Доступк сети

Доступк сети

Доступк сети

Корпора-тивные

пользователи

Мобильныепользователи

Базоваястанциясотовой

сетиСтационарныепользователи

МультиплексорМультиплексор

Синхронизация телекоммуникационныхсетей:

Синхронизация сети SDH/SONET

Сообщение по применению 1264-2

MuxMux

3

Содержание

I. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

II. Основы передачи сигналов в сетях SDH и SONET . . . . . . . 5Мультиплексирование в сети SDH . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Мультиплексирование в сети SONET . . . . . . . . . . . . . . . 6Указатели и выравнивание указателей . . . . . . . . . . . . . 8Размещение полезной нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

III. Эффективность синхронизации и источникивыравнивания указателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Идеальный режим и случайные отклонения фазы . . . . . 11Напряженный режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Режим удержания частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

IV. Воздействие синхронизации SDH/SONET на полезныенагрузки DS3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Число выравниваний указателя в сети . . . . . . . . . . . . . . 13Джиттер полезных нагрузок DS3, вносимый сетьюSDH/SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Требования к сети для поддержания трафика DS3 вSDH/SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

V. Воздействие синхронизации SDH/SONET на полезныенагрузки DS1 и E1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Число выравниваний указателя DS1/E1 . . . . . . . . . . . . 16Джиттер полезных нагрузок DS1 и E1, вносимый сетьюSDH/SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Дрейф полезных нагрузок DS1 и E1, вносимый сетьюSDH/SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Пригодность для передачи тактовых сигналов . . . . . . . . 18Услуга предоставления канала DS1/E1 частномуабоненту сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Требования к сетям SDH/SONET по поддержкетрафика DS1 или E1 в . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

VI. Планирование синхронизации в сети SDH . . . . . . . . . . . . . 21Распределение опорного сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Требования к источнику-размножителюсинхросигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Требования к тактированию сетевого элемента SDH . . . 22

VII. Планирование синхронизации в сети SONET . . . . . . . . . . . 23Распределение опорного сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Требования к источникам синхросигнала BITS . . . . . . . 23Требования к тактированию сетевого элементасети SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

VIII. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4

I. Введение

Синхронная цифровая иерархия (SDH) и синхронная оптическаясеть (SONET) являются новыми системами передачи данных,предназначенными для стандартизованной высокоскоростнойсвязи по оптическим линиям. Технологии SDH и SONETупрощают построение сетей связи, обеспечивают совместимостьсредств различных изготовителей, имеют стандартизованныеинтерфейсы и стандартизованные заголовки для работы,администрирования, технического обслуживания ипредоставления услуг абонентам.

Введение технологий SDH и SONET выдвигает новые требования ксинхронизации сети. Характеристики большинствасуществующих телекоммуникационных сетей требуютусовершенствования. В первую очередь это касаетсякратковременных характеристик (нестабильность частотытактового генератора за время до 1000 секунд). Это обусловливаетнеобходимость использования высококачественных тактовыхгенераторов. Долговременные характеристики также требуютвнимательного изучения, так как многие администраторы сетейначинают использовать множество первичных источниковопорных сигналов (PRS) и укорачивать цепи синхронизации дляподдержания минимальной величины дрейфа. Все эти мерынаправлены на исключение ошибок при передаче сигналов DS1,E1 и DS3, которые проходят через сети SDH и SONET.

В разделе II данного сообщения по применению приводятсяосновные положения, касающиеся сетей SDH и SONET,необходимые для понимания некоторых вопросов синхронизациив каждой из них. В разделе III рассматривается работасинхронизации сети и ее влияние на функционирование сетейSDH и SONET. Влияние, которое SDH и SONET оказывают напередачу сигналов в существующей плезиохронной цифровойиерархии (PDH), рассматривается в разделах IV и V. В разделе IVвнимание сосредоточено на проблемах транспортированиясигнала DS3 в системах SDH и SONET, а в разделе V описановлияние на транспортирование сигналов DS1 и E1. Требования ксинхронизации, необходимые для поддержания сети SDH,обсуждаются в разделе VI, а для сети SONET – в разделе VII.

Основные принципы синхронизации в сетях SDH и SONETидентичны. Поэтому в данном сообщении по применениюописание общих свойств будет относиться к обеим системам SDH иSONET. Однако существуют различия в архитектуре иприменении сетей, использующих каждую из этих систем. Когдаречь будет идти только об одной из систем, ясность будетвноситься указанием ее наименования.

Дополнительные сведения, касающиеся синхронизации сети,содержатся в двух отдельных сообщениях по применениюHP [1, 2].

5

II. Основы передачи сигналов в сетях SDH иSONET

В этом разделе рассмотрены основные принципы передачисигналов в сетях SDH и SONET, необходимые для пониманиявопросов синхронизации. В обеих сетях осуществляетсясинхронное мультиплексирование сигналов. Это дает дваосновных преимущества: одноступенчатое мультиплексированиеи возможность кросс-коммутации и мультиплексирования ввода-вывода.

В существующих асинхронных системах для достижения болеевысокой скорости передачи сигналов необходимомультиплексировать сигнал на каждом уровне иерархиипередачи. Например, сигналы DS1 мультиплексируются в DS2,затем DS2 в DS3, затем DS3 в высокоскоростные сигналыоптической линии. В SDH/SONET мультиплексированиевыполняется за один шаг, так как сигнал синхронный.

Второе основное преимущество заключается в возможности кросс-коммутации и мультиплексировании ввода-вывода. Дляполучения сигнала DS1 или E1 в существующих асинхронныхсистемах должен быть демультиплексирован полный сигнал.Высокоскоростной сигнал оптической линии должен бытьдемультиплексирован в DS3, DS3 в DS2, DS2 в DS1 или E1.Необходимо иметь все сигналы DS1 или E1, чтобы получить одиниз них. В SDH/SONET DS1 или E1 могут быть получены бездемультиплексирования полного сигнала.

