Синхронизация цифровой транспортной сети
Задача цикловой синхронизации СЦТС отличается от аналогичной задачи для плезиохронных систем лишь постольку, поскольку в синхронных системах циклы всех ступеней иерархии синхронны, а потому отсутствует последовательность вхождения в синхронизм, начиная с верхних ступеней, как в плезиохронной иерархии. Это, как известно, сокращает время вхождения системы в синхронизм и является одним из преимуществ синхронной цифровой иерархии. Задача тактовой синхронизации в сетях СЦИ, так же, как и в плезиохронных сетях, заключается в обеспечении согласованности по частоте задающих генераторов цифровых устройств, работающих на сети. Однако если в плезиохронных сетях можно ограничиться обеспечением согласованности задающего генератора приемника данного цифрового потока с задающим генератором передатчика этого же потока, то в синхронных сетях следует добиваться согласованности задающих генераторов всех сетевых устройств. Такая согласованность позволяет ускорить доступ к компонентным потокам, что так же является достоинством синхронных цифровых телекоммуникационных систем. Ниже будет рассмотрена система тактовой синхронизации сети СЦИ.
Структура системы синхронизации.
На сетях СЦИ используются все виды тактовой синхронизации: взаимная, автономная и принудительная, последняя подразделяется на виды «распределенный ведущий» и «ведущий - ведомый». Как это будет показано далее, относительная нестабильность тактовой частоты должна быть весьма малой. Поэтому стоимость опорного генератора (первичного эталонного генератора, ПЭГ, PRC) оказывается весьма высокой. В связи с этим от одного ПЭГ синхронизируется значительный участок сети СЦИ, например, региональный. Распределение синхросигнала осуществляется по линиям передачи - в ведомом узле из линейного сигнала извлекается составляющая тактовой частоты, которая и используется для синхронизации узлового задающего генератора. Таким образом, архитектура сети синхронизации имеет вид, показанный на рис. 3.1.
|
|
|
Рисунок 3.1 – Архитектура сети синхронизации
При прохождении синхросигнала по цепи синхронизации его качество ухудшается за счет накопления фазовых флуктуации. Частично они могут быть подавлены вторичными генераторами (вторичными задающими генераторами, ВЗГ или блоками обеспечения синхронизацией, SSU). Считается, что качество синхросигнала будет приемлемым, если отдельная цепь синхронизации соответствует эталонной (рис. 3.2). Очевидно, при создании сети синхронизации надо стремиться к тому, чтобы ее отдельные ветви были бы возможно короче. Поэтому если внутри узла имеется несколько сетевых элементов, их генераторы должны синхронизироваться методом «распределенный ведущий», т.е. внутриузловая сеть синхронизации должна быть звездообразной, как показано на рис. 3.3.
|
|
|
Рисунок 3.2 – Эталонная цепь синхронизации
Рисунок 3.3 – Внутриузловая синхронизация
Таким образом, все генераторы на сети синхронизации располагаются на трех иерархических уровнях: верхний уровень занимает первичный эталонный генератор ПЭГ, ко второму уровню принадлежат вторичные задающие генераторы ВЗГ, а к третьему - генераторы мультиплексоров - местные задающие генераторы МЗГ (задающие генераторы оборудования, SEC, SETS). Вторичные задающие генераторы подразделяются на два типа: транзитные сетевые таймеры (TNC) и локальные (местные) сетевые таймеры (LNC).
В отдельную группу могут быть выделены генераторы регенераторов. Это относительно простые устройства, обеспечивающее раздельное снабжение тактовыми последовательностями каждое направление передачи. Обычно такое устройство принимает опорный сигнал, выделенный из приходящего синхронного модуля STM-N, и формирует тактовые сигналы для всех блоков регенератора и его выходного интерфейса. Фазовые флуктуации, вносимые регенератором, незначительны, их учитывают только в очень длинных цепях (до 50 регенераторов). Поэтому регенераторы считаются «прозрачными» для сигналов синхронизации и не учитываются в эталонной цепи.
|
|
|
Первичный эталонный генератор представляет собой сложную систему, стабильность частоты его сигнала весьма высока. В системах СЦИ в качестве таких генераторов используются устройства, опорными элементами которых являются рубидиевые или цезиевые лазеры.
