Синхронизация SDH сетей - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Министерство РФ по связи и информатизации
Уральский Государственный Технический Университет - УПИ
Кафедра "ТиСС"
Отчет
по производственной практике
на ОАО «ЕГУЭС Уралтелеком»
Руководитель практики от предприятия: Клубакова
В.Г.
Руководитель практики от УГТУ-УПИ:
Время прохождения: с 2 августа по 30 сентября
2002 г.
Студент: Ковязин Д. А.
Группа: Р-407
Екатеринбург
2002
Содержание
Содержание 2
Список сокращений 3
Введение 4
1. Необходимость синхронизации 5
Основные положения 5
Влияние проскальзываний на предоставляемые услуги. 6
Необходимость синхронизации SDH. 6
Пакеты (паучки) ошибок, вызванные синхронизацией. 7
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Сети общего
пользования. 8
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Корпоративная
(частная сеть) 8
2. Архитектура синхронизации. 9
Основы передачи сигналов в сетях SDH 9
Мультиплексирование в сети SDH 9
Основные методы синхронизации. 10
Плезиохронная работа. 10
Иерархический передатчик - приемник. 10
Взаимная синхронизация. 11
Импульсное дополнение (стаффинг) 11
Указатели и выравнивание указателей 11
Размещение полезной нагрузки 11
Синхронизация телекоммуникаций. 13
Генераторы источника: Первичный эталонный генератор. 14
Генераторы приемника (ведомые задающие генераторы). 14
Стандарты генераторов. 15
3. Характеристики синхронизации. 16
Влияние первичного эталонного генератора. 16
Характеристики устройства. 16
Влияние генератора приемника. 16
Идеальная работа. 17
Работа в условиях стресса - сетевые генераторы. 17
Работа в условиях стресса - генераторы СРЕ. 18
Работа в режиме удержания 18
Стандарты сопряжения 19
4. Введение в планирование синхронизации. 19
Основные принципы. 19
5. Планирование синхронизации в сети SDH 21
Распределение опорного сигнала 21
Требования к источнику-размножителю синхросигналов (SSU) 21
Требования к тактированию сетевого элемента SDH 22
Заключение. 23
Литература 23
Список сокращений
Иностранные сокращения.
ADM Ada-Drop Multiplexor Мультиплексор ввода/вывода - МВВ
ANSI American National Standard Institute Американский
национальный институт стандартов
APS Automatic Protection Switching Автоматическое переключение
ATM Asynchronous Transfer Mode Режим асинхронной передачи
AD Administrative Unit Административный блок
AUG Administrative Unit Group Группа административных блоков
AU-PJE AU Pointer Justification Event Смещение указателя AU
BBE Background block error Блок с фоновой ошибкой
BBERBackground block error rate Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми
ошибками
BER Bit Error Rate Параметр ошибки по битам, равен отношению
количества ошибочных битов к общему количеству переданных
BIN Binary Двоичное представление данных
BIP Bit Interleaved Parity Метод контроля четности
B-ISDN Broadband Integrated Service Digital Широкополосная
цифровая сеть с интеграцией Networks служб (Ш-ЦСИС)
CRC Cyclic Redundancy Check Циклическая проверка по избыточности
CRC ERR CRC errors Число ошибок CRC
DEMUX Demultiplexer Демультиплексор
ETS European Telecommunication Standard Европейский
телекоммуникационный стандарт
ETSI European Telecommunication Standard Institute Европейский
институт стандартизации в теле-kоммуникациях, протокол ISDN,
стандартизированный ETSI
FEBE Far End Block Error Наличие блоковой ошибки на удаленном конце
FERF Far End Receive Failure Наличие неисправности на удаленном конце
HEX Hexagonal 16-ричное представление информации
НО-РОН High-order POH Заголовок маршрута высокого уровня
ISDN Integrated Service Digital Networks Цифровая сеть с интеграцией
служб (ЦСИС)
ITU International Telecommunication Union Международный Союз
Электросвязи
ITU-T International Telecommunication Union-Telephony group
Международный Союз Электросвязи подразделение телефонии
LO-POH Low-order POH Заголовок маршрута низкого уровня
M1, М2 Management Interface 1, 2 Интерфейсы управления
MSOH Multiplexer Section Overhead Заголовок мультиплексорной секции
MSP Multiplex Section Protection Цепь резервирования мультиплексорной
секции
MUX Multiplexer Мультиплексор
OSI Open System Interconnection Эталонная модель взаимодействия
открытых систем
РОН Path Overhead Заголовок маршрута
PTR Pointer Указатель в системе SDH
RGEN, REG Regenerator Регенератор
RSOH Regenerative Section Overhead Заголовок регенераторной секции
SDH Synchronous Digital Hierarchy Синхронная цифровая иерархия
SDXC Synchronous Digital Cross Connect Синхронный цифровой коммутатор
SOH Section Overhead Секционный заголовок
STM Synchronous Transport Module Синхронный транспортный модуль -
стандартный цифровой канал в системе SDH
ТСМ Tandem Connection Monitoring Мониторинг взаимного соединения
ТМ Traffic Management Управление графиком
TMN Telecommunications Management Автоматизированная система
управления связью
TU Tributary Unit Блок нагрузки
TUG Tributary Unit Group Группа блоков нагрузки
VC Virtual Container Виртуальный контейнер
Введение
Стремительное развитие цифровых систем коммутации и средств передачи
информации, внедрение технологий SDH привело к значительному возрастанию
роли систем синхронизации в сетях телекоммуникации. Новые сферы применения
и виды предоставляемых услуг также вызывают повышенные требования к
характеристикам и работе сетей синхронизации.