Мультиплексирование в сети SDH

Синхронный транспортный модуль уровня 1 (STM-1), имеющийскорость передачи 155,520 Мбит/c, обеспечивает базовую скоростьпотока для SDH [3]. Все менее скоростные полезные нагрузки,такие как DS1, E1 или DS3 упаковываются в STM-1 [4]. Болеескоростные сигналы формируются путем мультиплексирования Nтранспортных модулей STM-1 в STM-N. Никаких дополнительныхзаголовков или дополнительной обработки при этом не требуется.Сигнал STM-1 состоит либо из сигналов трех административныхблоков уровня 3 (AU-3), либо из сигнала одного блока AU-4.

Полезные нагрузки могут быть упакованы в SDH несколькимиспособами, как показано на рисунке 1. Сигналы DS1 или E1сначала упаковываются в виртуальный контейнер (VC-11, VC-12,соответственно). Этот виртуальный контейнер VC содержитполезную нагрузку и информацию заголовка. VC-11 или VC-12затем упаковываются в более скоростной виртуальный контейнерVC, такой как VC-3, который может быть также использован дляпереноса сигналов DS3. Сигнал VC-3 имеет дополнительнуюинформацию заголовка. Более скоростной сигнал VC затемупаковывается в сигнал AU-3 или AU-4, которые входят в составSTM-1.

6

Мультиплексирование в сети SONET

Сеть SONET аналогична сети SDH, но использует другиестроительные блоки для транспортирования потоков [5].Основным блоком SONET является синхронный транспортныйсигнал уровня 1 (STS-1), имеющий скорость передачи 51, 84Мбит/с. Все менее скоростные полезные нагрузки упаковываютсяв STS-1. Несколько блоков STS мультиплексируются в STS-N.

В иерархии SONET полезные нагрузки DS1 сначалаупаковываются в виртуальные компонентные потоки нагрузки,называемые VT1.5 (рисунок 2). Виртуальные компонентныепотоки нагрузки VT подобны виртуальным контейнерам VC в SDHв том, что они также содержат полезную нагрузку и информациюзаголовка. Виртуальные компонентные потоки нагрузки VT1.5затем упаковываются в STS-1 SPE. Полезные нагрузки DS3непосредственно упаковываются в STS-1 SPE.

7

Группа VT

DS11544 кбит\с

E12048 кбит\с

DS26312 кбит\с

E334368 кбит\с

DS344736 кбит\с

E4132264 кбит\с

ATM149760 кбит\с

DS11544 кбит\с

DS11544 кбит\с

E12048 кбит\с

DS1C3152 кбит\с

DS26312 кбит\с

DS344736 кбит\с

E4132264 кбит\с

ATM149760 кбит\с

Рисунок 1 - Мультиплексированиев сети SDH

Рисунок 2 - Мультиплексированиев сети SONET

8

Указатели и выравнивание указателей

SDH и SONET для переноса сигнала используют указателиполезной нагрузки. Указатель содержит фактический адресначала виртуального контейнера на карте поля, отведенного подполезную нагрузку в структуре SDH/SONET.

Разность фаз и частот между двумя сетевыми элементами (NE) вSDH/SONET может быть компенсирована с помощью указателейполезной нагрузки. Если передающий NE SDH/SONET работаетбыстрее приемного, последний будет создавать отрицательноевыравнивание указателя и сдвигать полезную нагрузку вперед наодин байт или восемь бит, как показано на рисунке 3. Такимобразом приемный NE будет подстраиваться под передающий безпотери информации. Аналогично, если передающий NE болеемедленный, чем приемный, возникнет положительноевыравнивание указателя на один байт, как показано на рисунке 4.

Размещение полезной нагрузки

Сигналы DS3 размещаются в SDH/SONET с использованиемвставки битов (стаффинга) для компенсации расхождения втактировании между DS3 и SDH/SONET.

Сигналы DS1 и E1 могут размещаться одним из четырех методов[4, 5, 6]: асинхронное размещение, плавающее байт-синхронноеразмещение, фиксированное байт-синхронное размещение и бит-синхронное размещение.

При асинхронном размещении сигнал DS1 или E1 размещаются вVT1.5 или VC-12/13 асинхронно с использованием вставки битовдля устранения расхождений в тактировании. Для определенияначала кадра VT/VC используются указатели. При асинхронномразмещении сигналы DS1 или E1 транспортируются безпроскальзывания и без повторного тактирования. Однако системабудет подвержена действию выравнивания указателей, котороебудет происходить из-за возможной разности частот междусетевыми элементами в тракте передачи.

Плавающее байт-синхронное размещение отличается отасинхронного тем, что не использует вставки битов дляустранения расхождения в тактировании полезных нагрузок исетевых элементов. Такое размещение обеспечивает прямойдоступ к сигналам DS0. Однако при этом необходимо, чтобы DS1или E1 были синхронизированы с сетевым элементомSDH/SONET. Любое расхождение в частотах между входнойполезной нагрузкой и первым сетевым элементом SDH/SONET втракте передачи ведет к появлению проскальзываний.

Фиксированное байт-синхронное размещение не допускаетиспользования какой бы то ни было вставки битов или указателейв процессе размещения. Следовательно, DS1 или E1 должен бытьсинхронизирован с сетевым элементом SDH/SONET. Для

9

согласования тактирования по всему тракту транспортировкисигнала должен быть предусмотрен буфер проскальзывания.

