2.9.1. Понятие проскальзывание, природа их появления.
Обработка
цифровых сигналов в различных системах (передачи, коммутации,
мультиплексировании и т.д.) должна выполняться в строгой последовательности во
времени и синхронно. Приемник цифровых сигналов должен всегда работать синхронно
с передатчиком. Только это условие, выполненное полностью, способствует
безошибочной передаче цифровых данных. Следовательно, такты импульсной передачи,
создаваемые передатчиком, должны синхронизировать работу приемника. Проблема
тактовой синхронизации обнаруживается на стыке цифровых систем (систем передачи
и систем коммутации), имеющих самостоятельные тактовые
механизмы.
На
стыке взаимодействующих цифровых систем устанавливается буферная память, в
которую данные поступают с тактовой частотой f1,
а считывается с тактовой частотой f2.
Частоты f1
и f2
могут не совпадать. Кроме того, такты записи и считывания могут расходится по
фазе . Фазы тактов f1
и f2
могут дрейфовать во времени. Изменение фаз с частотой выше 10 Гц получило
название джиттера. Изменение фаз с частотой менее 10 Гц получило название
блуждание или вандер.
В
результате различия частот и фаз тактов записи данных в буферную память и их
считывания могут появиться лишние временные посылки, которые переполнят буфер и
будут утеряны (положительное проскальзывание), таким же образом может
образоваться их недостаток, который приведет к ложному считыванию из буфера
неопределенных посылок (отрицательное проскальзывание). В конечном итоге, это
может привести к сбою на более высоких уровнях цифровой обработки. Например,
нарушается последовательность данных слов синхронизации по циклам, по
сверхциклам, разрушаются синхронизирующие последовательности пакетов данных
сетей: АТМ, Ethernet
и других. В свою очередь это может приводить к потере части информационных
сообщений, ухудшению качества услуг связи. Явление пропуска или повторения бит в
считываемом из буфера цифровом сигнале на стыке систем получило название
проскальзывание (Slip).
Проскальзывание
делятся на два типа:
–
управляемые проскальзывания, которые не приводят к сбою циклового синхронизма и
при этом сигнал с потерями восстанавливает синхронизм;
–
неуправляемые проскальзывания, которые приводят к потере циклового синхронизма и
невосполнимым потерям в цифровом сигнале.
Почему
актуальна синхронизация аппаратуры, работающей в транспортной сети? Дело в том,
что, например, в аппаратуре SDH
формируется цифровые блоки C-x?
VC
-x,
TU-n/m,
AU-n,
STM-N,
которые передаются в линии бит за битом от передатчика к приемнику. Потери
отдельных битов могут привести к сбою циклового синхронизма в STM-N,
нарушение значения указателя PTR,
нарушению синхронного кроссового соединения SDXC
и т.д. В конечном итоге нарушение транспортной среды передачи SDH
приведет к потере циклов Е1 и разрушению телефонных соединений, потере
изображения при видеосвязи или трансляции программ телевидения и т.д. Таким
образом, необходимо нормировать и контролировать количество таких потерь,
сводить их к минимуму использование различных средств.
Нормирование
проскальзывания.
Нормирование числа проскальзываний в единицу времени основано на необходимом качестве услуг, предоставляемых пользователю оператором связи. Основные требования по качеству услуг определены в Рекомендации G.801 МСЭ-Т для структуры международного цифрового соединения длиной 27500км (рис.2.9.1).
Рис. 2.9.1. структура международного эталонного цифрового соединения: МС — местная станция; ПЦК — первичный центр коммутации; ВЦК — вторичный центр коммутации; ТЦК — третичный центр коммутации.
В
этом соединении, согласно рекомендации G.822, должно
происходить:
а)
не более 5 проскальзываний за 24 часа в течение 98,9% общего времени работы
соединения;
б)
более 5 проскальзываний за 24 часа, но менее 30 за 1 час в течение времени 1%
общей работы соединения;
в)
допускается более 30 проскальзываний за 1 час в течение 0,1% времени общей
работы соединения.
При
этом считается, что общее время работы соединения должно составлять не менее 1
года. Категория качества (а) считается нормальным режимом работы. Что касается
распределения продолжительности времени работы с пониженным качеством (б) и
неудовлетворительным качеством (в) на международном и национальном участках, то
распределение следующее:
–
международный транзит — 8% от продолжительности работы
(режимы б,
в);
–
на каждую из национальных сетей (местная + национальный
транзит) — 46%, из
которых 40% выделено на местную сеть.
