Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине ЦСП

3.3.1. Понятия проскальзований природе их появления.

 Обработка цифровых сигналов в различных системах (передачи, коммутации, мультиплексирования 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 считываются с тактовой частотой f₂. Частоты f₁ и f₂ могут не совпадать. Кроме того, такты записи и считывания могут расходиться по фазе. Фазы тактов частот f₁ и f₂ могут дрейфовать во времени. Изменение фаз с частотой свыше 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, таким образом может образоваться их недостаток, который приведёт к ложному считыванию из буфера неопределённых посылок. 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: ATM, 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 проскальзывания (Slip).

Проскальзывания 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 формируются 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, нарушению значения указателя PTR, нарушению синхронного кроссового соединения SDXC и т.д. В конечном итоге нарушение транспортной среды передачи SDH приведет к потере циклов E1 и разрушению телефонных соединений, потере изображений при видеосвязи или трансляции программ телевидения и т.д. Таким образом, необходимо нормировать и контролировать количество таких потерь, сводить их к минимуму использованием различных средств.

Нормирование проскальзывания

Нормирование числа проскальзывания 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 27500 км

В этом соединении, согласно рекомендации G.822, должно происходить:

а) не более 5 проскальзывания за 24 часа в течение 98,9% общего времени работы соединения;

б) более 5 проскальзывания за 24 часа, но менее 30 за 1 час в течение времени 1% общей работы соединения;

в) допускается более 30 проскальзывания 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 проскальзывания в связи со стабильностью тактов передачи в буфере взаимодействия используется формула для оценки проскальзывания, приводящих к потере циклового синхронизма.

Число проскальзывания за сутки = (число циклов в секунду) x (число секунд в сутках) x (∆f/f)                  (3.1)

где ∆f/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 проскальзывания за сутки = 6,9 x 10⁸ х ( ∆f / f )    (3.2).

Таким образом, чем больше разность частот записи и считывания данных в буферной памяти ∆f, тем больше частота проскальзывания. Например, чтобы обеспечить частоту проскальзывания не более чем одно за 70 суток необходимо определить ∆f/f.

Число проскальзывания в сутки 1/70 ≈ 0,014;

       ∆f/f = 0,014 / 6,9  x 10⁸ ≈ 2  x 10⁻¹¹                                                                                    (3.3)

Иными словами на стыке взаимодействующих цифровых систем должна поддерживаться стабильность частоты генератора атомных стандартов (рубидиевый, цезиевый или водородный).

Для выполнения норматива на число проскальзывания не более одного за 70 суток необходимо для двух самостоятельных по синхронизации узлов иметь стабильность генераторов 1 x 10^–11.

Для распределения норм проскальзывания на число узлов N применима формула:

                    (3.4)

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;