Бит-синхронное размещение аналогично фиксированному байт-синхронному размещению, за исключением того, что при этом непредполагается, что структура DS1 или E1 организована в составеDS0. DS1 или E1 пересылаются в виде одиночного битового потокас кадрами DS0 или DS1/E1 или без них.

Предполагается, что большинство сетей будут использоватьасинхронное размещение для транспортирования сигналов DS1 иE1.

Начало VC-3 # 3

Величина указателя (n)

Величина указателя (D-бит с инверсией)

Байт отрицательного выравнивания для VC-3 # 3

Величина указателя (n-1)

Действие указателя на VC-3 # 3

Кадр 4

Кадр 3

Кадр 2

Кадр 1

125 мкс

250 мкс

375 мкс

500 мкс

Рисунок 3 - Операция выравниванияуказателя AU-3 -отрицательное выравнивание

10

Начало VC-3 # 3

Величина указателя (n)

Величина указателя (D-бит с инверсией)

Байт положительного выравниваниядля VC-3 # 3

Величина указателя (n+1)

Действие указателя на VC-3 # 3

Кадр 4

Кадр 3

Кадр 2

Кадр 1

125 мкс

250 мкс

375 мкс

500 мкс

Рисунок 4 - Операция выравниванияуказателя AU-3 - положительное выравнивание

11

III. Эффективность синхронизации иисточники выравнивания указателей

Выравнивание указателей происходит, когда тактовые частотыпередающих сетевых элементов SDH/SONET отличаются оттактовых частот приемных сетевых элементов. Качество работысистемы синхронизации каждого элемента в сети типичнохарактеризуется тремя составляющими: точностью задающеготактового генератора, характеристиками оборудования,распределяющего опорный сигнал, и характеристиками тактовыхгенераторов приемников, получающих опорный сигналотсоответствующего оборудования [1]. Погрешность синхронизациизадающего генератора синхросигналов обычно вносит малыйвклад в погрешность тактирования сети синхронизации [1].Основной вклад обусловливают характеристикираспределительного оборудования и тактового генератораприемника.

Тактовый генератор приемника характеризуется качеством егоработы в трех режимах [7]:

- идеальный режим- напряженный режим- режим удержания частоты

Идеальный режим характеризует кратковременное поведениетактового генератора, что имеет важное значение с точки зренияуправления выравниванием указателей в сетях SDH и SONET.Напряженный режим является типичным режимом работы, прикотором предполагается, что тактовый генераторсинхронизируется общим для всего оборудования источникомопорного сигнала, который имеет кратковременные нарушенияработы. Режим удержания частоты характеризует работутактового генератора в том редком случае, когда могут бытьпотеряны все поступающие на него опорные сигналысинхронизации.

Основные источники выравнивания указателя связаны с этимирежимами работы тактового генератора. В идеальном режимесигнал тактового генератора имеет случайные отклонения фазы,которые существенно влияют на выравнивание указателя DS3. Внапряженном режиме работы происходит накопление фазовыхошибок в сети, которые могут быть главной причинойвыравнивания указателей DS1 и E1. В режиме удержания частотыобразуется непрерывный поток периодических указателей DS3,E1 и DS1.

Идеальный режим и случайные отклонения фазы

В идеальном режиме работы тактового генератора приемника непроисходит пропадания поступающего на него опорного сигналасинхронизации. Хотя этот режим и не является типичным дляреальных условий работы сети, понимание работы тактовогогенератора в этом режиме позволяет оценить его предельныевозможности. В этом режиме также проявляютсякратковременные шумы тактового генератора, которыеобусловливают появление выравниваний указателя DS3 в сетяхSDH/SONET, в результате чего возникает джиттер полезнойнагрузки DS3.

12

Напряженный режим

Этот режим соответствует реальным условиям работы тактовогогенератора приемника, когда возможны кратковременныепропадания опорного сигнала синхронизации. Число пропаданийможет находиться в пределах от 1 до 100 за сутки.

Все пропадания сигнала синхронизации будут воздействовать натактовый генератор приемника. Во время пропадания сигнала егонельзя использовать. Когда сигнал синхронизациивосстанавливается или его пропадание сохраняется, но тактовыйгенератор переключается на синхронизацию от другого источникаопорного сигнала, возникает некоторый сдвиг во времени междусигналом местного тактового генератора приемника и вновьвосстановленным опорным сигналом. Эта временная ошибкапоявляется при каждом пропадании сигнала синхронизации изависит от конструкции тактового генератора. Величина ошибкине должна превышать 1 микросекунды [8, 9].

Величина ошибки в 1 микросекунду может вызвать до семивыравниваний указателя DS3, которые могут происходить заочень короткий интервал времени. Сетевой элемент SDH/SONETвыполняет эту операцию без появления ошибок в полезнойнагрузке DS3.

Однократное пропадание опорного сигнала не будет влиять натранспортировку DS1 или E1 в системе SDH/SONET, так каквыравнивания указателей DS1 или E1 начинаются при ошибке повремени в 4,6 и 3,5 микросекунды, соответственно. К сожалению,ошибка по времени, обусловленная пропаданием опорногосигнала, накапливается [1]. Это является основной причинойвлияния на указатели DS1 или E1.

Режим удержания частоты

Тактовый генератор приемника переходит в режим удержаниячастоты в том редком случае, когда все опорные сигналысинхронизации теряются на значительный интервал времени. Врежиме удержания частоты отслеживаются два параметра:начальное смещение частоты и частотный дрейф. Начальноесмещение частоты определяется точностью установки частотыместного гетеродина тактового генератора и уровнем шума вопорном синхросигнале, когда тактовый генератор впервыевходит в режим удержания частоты. Частотный дрейф обусловленстарением кварца гетеродина.