Точная работа и тщательное планирование систем синхронизации требуется
не только для того, чтобы избежать неприемлемых рабочих характеристик, но
чтобы ослабить скрытые, дорогостоящие и трудноопределимые проблемы и
уменьшить малозаметные взаимные влияния сетей различного подчинения.
Данный документ содержит основные сведения о тактовой сетевой
синхронизации. В Разделе I рассмотрены основы синхронизации и доказывается
необходимость синхронизации сетей. В качестве примеров приведены некоторые
виды сбое, вызванные плохим качеством синхронизации, такие как
проскальзывание, пропуски кадров и пучки ошибок. Обсуждается влияние этих
сбое на качество предоставляемых услуг и различных применений.
В разделе II описываются различные архитектуры построения сетей
синхронизации, используемые для поддержания приемлемого качества
синхронизации. В этом разделе рассмотрены первичные эталонные источники
(генераторы) и приемники сетевой синхронизации. Наряду с описанием
функционального назначения этих источников синхронизации приводится
относительная важность каждой функции для работы и планирования сетевой
синхронизации. Раздел II завершает обслуживание требований к синхронизации
ETSI, ANSI и ITU.
В разделе III рассмотрены рабочие характеристики тактовой сетевой
синхронизации. Показано влияние первичных эталонных генераторов, средств
передачи синхронизации и приемников тактовой синхронизации на рабочие
характеристики. В этом разделе показано, что частота тактовой синхронизации
приемников обычно отличается от частоты первичного эталонного генератора, к
которому они подсоединены. Такой сдвиг по частоте оказывает огромное
влияние на рабочие характеристики сетей синхронизации.
Раздел IV раскрывает основные принципы планирования сетевой
синхронизации. Также обсуждаются наиболее общие проблемы планирования сети.
Необходимость синхронизации
Основные положения
Синхронизация – это средство поддержания работы всего цифрового
оборудования в сети связи на одной средней скорости. Для цифровой передачи
информация преобразуется в дискретные импульсы. При передаче этих
импульсов через линии и узлы связи цифровой сети все ее компоненты должны
синхронизироваться. Синхронизация должна существовать на трех уровнях:
битовая синхронизация, синхронизация на уровне канальных интервалов (time
slot) и кадровая синхронизация.
Битовая синхронизация заключается в том, что передающий и принимающий
концы линии передачи работают на одной тактовой частоте, поэтому биты
считываются правильно. Для достижения битовой синхронизации приемник может
получать свои тактовые импульсы с входящей линии. Битовая синхронизация
включает такие проблемы как джиттер линии передачи и плотность единиц. Эти
проблемы поднимаются при предъявлении требований к синхронизации и системам
передачи.
Синхронизация канального интервала (time slot) соединяет приемник и
передатчик таким образом, чтобы канальные интервалы могли быть
идентифицированы для извлечения данных. Это достигается путем использования
фиксированного формата кадра для разделения байтов. Основными проблемами
синхронизации на уровне канального интервала являются время изменения кадра
и обнаружение потери кадра.
Кадровая синхронизация вызвана необходимостью согласования по фазе
передатчика и приемника таким образом, чтобы можно было идентифицировать
начало кадра. Кадром в сигнале DS1 или Е1 является группа битов, состоящая
из 24 или 30 байтов (канальных интервалов) соответственно, и одного
импульса кадровой синхронизации. Время кадра равно 125 микросекундам.
Канальные интервалы соответствуют пользователям конкретных (телефонов)
каналов связи.