Генераторы второго уровня (блоки обеспечения синхронизацией, SSU), являются внешними относительно мультиплексоров устройствами. Они снабжаются системой подавления фазовых флуктуации. Генераторы третьего уровня - генераторы мультиплексоров (SEC или SETS), обычно имеют доступ ко многим источникам синхросигналов. Интерфейсы синхросигнала генератора мультиплексора условно показывает рис. 3.4. Во-первых, это два независимых внешних входа, по которым синхросигнал может быть получен от внешнего источника, например, от первичного генератора. Во-вторых, это опорные сигналы, выделяемые из линейных сигналов (STM-N), поступающих на линейные входы мультиплексора. В-третьих, это опорные сигналы, выделяемые из сигналов доступа, как синхронных (STM-1), так и плезиохронных (2, 34, 140 Мбит/с).
|
|
|
Если происходит потеря всех внешних синхросигналов, генератор переходит в режим удержания (holdover), который характеризуется тем, что генератор оказывается как бы «замороженным», переход от частоты в момент потери синхросигнала к частоте свободных колебаний происходит относительно плавно. В режиме свободных колебаний стабильность частоты сигнала будет определяться собственным кварцевым резонатором генератора. Генератор мультиплексора вырабатывает тактовые сигналы для всех блоков мультиплексора и может передавать синхросигнал на внешние выходы, например, для синхронизации других устройств сетевого узла.
В каждом мультиплексоре для доступных источников синхросигналов определены приоритеты. Например, для генератора, изображенного на рис. 3.4, могут быть установлены приоритеты в следующем порядке: внешний вход 1, внешний вход 2, линия 1, линия 2, линия 3, сигналы 2, 34, 140 Мбит/с. Если внешние источники синхросигнала изначально недоступны, генератор мультиплексора конфигурируется как независимый генератор с кварцевой стабилизацией (режим свободных колебаний).
Рисунок 3.4 – Источники синхронизации генератора мультиплексора
В биты 5-8 байта S1 заголовка мультиплексной секции MSOH автоматически вводится код, указывающий уровень качества Q синхросигнала, использованного для формирования данного STM-N.
В табл. 3.1 приведены значения этих кодов. Заметим, что уровень качества Q0 обычно соответствует оборудованию прежних выпусков, где байт S1 еще не был определен.
Для выбора опорного источника синхронизации из нескольких доступных используются следующие правила.
1. Из всех доступных источников выбирается источник с наивысшим качеством.
2. Если источников наивысшего качества несколько, из них выбирается источник с наивысшим приоритетом.
3. Источнику, полученному от аварийного сигнала, соответствует уровень качества Q6 вне зависимости от кода в байте S1.
4. В байтах S1 потока, направляемого навстречу потоку, из которого был выделен опорный сигнал для синхронизации данного мультиплексора, устанавливается уровень качества Q6.
Таблица 3.1
| Уровень качества Q | Код | Значение |
| 2 | 0010 | Первичный эталонный генератор, PRC |
| 3 | 0100 | Вторичный транзитный генератор, TNC |
| 4 | 1000 | Вторичный местный генератор, LNC |
| 5 | 1011 | Местный генератор (генератор мультиплексора в режиме удержания), SEC |
| 6 | 1111 | Для синхронизации не используется |
| 0 | 0000 | Качество не известно |
| Другие значения кодов для будущего использования | ||
Перечисленные правила иллюстрируются рис. 3.5, на котором показана цепь синхронизации из пяти мультиплексоров, первый из которых синхронизируется от первичного эталонного генератора ПЭГ, а пятый содержит вторичный (транзитный) задающий генератор ВЗГ.
Рисунок 3.5 – Распределение параметра качества в линейной цепи синхронизации
Защита системы синхронизации
Система синхронизации должна оставаться работоспособной при возникновении аварийных ситуаций: отказах генераторного оборудования и обрывах цепей подачи синхросигналов. Для этого генераторное оборудование резервируется, а подача синхросигнала на каждый сетевой элемент осуществляется как минимум по двум альтернативным направлениям. Выбор источника синхросигнала сетевым элементом осуществляется по приведенным выше правилам: из всех доступных источников выбирается источник с наивысшим качеством, а из источников одинакового качества - источник с наивысшим приоритетом.
При проектировании сети синхронизации эти правила должны обязательно учитываться. Кроме того, при возможных отказах на сети должны быть исключены случаи подачи на один и тот же сетевой элемент двух сигналов одинакового качества и равного приоритета (исключены петли в сети синхронизации). В случае относительно простых сетей выполнение этих правил несложно, но для разветвленных структур задача значительно усложняется, и принимаемые решения требуют тщательной проверки. Заметим, что в настоящее время методика проектирования сетей синхронизации практически не разработана, поэтому во многих случаях для одной и той же транспортной сетевой структуры могут быть предложены различные схемы синхронизации. Окончательное решение должно быть принято после анализа всех возможных состояний полученных схем.
Рассмотрим характерные примеры восстановления сети синхронизации в линейной и кольцевой транспортной структуре. Вначале обратимся к линейной схеме, рассмотренной ранее (см. рис. 3.5). Предположим, что на участке между узлами 2 и 3 произошел обрыв линии, как это показано на рис. 3.6,а. В следующий момент времени (рис. 3.6,б) задающий генератор третьего узла, не получая сигнала синхронизации, переходит в режим удержания. При этом в линейном потоке, передаваемом от узла 3 к узлу 4, устанавливается уровень качества Q5 (местного задающего генератора МЗГ). Генератор пятого узла, конфигурированный как вторичный задающий генератор ВЗГ (уровень качества Q3), ранее синхронизировался сигналом, выделенным из линейного потока, поступавшим от узла 4 и имевшим уровень качества Q2. Поскольку теперь на узел 5 от узла 4 поступает синхросигнал с уровнем качества Q5, происходит отключение этого сигнала, ВЗГ узла 5 переходит в режим удержания и линейным потокам, исходящим из узла 5, придается статус Q3. Указанные операции составляют первый этап восстановления синхронизма.