Когда сетевой элемент SDH/SONET находится в режимеудержания частоты или синхронизирован другим тактовымгенератором, находящимся в режиме удержания частоты,происходит непрерывное накопление фазовых ошибок. В этомслучае образуется непрерывный поток выравниваний указателя.Темп этого процесса увеличивается по мере дрейфа частотытактового генератора, находящегося в режиме удержаниячастоты.

13

IV. Воздействие синхронизации SDH/SONETна полезные нагрузки DS3

SDH/SONET может влиять на транспортировку сигнала DS3, дажеесли он асинхронный [1]. Это обусловлено выравниваниемуказателей полезной нагрузки. Изменение указателя полезнойнагрузки отражает изменение ее положения на один байт или 8 UI(UI - единичный интервал, представляющий период времени,необходимый для пересылки одиночного бита). Это несовместимос существующими системами DS3, поскольку они допускаюттолько 5 UI джиттера. Только 5 UI отклонения фазы допускаетсяна входе оборудования DS3. Если предел 5 UI превышен,оборудование DS3 может оказаться не в состоянии считыватьвходные данные, что приведет к ошибке передачи.

Чтобы приемное оборудование DS3 могло принимать сигнал безошибки, в SDH и SONET необходимо замедлить (профильтровать)фазовые отклонения, вызванные выравниванием указателя.Однако если это замедление окажется слишком большим, можетвозникнуть перекрытие с фазовыми отклонениями, вызваннымиследующим выравниванием указателя. Технология сетиSDH/SONET требует, чтобы ограничение выравниванияуказателей было сбалансировано с ограничением требований кфильтрации. Первое обстоятельство определяет требования кэффективности работы синхронизации сети и затраты на ихвыполнение; второе – требования и расходы на оборудование сетиSDH/SONET.

В плане общей тенденции ANSI (Американский национальныйинститут стандартов) выполнил работы по специфицированиютехнологии SONET с целью ее использования в существующихсетях с минимальными изменениями. Это наложило большетребований на оборудование SONET. ETSI (Европейский институтстандартов в области связи) и ITU (Международный институтэлектросвязи) приняли несколько другой подход и установилименьшие требования по синхронизации оборудования SDH и болеежесткие – к сети синхронизации.

Число выравниваний указателя в сети

Число выравниваний указателя в сети можно определить,рассмотрев работу в трех режимах, которые обсуждались вразделе III: идеальный, напряженный и режим удержаниячастоты.

В идеальном режиме работы все тактовые генераторы в сетисинхронизации имеют некоторые случайные фазовые отклонения.Модели, построенные на основе использования характерныхслучайных фазовых отклонений, измеренных втелекоммуникационных сетях, показали, что выравниваниеуказателей полезных нагрузок DS3 может происходить каждые20-100 секунд. Число выравниваний указателя DS3 существеннозависит от кратковременной (менее 1000секунд) нестабильноститактовой частоты в сети. Кроме того, было установлено, что можетпроисходить до трех выравниваний указателя одновременно.

14

Второй основной причиной погрешности тактирования являетсяработа тактовых генераторов в напряженном режиме ирезультирующие восстановления синхронизации. Ошибкатактирования, вызванная восстановлением синхронизации,ограничена 1 микросекундой [8, 9]. Однако такие фазовыеотклонения могут вызывать до семи выравниваний указателяDS3. Эти семь выравниваний могут происходить за оченькороткий интервал времени. Сетевой элемент SDH/SONET долженобладать способностью разнести эти выравнивания так, чтобыполезная нагрузка DS3, выходящая из сетевого элемента, неподвергалась джиттеру более чем в 5 UI. Число таких событийможет быть от 1 до 100 за сутки, в зависимости от архитектурысети и качества работы оборудования.

Режим удержания частоты создает разность частот междутактовыми генераторами, что является третьей причинойпогрешности тактирования. В этом режиме частота тактовогогенератора дрейфует относительно тактовой частоты сети. Этоприводит к появлению непрерывного потока событийвыравнивания указателя полезной нагрузки. Для сетевыхэлементов SONET в этом режиме выравнивание указателя можетпроисходить каждые 34 миллисекунды. Для SDH – каждые 320миллисекунд.

Джиттер полезных нагрузок DS3, вносимый сетьюSDH/SONET

Для поддержания джиттера полезных нагрузок DS3 в пределахтребуемых 5 UI ANSI установил норму на величину джиттераполезной нагрузки, вносимого сетью SONET [10]. Для DS3 нормы,установленные ANSI, приведены в таблице 1. Следует отметить,что все данные таблицы включают джиттер, вызванныйразмещением DS3.

Размещение 0,4 UI

Одиночный указатель 0,7 UI

Тройные пачки указателей 1,3 UI

Переходный процесс при изменении фазы 1,2 UI

Периодичности 1,0 UI

Периодичности +одиночный указатель 1,3 UI

Уровни джиттера даны для каждого случая, описанного впредыдущем разделе. Джиттер размещения, одиночногоуказателя и тройных пакетов указателя относятся к идеальномурежиму работы. Норма «Переходный процесс при изменениифазы» относится к случаю восстановления синхронизациитактового генератора в напряженном режиме. Джиттер в режимеудержания частоты определяется нормами в строках«Периодичности».

Таблица 1 – Нормы ANSI на джиттер DS3 для интерфейсов SONET

15

Требования к сети для поддержания трафика DS3 вSDH/SONET

Требования к сети для поддержания трафика DS2 в SDH/SONETнаправлены на уменьшение числа выравниваний указателя DS3.Вновь обсуждаются три основных источника выравниванияуказателей.

Для ограничения случайных отклонений фазы и происходящих врезультате этого выравниваний указателя должен быть ограниченкратковременный шум в тактовых генераторах сетисинхронизации.

