Вернемся к рассматриваемому ранее вопросу синхронизации.

Итак, основная задача синхронизации цифровой сети состоит в том, что бы гарантировать получение одной и той же скорости передачи и приема информации и избежать, таким образом, появления «проскальзываний» в цифровых сетях, которые значительно ухудшают качество предоставляемых услуг. 

Исходя из этого, все сетевые элементы (NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты. Источник этой тактовой частоты (сигнала) называется первичным опорным тактовым сигналом (PRS) или первичным эталонным.

Стабильность частоты этого генератора должна быть не хуже 10^-11, что может быть реализовано только с использованием цезиевых или рубидиевых генераторов, основным недостатком которых является дороговизна.

Распределение тактирующих сигналов производится с использованием линий передачи SDH.

Промежуточные сетевые элементы, такие как регенераторы (REG), мультиплексоры ввода/вывода ADM и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого линейного сигнала STM-N.

Ухудшение качества тактового сигнала, такое как джиттер, накапливающейся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий уменьшается за счет высокого качества ведомого тактирующего оборудования (SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ).

ВЗГ – дополнительно стабилизированный кварцевый генератор точностью поддержания частоты не хуже 10-8. Поэтому ВЗГ устраняет фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети тактовой синхронизации в регионе должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец для исключения неоднозначного режима работы.

В сетевом элементе SDH имеется возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (внутреннее устройство синхронизации), которая уменьшает искажения выделяемого тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS.

В сетевом элементе SDH имеется возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (внутристанционное устройство синхронизации), которое уменьшает искажения выделяемого тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS.

Цифровая сеть ВСС России разбивается по синхронизации на регионы, в каждом из которых устанавливается ПЭГ. От него синхронизируются все ведомые ЗГ региона.

В настоящее время на территории России базовую сеть синхронизации образует сеть ОАО «Ростелеком». Регионы синхронизации: г. Москва, Дальневосточный (Хабаровск), Сибирский (Новосибирск), Центральный (Москва), Южный (Ростов), Северо-западный (Санкт-Петербург). Предполагается создать Екатеринбургский, Самарский и Иркутский.

Количество последовательно включенных  ВЭГ должно быть меньше 10. Для синхронизации всего оборудования, устанавливаемого на узле и станции, должен использоваться один источник сигналов синхронизации. Схема соединения должна иметь вид «звезда» с расходящимися лучами, то есть последовательный переприем сигналов синхронизации недопустим.

ВЗГ делятся по своим характеристикам на транзитные и местные, к характеристикам относятся: полоса захвата, приделы ухода частоты. У транзитных ВЗГ стабильность собственной частоты выше, полоса захвата меньше.

Основная задача синхронизации цифровой сети состоит в том, что бы гарантировать получение одной и той же скорости передачи и приема информации и избежать, таким образом, появления «проскальзываний» в цифровых сетях, которые значительно ухудшают качество предоставляемых услуг.

Исходя из этого, все сетевые элементы (NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты. Источник этой тактовой частоты (сигнала) называется первичным опорным тактовым сигналом (PRS) или первичным эталонным генератором (ПЭГ).

Относительная нестабильность частоты этого генератора должна быть не хуже 10^-11, что может быть реализовано только с использованием генератора.

Распределение тактирующих сигналов производится с использованием линий передачи SDH.

Промежуточные сетевые элементы, такие как регенераторы (REG), мультиплексоры ввода/вывода ADM и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого линейного сигнала STM-N.

Ухудшение качества тактового сигнала, такое как джиттер, накапливающейся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий уменьшается за счет высокого качества ведомого тактирующего оборудования (SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ).

ВЗГ – дополнительно стабилизированный кварцевый генератор точностью поддержания частоты не хуже 10-8. Поэтому ВЗГ устраняет фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети тактовой синхронизации в регионе должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец для исключения неоднозначного режима работы.

Рис. 2.9.2 архитектура сети синхронизации.

Источники синхронного сетевого элемента.

Сигналы тактовой частоты, необходимые для работы сетевого элемента, вырабатываются цепями тактирования, которые работают, главным образом, в ведомом режиме. При этом доступны следующие опорные источники тактирования, показанные на рисунке 2.9.3.

Рис. 2.9.3 источники синхронизации сетевого элемента.

1. Внешний вход – External.

К этому порту подключается внешний тактирующий сигнал поступающий от первичного опорного источника тактирования PRS (G.811), или от ведомого задающего генератора SRS (G.812, транзитный или местный) или от системы переключения тактовых сигналов BITS.

2. Сигнал линии STM N – Line.

Компонента тактового сигнала, извлекаемая из сигнала линии, подключенной к Западному или Восточному или Трибутарному (Компонентному) направлениям, может использоваться как опорный источник. При этом уровень качества тактовой компоненты индицируется байтом S1 из MSOH. Уровень качества характеризует источник тактового сигнала, который первоначально генерирует линейный сигнал STM-N.

3. Сигнал PDH 2 Мбит/с в трибутарном потоке – Tributary.