На втором этапе восстановления синхронизма (см. рис. 3.6,в) происходит переключение синхросигнала на узле 4. Вместо синхросигнала, поступавшего от узла 3, и имевшего уровень качества Q5, теперь используется синхросигнал из потока, приходящего от узла 5 и имеющего уровень качества Q3. Заметим, что если бы между узлами 3 и 5 располагался не один, а несколько узлов с местными задающими генераторами, то во всех этих узлах последовательно, начиная с ближайшего к узлу с ВЗГ, произошло бы аналогичное переключение используемых синхросигналов.
Последний, третий этап восстановления синхронизма (см. рис. 3.6,г), заключается в выходе МЗГ третьего узла из режима удержания и его переходу к синхронизации от сигнала с уровнем качества Q3, выделенного из потока, поступающего от узла 4. Таким образом, время восстановления синхронизации в линейной цепи тем больше, чем больше время переключения синхросигналов в узле и чем больше узлов, в которых должны произойти переключения синхросигналов, поскольку эти переключения происходят последовательно.
Рисунок 3.6 – Поэтапное переключение в линейной схеме синхронизации
Обратимся к кольцевой транспортной структуре. На рис. 3.7,а приведена схема передачи синхросигналов от узла А, синхронизированного первичным эталонным генератором ПЭГ, по направлениям A - B - C - D и A - F - E . То, что узел D получает синхросигнал от узла С, а узел Е от узла F, обеспечивается соответствующим присвоением приоритетов, поступающим на узлы синхросигналам (индексы Р1 и Р2 в кружках соответствуют первому и второму приоритетам).
При потере первичного эталонного генератора (см. рис. 3.7,б) местный генератор узла А переходит в режим удержания, что соответствует понижению уровня качества синхросигнала в исходящих из этого узла потоках с 02 до 05. Поскольку на данной сети нет генераторов с уровнями выше МЗГ (Q5), вся сеть остается синхронизированной от генератора узла А, но не от ПЭГ, как ранее, а от МЗГ.
Рисунок 3.7 – Система синхронизации при отказе ПЭГ:
а – нормальное состояние; б – состояние при отказе ПЭГ
Заметим, что качество передачи по данной сети при такой замене источника синхронизации измениться мало. Однако если данная сеть связана с другими через буферные устройства, обеспечивающие управляемые проскальзывания, частота проскальзываний резко увеличится и составит 125·10-6 / (1·10-11 + 4,6·10-6) ≈ 27 с, поскольку относительная нестабильность частоты МЗГ в свободном режиме допускается равной 4,6·10-6.
На рис. 3.8 представлена та же кольцевая транспортная структура с таким же распределением синхросигналов, но при повреждении линии между узлами Л и в. На первом этапе восстановления синхронизма (см. рис. 3.8, а) происходит переход МЗГ узла В в режим удержания и передача синхросигнала от этого генератора с уровнем качества Q5 на узлы С и D . Но, поскольку на узел D поступает сигнал с уровнем качества Q2, его МЗГ, в соответствии с правилами переключения синхросигналов, синхронизируется по сигналу наивысшего качества и передает поток с синхросигналом качества Q 2 на узел С и далее на узел В. На втором, заключительном этапе восстановления синхронизма (см. рис. 3.8, б), местный генератор узла В выходит из режима удержания и синхронизируется сигналом с уровнем качества Q2, поступающим от узла С.
Рисунок 3.8 – Система синхронизации при отказе соединительной линии:
а – начало восстановления; б – установившееся состояние
В заключение еще раз отметим, что точной методики построения сети синхронизации пока не существует. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо полностью анализировать (для всех возможных состояний отказа) каждый предлагаемый вариант построения сети синхронизации. При этом необходимо учитывать особенности переключения синхросигналов в выбранном оборудовании. Например, в некоторых видах оборудования реализуются реверсивный и нереверсивный способы переключения. Первый из них предполагает автоматический возврат к источнику синхросигнала высшего качества, после того, как его работа восстановилась. При этом заранее может быть установлен временной интервал ожидания возвратного переключения. Нереверсивный способ переключения предполагает только аварийное автоматическое переключение, возврат к источнику синхросигнала высшего качества осуществляется вручную. Такие способы позволяют устранить неконтролируемые переключения в случае, если по каким-либо причинам оказываются доступными источники одинакового качества с одинаковым приоритетом (образование замкнутой петли в трассе передачи синхросигнала).
Дата добавления: 2019-08-30; просмотров: 406; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!