По нормам ANSI полосно-ограниченный кратковременный шумна выходе любого тактового генератора не должен превышать 100наносекунд [8]. Кроме того, полосно-ограниченныйкратковременный шум от интегрального источника тактовойсинхронизации (BITS) не должен превышать 17 наносекунд. Этоподразумевает, что сеть функционирует в соответствии состандартом Bellcore stratum 3E [11] или на уровняхиспользования местного тактового генератора, как определеноITU, и цепи синхронизации в сети ограничены.

Некоторые мероприятия по администрированию содержатжесткие требования по уменьшению числа восстановленийсинхронизации тактового генератора и их воздействия наSDH/SONET, хотя это не является абсолютно необходимым длятранспортировки DS3. Для этого принимаются такие меры, какукорочение цепей синхронизации, использование длясинхронизации сигналов, более приближенных к первичнымисточникам и/или выбор для сетей синхронизациивысококачественного оборудования, вносящего малыепогрешности. Для уменьшения воздействия восстановлениясинхронизации тактового генератора некоторые мероприятия поадминистрированию требуют, чтобы время восстановлениясинхронизации не превышало 1 микросекунды [11], тогда какETSI и ITU предлагают использовать тактовые генераторы с болеемедленной реакцией, делая ставку на разнесение семивыравниваний указателя, которые могут возникнуть.

Влияние режима удержания частоты не является серьезнойпроблемой. Тактовые генераторы редко входят в этот режим навремя более нескольких минут, поскольку подключаются другиеопорные источники [1]. Необходимо только, чтобы режимудержания частоты использовался в соответствии с нормой stra-tum 3 для сетей SONET, а для сетей SDH использовались местныетактовые генераторы.

16

V. Воздействие синхронизации SDH/SONETна полезные нагрузки DS1 и E1

Воздействие SDH/SONET на полезные нагрузки DS1 и E1отличается от воздействия на сигналы DS3. Выравниваниеуказателя для DS1 или E1 вызывает изменение фазы на 8 UI. Это,как и в случае с DS3, несовместимо с требованием к оборудованиюDS1 и E1, допускающим величину джиттера не более 5 UI.Поэтому оборудование SDH/SONET должно обеспечитьзамедление (фильтрацию) выравнивания указателя. Для DS1 и E1особенность состоит в том, что в этом случае выравниваниеуказателей не происходит так часто. Поэтому относительнонесложно обеспечить замедление одного выравнивания указателябез перекрытия с процессом следующего выравнивания.

Еще одна особенность, касающаяся полезных нагрузок DS1 и E1 вSDH/SONET, состоит в появлении их дрейфа, который возникаетв результате накопления событий выравнивания указателя. Этоне относится к DS3, так как сигналы DS3 передаются асинхронно.

Число выравниваний указателя DS1/E1

Как и в случае выравнивания указателя DS3, число выравниванийуказателей DS1/E1 определяется для трех режимов работы,рассмотренных в разделе III: идеального, напряженного и режимаудержания частоты.

Моделирование, основанное на случайных отклонениях фазытактового сигнала генераторов, работающих в идеальном режиме,показало что выравнивания указателя DS1 на полезной нагрузкеDS1 могут происходить через каждые 1200-8000 секунд. Этонастолько редко, что одновременное возникновение двух событийвыравнивания указателей маловероятно.

Поскольку при восстановлении синхронизации возникает фазоваяошибка в 1 микросекунду или менее, должно произойтинесколько таких событий для накопления фазовой ошибки,достаточной для выравнивания указателей DS1 или E1.Выравнивание указателей DS1 и E1 происходит при ошибкетактирования в 4,6 или 3,5 микросекунды, соответственно. Числовыравниваний указателей DS1/E1 в напряженном режимезависит от числа восстановлений синхронизации в сети.Последнее, в свою очередь, существенно зависит от архитектурысети, качества системы тактирования и характеристикоборудования. Число восстановлений синхронизации может бытьот менее одного до сотен за сутки. Даже в случае большого числавосстановлений выравнивания указателей DS1/E1 будутпроисходить как отдельные события.

В режиме удержания частоты источника тактовых сигналов даженаихудший сетевой источник (норма stratum 3) вызовет толькоодно смещение указателя за каждые 12 секунд для полезнойнагрузки DS1 и каждые 9 секунд для сигналов E1. Сетевойэлемент SDH или SONET в режиме удержания частоты вызоветсмещение указателя для DS1 (E1) каждые девять (семь) секунд.Повторное появление таких смещений в виде дискретныхиндивидуальных событий наблюдается довольно редко.

17

Важно отметить, что в сети не существует механизмов, которыемогли бы привести к достаточно большим фазовым отклонениям,могущим вызвать два одновременных выравнивания указателейDS1/E1. Во всех режимах работы сети (идеальном, напряженноми удержания частоты) происходят только одиночныевыравнивания указателя.

Джиттер полезных нагрузок DS1 и E1, вносимыйсетью SDH/SONET

Для поддержания джиттера полезных нагрузок DS3 в пределах5 UI, ANSI установил норму на величину джиттера полезнойнагрузки, вносимой сетью SONET [12] (таблица 2). Часть общейвеличины джиттера 5 UI для оборудования DS1 и E1 обусловленаасинхронным переносом DS3 в сети. ANSI нормирует этусоставляющую джиттера в пределах 2,5 UI. Остальные 2,5 UIприходятся на перенос сигналов в сети SONET. В таблице 2приведены нормы для однократного выравнивания указателя видеальном и напряженном режимах.