Тактовый генератор сети, расположенный в узле источника, управляет
частотой передачи через этот узел битов, кадров и канальных интервалов.
Вторичный генератор сети расположенный в принимающем узле, предназначен для
управления скоростью считывания информации. Целью тактовой сетевой
синхронизации является согласованная работа первичного генератора и
приемника с тем, чтобы принимающий узел мог правильно интерпретировать
цифровой сигнал. Различие в синхронизации узлов, находящихся в одной сети,
может привести к пропуску или к повторному считыванию принимающим узлом
посланной на него информации. Это явление называется проскальзыванием.
Например, если оборудование, передающее информацию, работает на
частоте, большей, чем частота принимающего оборудования, то приемник не
может отслеживать поток информации. В этом случае приемник будет
периодически пропускать часть передаваемой ему информации. Потеря
информации называется проскальзыванием удаления.
В случае, если приемник работает на частоте превышающей частоту
передатчика, приемник будет дублировать информацию, продолжая работать на
своей частоте и все еще осуществляя связь с передатчиком. Это дублирование
информации называется проскальзыванием повторения.
Для управления проскальзываниями в потоках DS1 и E1 используются
специальные буферы (См. рис.1). Данные записываются в буфер принимающего
оборудования с частотой первичного генератора, а считываются из буфера
тактовой частотой принимающего оборудования. На практике могут применяться
различные размеры буферов. Обычно буфер содержит более одного кадра. В этом
случае принимающее оборудование при проскальзывании будет пропускать или
повторять целый кадр. Это называется управляемым проскальзыванием.
Рис. 1 – Буфер проскальзывания.
Основной целью сетевой синхронизации является ограничение
возникновения управляемых проскальзыва- ний. Существуют две основных
причины возникновения проскальзываний. Первая причина-отсутствие частоты
синхронизации из-за потери связи между генераторами, приводящее к различию
тактовых частот. Вторая причина- разовые сдвиги либо в линиях связи (такие,
как джиттер и вандер), либо между первичным и ведомым генераторами.
Последнее, т.е. фазовые сдвиги между частотами первичного генератора и
приемника, как будет показано выше, являются основной причиной
возникновения проскальзываний в сетях связи.
Проскальзывания, однако, не являются единственными сбоями, вызванными
отсутствием синхронизации. Плохая синхронизация в сетях SDH может привести
к избыточному джиттеру и потере кадров при передаче цифровых сигналов, как
изложено в разделе "Необходимость синхронизации SDH ". В корпоративных
(частных) сетях плохая синхронизация оборудования пользователя (СРЕ) может
привести к возникновению пакетов (пучков) ошибок в цифровой сети. (См.
"Пакеты ошибок, вызванные синхронизацией" на стр. 8). Поэтому, несмотря на
то, что минимизация проскальзываний остается основной целью синхронизации,
при проектировании сетей синхронизации необходимо рассматривать и другие
сбои, связанные с синхронизацией.
Влияние проскальзываний на предоставляемые услуги.
Влияние одного или более проскальзываний на качество предоставляемых
услуг в цифровых сетях связи зависит от типа этих услуг. Ниже описано
влияние одиночных проскальзываний на различные виды услуг.
При предоставлении услуг телефонной (голосовой) связи, как показано
проскальзывания могут вызвать случайные звуковые щелчки. Эти щелчки не
всегда слышны и не приводят к серьезным искажениям речи. Поэтому услуги
телефонной связи некритичны к проскальзываниям. Частота появления
проскальзываний до нескольких проскальзываний в минуту считается
допустимой.
Как показано на рис. 2, где рассматривается влияние управляемых
проскальзываний на передачу факсимильных сообщений группы З, одиночные
проскальзывания приводят к искажению или пропаданию строк в принятом
факсимильном сообщении. Проскальзывание может вызвать пропадание до 8
сканированных линий. Это соответствует пропуску 0,08 дюйма вертикального
пространства. На стандартной отпечатанной странице проскальзывание выглядит
как отсутствие верхней или нижней половины отпечатанной строки. Длительное
появление проскальзываний приведет к необходимости повторной передачи
страниц, подвергшихся их влиянию. Повторная передача не может быть
автоматизирована и осуществляется пользователем вручную.
Влияние проскальзываний на передачу данных при помощи модемов
проявляется в виде длинных пакетов ошибок. Продолжительность такого пакета
ошибок зависит от скорости передачи данных и типа модема находится в
диапазоне от 10 миллисекунд до 1,5 секунд. В период появления этих ошибок
оконечное приемное устройство, подключенное к модему, принимает искаженные
данные. В результате пользователь должен осуществить повторную передачу
данных.