Для
определения числа проскальзываний в связи со стабильностью тактов передачи в
буфере взаимодействия используется формула для оценки проскальзываний,
приводящих к потере циклового синхронизма:
Число
проскальзываний за сутки = (число циклов в секунду) × (число секунд в сутках) ×
(Δf /f),
Где,
Δf /f — точность синхронизации за сутки.
При
длительности циклов 125 мкС, цикловой частоте 8 кГц, числе секунд в
сутках.
86400
секунд, приведенная формула имеет вид:
Число
проскальзываний за сутки = 6,9 × 108 × ( Δf f ).
Таким
образом, чем больше разность частот записи и считывания данных в буферной памяти
Δf, тем больше частота проскальзываний. Например, чтобы обеспечить частоту
проскальзываний не более чем одно за 70 суток необходимо определить Δf
/f.
Число
проскальзываний в сутки 1/70 ≈ 0,014;
Δf
/f = 0,014 6,9×108 ≈ 2×10−11.
Иными
словами на стыке взаимодействующих цифровых систем должна поддерживаться
стабильность частоты генератора атомных стандартов (рубидиевый, цезиевый или
водородный).
Для
выполнения норматива на число проскальзываний не более одного за 70 суток
необходимо для двух самостоятельных по синхронизации узлов иметь стабильность
генераторов 1×10^-11.
Для
распределения норм проскальзываний на число узлов N применима
формула:
т.е. для N = 13 одно проскальзывание, при условии самостоятельных тактовых механизмов каждого узла, составит:
Каким
образом можно обеспечить выполнение указанных норм? Используются следующие
методы и походы:
–
применение эластичной памяти, компенсирующей кратковременную нестабильность
тактовой частоты в буферных схемах;
–
применение высокостабильных генераторов тактовых частот: атомных часов с
водородным, цезиевым или рубидиевым стабилизаторами и специально
стабилизированных кварцевых генераторов;
–
применение иерархической принудительной системы распределения тактового
синхронизма;
–
грамотное проектирование сети синхронизации с учетом возможностей транспортных
систем и систем управления;
–
моделированием системы распределения синхронизма;
–
регулярное проведение аудита тактовой сетевой
синхронизации;
Как
же влияют проскальзывание на качество передаваемых услуг?
1.
Для
услуги телефонии одно проскальзывание приводит к появлению щелчка в трубке. Этот
щелчок не всегда слышен, таким образом, единичные проскальзывания незначительно
влияют на параметры качества телефонной связи. Обычно несколько щелчков в минуту
дает вполне приемлемое качество телефонной связи.
2.
Изучения
вопроса о влиянии проскальзывания на передачу факсимильных сообщений показало,
что единичное проскальзывание приводит к нарушению качества или потерям строк
сообщения факса. Проскальзывания может приводить к нарушениям в передаче до
восьми строк сообщения, что соответствует двум миллиметрам по вертикали. В
случае нескольких проскальзываний, предаваемую страницу необходимо повторно
переслать.
3.
Воздействие
проскальзываний на передачу данных в разговорном канале приводит к появлению
последовательностей ошибок, длительностью от десяти микросекунд до полутора
секунд в зависимости от модемного протокола и скорости
передачи.
4.
В
случае соединения по видеотелефону проскальзывание обычно приводит к потере
видеоканала и необходимости восстановления соединения.
5.
Воздействие
проскальзываний на каналы передачи данных зависит от используемого для передачи
данных протокола. Обычно проскальзывания приводят к потере части информации и
необходимости ее передачи заново, что в современных протоколах передачи данных
делается автоматически. Таким образом, проскальзывания приводят к увеличению
времени передачи данных за счет дополнительного времени на повторную
передачу.
6.
При
передаче цифровой видеоинформации (например: видеоконференцсвязь)
проскальзывания вызывают деградацию качества видеоизображения в виде пропадания
кадра или его замирания на период до шести секунд. Длительность деградации
видеосигнала зависит от типов кодирования и технологии
компрессии.
7.
Наиболее
существенное ухудшение проскальзывания вносят кодированные данные. В этом случае
принимаемые данные не могут быть расшифрованы до тех пор, пока ключ не будет
предан заново. Таким образом, все данные будут потеряны. В ряде систем с защитой
информации повторная передача ключа не допускается, поскольку в этом случае
нарушается уровень защиты данных. По этой причине для таких специальных сетей
норма «одно проскальзывание в сутки» считается
неприемлемой.