Размещение 0,7 UI

Однократный положительный указатель 0,6 UI

Однократный отрицательный указатель 0,6 UI

Однократные положительные указатели

в режиме удержания частоты 0,6 UI

Однократные отрицательные указатели

в режиме удержания частоты 0,6 UI

Дрейф полезных нагрузок DS1 и E1, вносимый сетьюSDH/SONET

Основное влияние сети SDH/SONET на DS1 и E1 заключается впоявлении дрейфа. G. Gardner [13] показал, что в случае типовыхтранспортных сетей SDH/SONET добавляет к сигналу DS1/E1 90микросекунд дрейфа в день. Дрейф более 18 микросекунд можетвызвать появление проскальзываний [1], хотя большинствооборудования DS1 и E1 может обрабатывать до 90 микросекунддрейфа без риска появления проскальзывания. На основанииэтого ITU [9] и EIA/TIA [14] требуют, чтобы дрейф притранспортировке DS1 и E1 не превышал 18 микросекунд.

Для выполнения этого требования ANSI выработал системупоказателей распределения дрейфа для одиночной линии DS1.Эти показатели приведены в таблице 3. Приведенные значениядрейфа относятся только к линиям DS1, предназначенным длятранспортировки сигналов, но не к линиям DS1, используемымдля передачи сигналов синхронизации.

Коммутаторы сети 3,7 мкс

Размещение DS1- DS3 0,3 мкс

Размещение DS1- VT1.5 2,6 мкс

Оптоволоконный кабель 1,3 мкс

SONET 10,1 мкс

Сети, которые удовлетворяют существующим требованиям ANSI[8] ITU [9] в части синхронизации, не могут обеспечить нормудрейфа 10,1 микросекунды для сигналов DS1, транспортируемых

Таблица 3 – Нормы ANSI на распределение величин дневного дрейфа линии DS1 при транспортировке

сигналов

Таблица 2 - Требования ANSI на величину джиттера DS1 для интерфейсов SONET

18

в сети SONET. Один из путей для выполнения этой нормы состоитв ужесточении требований к сети синхронизации. Garner [13]пришел к заключению, что для выполнения нормы дрейфа 10,1микросекунды временные характеристики сети синхронизациидолжны быть в 10-100 раз лучше, чем это регламентируетсянормами ANSI и ITU. Для этого потребуются два основныхизменения в сети: первое – улучшение характеристик сигналасинхронизации в идеальном режиме работы, особенно в пределахвремени от 100 до 1000 секунд; второе – значительноеужесточение требований к характеристикам в напряженномрежиме.

Пригодность для передачи тактовыхсигналов

Полезные нагрузки, которые передаются сетью SDH/SONET,непригодны для передачи сигнала тактирования от одной точкисети к другой по нескольким причинам. Во-первых, из-зачрезмерно большого дрейфа, вносимого сетью SDH/SONET. Во-вторых, из-за резкого скачка фазы, который возникает прикаждом выравнивании указателя. Так, для сигналов DS1 и E1 всети SONET скачок фазы составляет 4,6 и 3,5 микросекунды,соответственно. Почти все синхронизируемые источникитактового сигнала, соответствующие нормам stratum 2 итранзитного уровня, а также большинство источников по нормамstratum 3 и местные источники тактового сигнала не будутвоспринимать синхросигнал с таким скачком фазы.Следовательно, в большинстве источник тактового сигнала сети небудет принимать сигнал синхронизации, когда происходитвыравнивание указателя.

Как показано выше, выравнивания указателя DS1/E1 могутпроисходить несколько раз за сутки. Таким образом, если этотсигнал используется для передачи опорного сигналасинхронизации, источник тактового сигнала сети не будетпринимать его, и опорный сигнал будет переключаться несколькораз в день. Это увеличит дрейф тактового сигнала еще нанесколько микросекунд. Поскольку ANSI и ITU регламентируютвеличину дрейфа менее 1 или менее 10 микросекунд в день,соответственно [8, 9], имеется опасность, что сеть не будетсоответствовать стандартам.

Передача тактового сигнала с помощью SDH/SONETосуществляется посредством оптической линии связи (рисунок 5).Оптическая линия связи синхронна и свободна от выравниванийуказателя. Сигнал DS1 или E1, полученный по этой линии, будетсинхронизирован с обратным трафиком сетевого элементаSDH/SONET. Недостатком такой организации являетсявозможность появления дополнительных тактирующих элементовв тракте синхронизации.

E1 сигналсинхронизации

от STM-NE1 сигнал

синхронизации

E1трафик

E1трафик

Рисунок 5 - Распределениетактирования с использованиемлиний SDH

19

Услуга предоставления канала DS1/E1 частномуабоненту сети

Поскольку компании-поставщики услуг связи вводят технологииSDH/SONET в свои сети, многие услуги частным абонентам сетейбудут оказываться в виде предоставления полезных нагрузок вSDH или SONET. В этих случаях все нагрузки, предоставляемыечастным сетям, могут быть подвержены выравниваниямуказателя и связанному с этим джиттеру и дрейфу (рисунок 6).

В типовом случае оборудование SDH или SONET компании-поставщика услуг связи не будет находиться в помещенииабонента, и оператор частной сети не будет иметь доступа ктактовому сигналу SDH/SONET, получаемому по оптическойлинии связи. В части тактирования частная сеть должнаполагаться на трафик сигнала SDH/SONET. Это может вызватьпроблемы, так как полезные нагрузки SDH/SONET не пригодныдля передачи сигнала тактирования. Эта ситуация в настоящеевремя находится в стадии рассмотрения в текстах стандартов и помере рассмотрения операторы частных сетей информируются обэтом провайдером услуг.