При возникновении проскальзываний во время сеанса видеотелефонной
связи происходит пропадание изображения. Абонентов просят повторно
установить связь для восстановления изображения.
Влияние проскальзываний на передачу цифровых данных зависит от
используемого протокола. В протоколах, не предусматривающих возможности
повторной передачи, возможны пропуски, повторения или искажения данных.
Возможна потеря кадровой синхронизации, вызывающая искажения множества
кадров при возобновлении поступления импульсов кадровой синхронизации.
Протоколы с повторной передачей имеют возможность обнаружить
проскальзывания и инициировать повторную передачу. Для инициализации и
выполнения такой ретрансляции обычно требуется одна секунда. Поэтому
проскальзывания будут влиять на пропускную способность, обычно приводя к
потере секунды времени передачи.
При цифровой передаче изображений (например, видеоконференция), как
показывают тесты, приведенные ниже, проскальзывание обычно вызывает
искажение части изображения или его "замораживание" на время до 6 секунд.
Серьезность и длительность искажений зависит от применяемого оборудования
кодирования и компрессии. Наиболее значительные искажения возникают при
использовании низкоскоростного декодирующего оборудования.
Наибольшее влияние проскальзывания оказывают при предоставлении услуг
по передаче шифрованных данных. Проскальзывание приводит к потере ключа
кодирования. Потеря ключа приводит к недоступности переданных данных до
повторной передачи ключа и повторного осуществления связи. Поэтому вся
связь останавливается. Что более важно, необходимость в ретрансляции ключа
значительно влияет на безопасность. Для многих приложений, связанных с
проблемами безопасности, число проскальзываний, превышающее 1 в день,
считается неприемлемым.
Необходимость синхронизации SDH.
С появлением SDH к сетям синхронизации предъявляются новые
требования. SDH являются высокоскоростными синхронными транспортными
системами. Элементы сетей SDH требуют синхронизации, так как передаваемый
ими оптический сигнал является синхронным. Однако потеря синхронизации
сетевыми элементами SDH не приводят к возникновению проскальзываний. Это
обусловлено тем фактом, что рабочая нагрузка в SDH передается асинхронно.
Для идентификации начала кадра SDH используют указатели. Несовпадение
скоростей передачи и приема вызовет изменения в указателе (см. Рис.2).
Рис. 2 - Выравнивание указателя.
Однако, выравнивание указателя может привести к возникновению джиттера
и вандера в передаваемом сигнале. Джиттер это быстрое (>10 Гц) изменение
фазы сигнала («дрожание фазы»). Вандер - это медленное (<10 Гц) изменение
фазы сигнала («дрейф фазы»). Избыточный джиттер SDH может привести к потере
кадровой синхронизации. Избыточный вандер может вызвать проскальзывание на
оконечном оборудовании. Поэтому целью синхронизации сетей SDH является,
ограничение числа выравниваний указателя, осуществляемых сетевыми
элементами SDH. Это достигается ограничением кратковременных шумов (<100
секунд) в сети синхронизации путем использования более стабильных тактовых
генераторов на всей сети.
Пакеты (паучки) ошибок, вызванные синхронизацией.
В частных сетях синхронизация может вызвать дополнительные сбои
(ухудшения) в форме пакетов ошибок. Рассмотрим частную сеть, в которой
тактовые генераторы оборудования, размещенного на территории пользователя
(СРЕ), соединены в цепь. Кратковременному ухудшение опорной частоты первого
СРЕ повлияет на работу всего оборудования в цепи (см. Рис.3). В ответ на
кратковременную ошибку большинство генераторов CPE выработает пакеты ошибок
на всех выходных линиях. Второй генератор в цепи определит наличие
ухудшения, вызванного первым генератором, и будет реагировать подобным
образом, вырабатывая ухудшения (сбои) на всех своих выходах. Таким образом,
пучок ошибок распространяется (и произвольно увеличивается) по всей сети
СРЕ.
Пучки ошибок, вызванные синхронизацией, по своей природе являются
кратковременными переходными процессами и обычно мало отличаются от
избыточно ошибочных линий передачи. Поэтому проблемы синхронизации могут
быть ошибочно приняты за высокий коэффициент ошибок линий передачи. Таких
трудностей можно избежать при использовании правильно разработанных
генераторов СРЕ и при тщательном планировании распределения синхронизации в
частной сети. Необходимо отметить, что такие проблемы пучков ошибок обычно
не возникают в сетях общего пользования.
Рис. 3 – Ошибки каскадирования в частных сетях.
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Сети общего
пользования.