Два потока (основной и резервный) из трибутарных сигналов 2 Мбит/с могут быть выбраны как опорный источник. Эта возможность может быть использована, например, когда система SDH установлена в изолированном районе и синхронная тактовая частота передается сигналом 2 Мбит/с, генерируемого с использованием PRS, или когда система SDH синхронизирована по тактовому сигналу ESS (переключающая система) вместо PRS.

Кроме работы в ведомом режиме, внутренний источник тактирования сетевого элемента может использоваться как независимый. В этом случае возможны два режима работы.

4. Режим удержания (holdover) – Internal.

В то время как цепи тактирования работают в ведомом режиме, все параметры, такие, как частота, фаза и другие, запоминаются. Если цепь тактирования теряет опорный сигнал, например, вследствие аварии на линии, эти сохраненные данные используются, чтобы обеспечить непрерывную и бесперебойную работу оборудования сетевого элемента.

Таким образом удается избежать передачи возмущений, вызванных резкими изменениями частоты и фазы.

5. Режим свободной генерации (free run) – Internal.

Цепь тактирования, представляющая собой в своей основе VCXO (генератор, управляемый напряжением), работает самостоятельно без опорного источника. Этот режим может использоваться в области, где спорный источник тактирования недоступен, а система SDH используется аналогично PDH.

В каждом сетевом элементе устанавливаются приоритеты для доступных опорных источников тактирования. Процедура выбора опорного источника из нескольких кандидатов использует эти приоритеты и уровень качества источников, которые будут рассмотрены позднее.

Уровень приоритета может быть установлен для каждого из выбранных опорных источников по усмотрению пользователя по следующей иерархии:

Внешний:            от BITS;

Линия:                  от какой-либо линии;

Трибутарный:     от какого-либо трибутарного сигнала STM-N
или 2м;

Внутренний:       режим holdover или свободная генерация (free run).

Уровни качества опорного источника тактирования.

Уровень качества опорного тактового сигнала, используемого для генерации линейного сигнала STM-N показывается байтом S1 из MSOH (в старых рекомендациях он называется Z1). Биты B5-B8 байта S1 принимает значения в соответствии с рекомендациями ITU-T как показано в таблице 2.9.1. Здесь номера, помеченною буквой Q, присвоены для удобства, и не специфицированы в рекомендациях. В настоящее время для нумерации уровней качества Q используется отображение их двоичной комбинации в виде битов B5-B8 в десятичной системе счисления, как показано в столбце Q’ таблицы.

Таблица 2.9.1 Уровень качества согласно рекомендациям ITU-T.

Рис. 2.9.4 индикация уровня качества посредством байта S1.

Если внешние входы, внутренний источник тактирования (в режиме удержания или свободной генерации), или трибутарный сигнал PDH используются как доступные источники, то для этих источников сетевой элемент должен определить уровень качества каждого из них в процессе установки оборудования. Если один из них выбран как опорный источник, то оборудование сетевого элемента автоматически посыпает информацию о присвоении этому источнику уровня качества в направлении «вперед».

Если в качестве доступного источника используется линейный сигнал STM-N, сетевой элемент определяет уровень его качества по байту S1. Если один из таких сигналов используется в качестве опорного, то сетевой элемент посыпает в направлении «вперед» тот же уровень качества в байте S1. В направлении «назад» сетевой элемент преднамеренно автоматически посылает Q = 6 безотносительно к действительному уровню качества используемого опорного сигнала. «Вперед» здесь означает направление цифрового потока линейного сигнала откуда извлекается тактовый сигнал, а «назад» – противоположное направление. Например, когда в качестве опорного используется сигнал, поступающий с западного направления west – W, сигнал восточного направления east – E соответствует направлению «вперед», а сигнал западной линии – направлению «назад». Если байт S1 принимаемого сигнала показывает Q = 6, что означает «не использовать», сетевой элемент не может выбрать этот источник в качестве опорного. Автоматическая установка Q = 6 для направления «назад» производится для того, чтобы избежать появления петли тактирования, которая может привести к нестабильным переключениям туда и обратно между несколькими источниками, как показано на
рисунке 2.9.3.

Правила для переключения опорного источника.

Для выбора опорного источника из нескольких доступных применяются правила, приведенные в таблице 2.9.1. Уровень качества (Q) источника рассматривается прежде, чем его уровень приоритета (Р). Уровень приоритета применяется только для выбора между источниками с одинаковыми уровнями качества. При аварийных условиях, таких, как превышение уровня ошибок, аварии сигнала (AIS) и т.п., даже если байт S1 считывается и имеет значение, отличное от Q = 6, сетевой элемент рассматривает уровень качества этого сигнала как Q = 6 и не использует его.

Таблица 2.9.2 – Правила переключения источника тактирования

1	Выбрать из доступных источников тактирования источник с наивысшим уровнем качества (Q)
2	Для источников с одинаковым уровнем качества выбрать источник с наивысшим приоритетом (Р)
3	Источнику сигнала неисправной линии присваивается Q = 6 независимо от значения S1
4	S1 для сигнала посылаемого в обратном направлении, устанавливается как Q = 6

Пример переключения источника тактирования.