Требования к сетям SDH/SONET по поддержкетрафика DS1 или E1

Дрейф, вносимый сетью SDH/SONET в полезные нагрузки,предъявляет самые жесткие требования к поддержке сетиSDH/SONET с трафиком DS1/E1. Необходимо выполнить дваключевых требования: уменьшение дрейфа сети за время от 100 до1000 секунд в идеальном режиме и уменьшение допусков нахарактеристики в напряженном режиме. Уменьшение дрейфаможет быть достигнуто использованием источников сигналасинхронизации, соответствующих нормам stratum 3E илиместного уровня синхронизации. Уменьшение допусков нахарактеристики в напряженном режиме представляетзначительно более сложную задачу.

Качество работы сети в напряженном режиме зависит отхарактеристик оборудования линии связи, характеристик сигналасинхронизации и архитектуры сети синхронизации [1]. Дляуменьшения пределов допуска на характеристики сети внапряженном режиме цепи синхронизации должны бытькороткими, для них должно использоваться высококачественноеоборудование и источник синхросигнала BITS/SSU (интегральныйисточник временной синхронизации/источник-размножитель

Служба предоставленияуслуг сети

Расположениечастной сети Рисунок 6 - Предоставление

услуги SDH частной сети

E1

трафик

20

синхросигналов), имеющие высокие характеристики в частимаксимальной ошибки временного интервала (MTIE) привосстановлении синхронизации. Реальные требования для каждойконкретной сети могут быть различны.

Для оценки требований к характеристикам работы внапряженном режиме можно рассмотреть сеть, содержащую неболее трех-четырех источников тактового сигнала BITS/SSU вцепи синхронизации от первичного источника опорного сигнала(PRS). Предполагается, что в сети используетсявысококачественное оборудование для синхронизации поопорному сигналу, обеспечивающее в среднем не более двухсекунд с серьезными ошибками (SES) за сутки. В этом случае дляподдержания нормы дрейфа DS1 при транспортировке в SONETпотребовалось бы иметь источники синхросигнала BITS/SSU,обеспечивающие MTIE при восстановлении синхронизации неболее 100 наносекунд. Если характеристики оборудования негарантируются, или если цепи синхронизации более длинные,потребуется источник синхросигнала BITS/SSU с более высокимихарактеристиками.

21

VI. Планирование синхронизации в сети SDH

Основным моментом планирования сети синхронизации являетсярешение вопроса распределения тактовых сигналов и выбористочников синхросигналов и другого оборудования длятактирования сети [2]. Распределение тактовых сигналов и выбористочников различны для сетей на основе SDH и SONET. В этомразделе рассматривается планирование синхронизации для сетейSDH. Для сетей SONET этот вопрос будет рассмотрен в следующемразделе.

Распределение опорного сигнала

ITU определяет способ подключения источника опорного сигналак сети синхронизации (рисунок 7) как ключевой вопросраспределения сигналов синхронизации [15]. В цепи не должнобыть более 10 транзитных или местных узловых точек. Этиузловые точки относятся к 10 офисам, которые используютисточник синхросигнала транзитного или местного уровня вкачестве источника-размножителя синхросигналов (SSU). Междуофисами существуют цепи источников синхросигналов в видеэлементов SDH. Ни одна цепь не должна содержать более 20синхронизируемых источников. Общее число источников вполной цепи подключения опорного сигнала должно быть не более60. Каждый источник синхросигнала в цепи получает сигналсинхронизации от оптической линии, как показано на рисунке 5.

Такое подключение опорного источника было принято на основемоделирования работы в идеальных условиях и должноудовлетворять требованиям обеспечения величины джиттера 5 UIдля транспортирования DS3, DS1 и E1. Измерений дляэкспериментальной проверки результатов моделирования непроводилось. Следует отметить, что дрейф, вносимый притранспортировке DS1 и E1, был незначительным при такомподключении опорного источника. Необходимость уменьшениявеличин дрейфа путем ограничения допустимой величинывременной ошибки в напряженном режиме может потребоватьизменения в подключении опорного источника, как обсуждалось впредыдущем разделе. Кроме того, в интересах надежности можетпотребоваться укорочение длины цепи.

Требования к источнику-размножителюсинхросигналов (SSU)

Чтобы удовлетворить требованиям к величине джиттера притранспортировании DS3, DS1 и E1, источник-размножитель

Первичный источникопорного сигнала(PRG) G 811

N сетевых элементов-источниковсинхросигнала

N сетевых элементов-источниковсинхросигнала

N сетевых элементов-источниковсинхросигнала

N сетевых элементов-источниковсинхросигнала

Ведомый G 812транзитногоуровня

Ведомый G 812транзитногоуровня

Ведомый G 812транзитного илиместного уровня

1й

K-1й

Kй

T1816920-92/d28

Для расчета худшегослучая:

K = 10

N = 20 с ограничением, чтополное число источниковсетевых SDH элементовне более 60.

Рисунок 7 - Цепьподключения опорногоисточника в сетисинхронизации SDH

22

синхросигнала, используемый для создания единого времени дляофисов в сети SDH, должен иметь транзитный или местныйуровень. Источник синхросигнала должен иметь низкий уровеньсобственного шума и полосу пропускания фильтра не более 0,1 Гцдля фильтрации шума сети. Источник должен обрабатыватьMTIE, равную 1000 наносекунд при скорости изменения фазыменее 5х10-8 для наибольшего из периодов восстановлениясинхронизации. Эта скорость изменения фазы значительноменьше, чем требуется в сетях, основанных на SONET [8].

Для ограничения дрейфа E1 и DS1 следует использовать SSU случшей характеристикой отработки MTIE и улучшеннойфильтрацией. ITU еще не разработал подходов для выполнениятребований по дрейфу DS1/E1.