Для управления частотой проскальзываний, событиями выравнивания
указателей и пучками ошибок, вызванных синхронизацией, ITU и ANSI
установили несколько требований к рабочим характеристикам синхронизации.
Для международных соединений порог скорости проскальзываний для
"приемлемого" соединения установлен ITU на уровне одного проскальзывания за
каждые пять часов. Для достижения удовлетворительной скорости
проскальзываний при сквозной передаче долговременная максимальная
нестабильность частоты на выходе цифровой системы синхронизации составляет
1х10-11. Это требование было установлено как ANSI, так и ITU. Требования к
кратковременной нестабильности допускают от 1 до 10 микросекунд с ошибками
в день на выходе каждого сетевого тактового генератора.
В настоящее время принимаются новые кратковременные требования. Это
преследует две цели. Во-первых, это гарантирует, что случайные изменения
синхронизации не приведут к появлению проскальзываний. Во- вторых, это
ограничивает период кратковременной нестабильности сигнала синхронизации,
что, в свою очередь, ограничивает число выравниваний указателя и
результирующий джиттер в сетях SDH. ANSI требует, чтобы длительность
кратковременного шума с ограниченной полосой пропускания на выходе
генератора не превышала 100 наносекунд.
Требования к рабочим характеристикам синхронизации - Корпоративная (частная
сеть)
В настоящее время в стадии разработки находятся спецификации ETSI
выдвигающие требования к джиттеру и вандеру в сетях синхронизации,
подходящих для SDH и PDH. Устанавливаются пределы для различных уровней
(layers) сетевой синхронизации, а также рабочие характеристики генераторов
оборудования SDH. В данном документе приводятся стандарты для тех
администраторов сетей, которые придерживаются ETSI.
Для частных сетей существует несколько требований к рабочим
характеристикам синхронизации. Рабочие характеристики синхронизации для
частной цифровой сети могут быть в 1000 раз хуже, чем для сети общего
пользования. В соответствии с требованиями ANSI первый СРЕ в цепи
синхронизации частной сети должен обеспечивать 4,8 миллисекунд времени с
ошибками в день. Это соответствует приблизительно 40 проскальзываниям в
день на один СРЕ. Кроме того, ANSI в настоящее время не имеет требований,
ограничивающих число пучков ошибок, вызванных синхронизацией в частных
сетях. Однако, это временное требование. Ожидается, что в ближайшие
несколько лет эти требования изменятся до 18 микросекунд ежедневных ошибок
синхронизации и отсутствия пучков ошибок, вызванных синхронизацией.
Основной причиной плохих рабочих характеристик частных сетей является
использование в СРЕ генераторов низкого качества Stratum 4. Кроме того,
частные сети могут иметь сложные неограниченные архитектуры с большим
количеством каскадно-соединенных эталонных источников синхронизации. При
использовании генераторов 4 уровня проскальзывания вызываются не только
ошибками передачи, но и сбоями, вызванными оборудованием. Кроме того,
синхронизация СРЕ может стать серьезным источником ошибок на передающих
устройствах частных сетей. Более подробно эта проблема обсуждается в
разделе IV «Влияние генератора приемника, работа в условиях стресса -
генераторы СРЕ».
Архитектура синхронизации.
Основы передачи сигналов в сетях SDH
В этом разделе рассмотрены основные принципы передачи сигналов в сетях
SDH необходимые для понимания вопросов синхронизации. В обеих сетях
осуществляется синхронное мультиплексирование сигналов. Это дает два
основных преимущества: одноступенчатое мультиплексирование и возможность
кросс-коммутации и мультиплексирования ввода- вывода.
В существующих асинхронных системах для достижения более высокой
скорости передачи сигналов необходимо мультиплексировать сигнал на каждом
уровне иерархии передачи. Например, сигналы DS1 мультиплексируются в DS2,
затем в DS2 в DS3, затем в высокоскоростные сигналы оптической линии. В SDH
мультиплексирование выполняется за один шаг, так как сигнал синхронный.
Второе основное преимущество заключается в возможности кросс
коммутации и мультиплексировании ввода-вывода. Для получения сигнала DS1
или E1 в существующих асинхронных системах должен быть демультиплексирован
полный сигнал. Высокоскоростной сигнал оптической линии должен быть
демультиплексирован в DS3, DS3 в DS2, DS2 в DS1 или E1. Необходимо иметь
все сигналы DS1 или E1, чтобы получить один из них. В SDH DS1 или E1 могут
быть получены без демультиплексирования полного сигнала.
Мультиплексирование в сети SDH
Синхронный транспортный модуль уровня
|