Следующее объяснение являет собой пример установок для распределения тактирующих сигналов и показывает выполнение переключения при аварии в соответствии с правилом переключения. В этом примере используются две оптоволоконных кольцевых системы, представляющие собой более сложный случай, чем линейная система. Так как установки выбраны только в качестве примера для объяснения, действительные установки могут иметь ряд отличий, зависящих от конфигурации сети.

Нормальное состояние. (рис 2.9.5)

Станция А является ведущим узлом (master node) при распределении тактирующих сигналов и имеет PRC в соответствии с G811. Станция С является вспомогательным ведущим узлом (sub master node) и снабжена ведомым (slave) источником тактирования транзитного уровня согласно G.812. В случае аварии источника тактирования PRC узел возьмет на себя функции ведущего источника тактирования. Станции В и С являются полностью ведомыми узлами. Установки выполнены таким образом, что сигнал тактирования передается в направлении против часовой стрелки от станции A (A → B → C → D).

На станции А

Из двух источников с одинаковыми уровнями качества (Q = 2, EXT1 и EXT2) выбирается в качестве опорного ЕХТ1, имеющий высший уровень приоритета. В сигнале STM-N, который генерируется на станции А, байт S1 устанавливается так, что Q = 2.

На станции В

Из трех доступных источников («запад», «восток» и «внутренний») выбирается источник с наивысшим уровнем качества («запад»). Этот узел устанавливает S1 для восточного направления как Q = 2 (вперед) и для западного направления Q = 6 (назад).

На станции С

Этот узел имеет также стабильный источник тактирования транзитного уровня G.812, хотя его уровень качества (Q = 3, ЕХТ1 и 2), определяемый сетевым элементом ниже, чем для принимаемого сигнала «запад», в качестве опорного сигнала выбирается «запад».

Рис. 2.9.5 нормальное состояние.

На станции D

Индикаторы S1 принимаемых по линиям «западного» и «восточного» направлений, одинаковы (Q = 2) и выше, чем «внутренний», применяя правило номер 2, этот узел использует сигнал «запад», так как его уровень приоритета выше.

Возникновение аварии. (рис 2.9.6)

Предположим, что авария сигнала в линии происходит в направлении сигнала против часовой стрелки между станциями А и В, тогда в кольцевой сети произойдет изменение опорного тактирующего сигнала в соответствии со следующим процессом.

Рис. 2.9.6 авария линии.

На станции В

Из-за приема сигнала аварии на направлении «запад», который был ранее опорным, узел присваивает этому сигналу уровень качества Q = 6 безотносительно к значению индикатора S1. Узел В прекращает использование сигнала «запад» и переключается на «внутренний». Он не может использовать «восток», так как этот сигнал имеет индикатор S1, соответствующий Q = 6. Сетевой элемент посылает S1 = Q = 5, что соответствует уровню качества нового опорного источника, по восточному и западному направлениям, автоматически изменив предыдущие значения Q = 2 и Q = 6 соответственно.

Промежуточное состояние №1 (рис 2.9.7)

Обнаружив изменение S1, в принимаемом сигнале «западного» направления, с Q = 2 на Q =5 , узел начинает сравнивать доступные источники тактирования. Это «запад», «восток», ЕХТ1, ЕХТ2 и «внутренний». Выбирается ЕХТ1 с наивысшим Q; хотя ЕХТ2 имеет тот же уровень качества, но его приоритет ниже. Сетевой элемент посыпает
S1 = Q = 3 в восточном и западном направлениях, изменив предыдущие значения Q = 2 и Q = 6 соответственно.

Рис. 2.9.7 промежуточное состояние №1.

Промежуточное состояние №2 (рис 2.9.8)

На станции С

Теперь принимаемый сигнал «восточного» направления имеет более высокое качество (Q = 2), чем текущий источник, «внутренний» (Q = 5). В результате узел выбирает «восток», посылая S1= Q = 3 в западном направлении и S1 = Q = 6 в восточном направлении.

На станции D

После сравнения качества принимаемых сигналов «восток» (Q = 2), «запад» (Q = 3), и внутреннего источника тактирования (Q = 5), узел выбирает «восток», имеющий наивысшее Q. Он посылает S1 на «восток» (вперед) Q = 2 и на «запад» (назад) Q = 6.

Рис 2.9.8 – Промежуточное состояние №2.

Конечное состояние (рис 2.9.9).

На станции С

Принимаемый сигнал «восток» имеет более высокий уровень качества Q = 2, чем существующий опорный ЕХТ1 (Q = 3), и источник тактирования изменяется на «восток». Узел посылает Q = 2 на «восток» и Q = 6 на «запад».

На станции В

Изменение опорного источника не происходит. Но индикатор S1 изменяется в «западном» направлении на Q = 2, так как из-за того, что благодаря изменениям на станции С, этот источник тактирования может теперь вернуться обратно к G.811 PRC на станции А. Эти изменения производятся с использованием S1 принимаемого сигнала «восток».

Установившееся распределение тактирующих сигналов в результате изменилось на направление против часовой стрелки от станции А.

Рис. 2.9.9 конечное состояние.