синхронизируемом узле.
Исключение или повторение и цифровом сигнале одного или нескольких бит, происходящее вследствие различия в скоростях записи и считывания буферных устройств.
Необратимая потеря или повторение блока позиций цифрового сигнала, когда как величина, так и момент потери или повторения блока управляются таким образом, чтобы дать возможность данному сигналу согласовать свою скорость с другой скоростью, отличающейся от его собственной.
Потеря или повторение позиции или блока позиций цифрового сигнала, которые происходят за счет нарушения процессов хронирования, связанных с передачей и коммутацией цифровых сигналов, когда как величина, так и момент потери или повторения позиций в цифровом сигнале не управляются.
Первичный эталонный генератор (ПЭГ)
Высокостабильный генератор, долговременное относительное отклонение частоты которого от номинального значения поддерживается не превышающим 1×10 при контроле по универсальному координированному времени. Этот генератор обладает на сети синхронизации наивысшим качеством и занимает высшую (первую) ступень в иерархии.
Ведомый задающий генератор (ВЗГ)
Генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же качества. Ведомый задающий генератор наивысшего качества занимает вторую ступень в иерархии и обычно устанавливается на транзитных узлах. В местных узлах устанавливаются ведомые задающие генераторы, стоящие на третьей иерархической ступени.
Синхронизированный сетевой узел
Узел, в котором установлено цифровое оборудование, нуждающееся в синхронизации.
Синхронизированный сетевой узел, который соединен с другими узлами и не имеет непосредственной связи с потребителями.
Синхронизированный сетевой узел, который непосредственно связан с потребителями.
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТСС
1.1. Необходимость синхронизации и основные рекомендации МСЭ-Т в части построения сети синхронизации
1.1.1. Все операции по обработке сигналов в цифровых системах передачи (будь то передающая или приемная аппаратура) и системах коммутации должны выполняться в строгой последовательности во времени и синхронно. Во всех системах передачи с временным разделением каналов (и в том числе работающих по принципу ИКМ) приемное оборудование всегда должно работать синхронно с передающим. Только в этом случае переданные сигналы попадут на приемной стороне на отведенные им временные позиции и в свои каналы. На каждой цифровой коммутационной станции скорость обработки сигналов задается одним станционным генератором. Все эти функции выполняются с помощью устройств внутриаппаратной синхронизации, входящих в состав устройств передачи и коммутации.
1.1.2. Проблема тактовой сетевой синхронизации (ТСС) возникает, когда цифровые системы передачи интегрируются с электронными цифровыми системами коммутации в единую цифровую сеть, обеспечивающую передачу и коммутацию сигналов в цифровой форме.
1.1.4. Требования к частости проскальзываний при соединении от абонента до абонента по каналу 64 кбит/с нормируются согласно рекомендации МСЭ-Т G.822 (далее Рек. ) с помощью стандартного цифрового условного эталонного соединения длиной 27500 км, которое представляет собой соединение двух национальных сетей через несколько международных транзитов и насчитывает в общей сложности 13 узлов и станций. По Рек. G.822 в этом соединении должно происходить:
а) не более 5 проскальзываний за 24 ч в течение 98,9% времени работы;
b) более 5 проскальзываний за 24 ч, но менее 30 за 1 ч в течение 1% времени работы;
с) более 30 проскальзываний за 1 ч в течение 0,1% времени работы.
1.1.5. В идеально работающей синхронной цифровой сети возможность возникновения проскальзываний исключена. Нормирование проскальзываний в Рек. G.822 означает, что МСЭ-Т в принципе допускает в известных пределах нарушения в работе синхронизации и использование на синхронных цифровых сетях несинхронных режимов работы.
1.2. Режимы работы сети ТСС
Рекомендацией МСЭ-Т G.803 определены четыре режима работы сети синхронизации (рис.1):