Требования к тактированию сетевого элемента SDH

Источник синхросигнала сетевого элемента SDH имеет болеенизкие характеристики, чем источник местного уровня,соответствующий ITU. Он удовлетворяет требованиям поудержанию частоты 5х10-8 для начального сдвига частоты и5х10-7 за сутки для дрейфа частоты. Требования квосстановлению синхронизации: MTIE менее 1,0 микросекундыпри скорости изменения фазы менее 5х10-8 для наибольшего изпериодов восстановления синхронизации.

Основное различие между источниками синхросигнала сетевыхэлементов SDH и SSU состоит в полосе пропускания. Сетевойэлемент SDH имеет полосу от 1 до 10 Гц, которая ограниченаэтими пределами по двум причинам. Во-первых, полосапропускания должна быть по крайней мере в 10 раз большеполосы SSU, чтобы накопление дрейфа в условиях идеальногорежима было минимальным. Во-вторых, источник синхросигналасетевого элемента должен обеспечивать быстрое восстановлениесинхронизации.

Когда сетевые элементы SDH сконфигурированы в кольцо, и втракте передачи сигнала синхронизации происходит разрыв(рисунок 8а), распределение синхронизации в кольцепереконфигурируется. Переконфигурированное распределениепоказано на рисунке 8б. Переконфигурирование распределениясинхронизации полного кольца из 20 сетевых элементов SDHдолжно занимать около 15 секунд. Это означает, что каждыйсетевой элемент должен закончить переконфигурирование своейсинхронизации и выйти на режим установившегося выходногосигнала за время около одной секунды. Это условие требуетдостаточно быстрой реакции сетевого элемента SDH и,следовательно, ограничивает полосу фильтрации.

Рисунок 8а - Кольцеваяконфигурация SDH с нормальнымпотоком сигнала синхронизации,направленным против часовойстрелки

Рисунок 8б - Кольцеваяконфигурация SDH с разрывом втракте передачи сигналасинхронизации, поток которогонаправлен против часовой стрелки

23

VII. Планирование синхронизации сетиSONET

В этом разделе рассматриваются вопросы планированиясинхронизации сетей SONET. Планирование синхронизациивключает определение распределения опорного сигналасинхронизации, выбор источников синхросигнала иоборудования, используемого в сети синхронизации.

Распределение опорного сигнала

Распределение синхросигналов в сети на основе SONETотличается от распределения в сетях на основе SDH. В сетяхSONET нет сетевых элементов в цепи синхронизации [6, 8].Типовая схема синхронизации показана на рисунке 9. Длина цеписинхронизации не регламентируется ANSI. Однако большинствомероприятий по администрированию сетей направлены наподдержание коротких цепей синхронизации. При этом длинацепи от 1 до 6 является типичным случаем.

Такая конфигурация сети синхронизации в сочетании с BITS иисточниками синхросигналов сетевого элемента SONET,описанная в следующих подразделах, обеспечивает безошибочнуюпередачу полезных нагрузок DS3, DS1 и E1.

Требования к источникам синхросигнала BITS

Для поддержания транспортирования сигналов в сети SONETисточник синхросигнала BITS должен удовлетворять рядутребований. Во-первых, полосно-ограниченный кратковременныйшум не должен превышать 17 наносекунд [8]. Во-вторых,источник синхросигнала BITS должен фильтровать шум ниже 100секунд, как это вытекает из требований ANSI к уровню шума навыходе. В-третьих, для обеспечения транспортирования DS1/E1источник синхросигнала BITS должен иметь малый дневнойдрейф, притом, что он имеет высокие характеристики по фазе ималую MTIE при восстановлении синхронизации.

Для выполнения этих требований рекомендуется, чтобы источниксинхросигнала BITS соответствовал нормам stratum 2 и 3. Этотисточник синхросигнала удовлетворяет требованиям пофильтрации шума, MTIE при восстановлении синхронизации,которая составляет 100 наносекунд, и требованиям по удержаниючастоты, предъявляемым ITU к местному источникусинхросигнала. Этот источник в настоящее время не признанANSI в качестве стандартного. Однако он может служитьпрекрасным примером минимальных требований к источникусинхросигналов BITS.

Рисунок 9 - Типовая схемасети синхронизации SONET

24

Требования к тактированию сетевого элемента SONET

Источник синхросигнала в сетевом элементе SONET отличается оттакового в SDH прежде всего фильтрацией шума. Источниксетевого элемента SONET имеет полосу фильтрации 0,1 Гц посравнению с полосой 1-10 Гц для SDH. Это необходимо дляфильтрации более быстрых (по сравнению с источником SSU)переходных процессов установления фазы в источнике BITS и дляфильтрации шума сети.

Сетевой элемент SONET не имеет того ограничения по скорости,которое имеет SDH. Переконфигурирование синхронизации длякольца из 16 сетевых элементов SONET выполняется в пределах 5минут. Как и источник синхросигнала сетевого элемента SDH,сетевой элемент SONET обеспечивает требование по удержаниючастоты 5х10-8 для начального сдвига частоты и 5х10-7 за суткидля частотного дрейфа. Сетевой элемент SONET также имеетвеличину MTIE при восстановлении синхронизации менее 1,0микросекунды при скорости изменения фазы менее 9х10-7 запервые 0,5 секунды и 3х10-7 после этого времени. Следуетотметить, что здесь изменение фазы происходит более плавно, чему источника сетевого элемента SDH.

25

VIII. Заключение

Введение SDH и SONET существенно ужесточает требования ксинхронизации сети. Поддержание технологий SDH и SONETтребует улучшения характеристик синхронизации большинствателекоммуникационных сетей. Критичными являютсяхарактеристики кратковременного дрейфа, что требуетиспользования высококачественных источников синхросигнала.Показатели работы в напряженном режиме также нуждаются всущественном улучшении. Это требует укорочения цепейсинхронизации, что вызывает необходимость использованиямножественных первичных источников опорного сигналасинхронизации во многих сетях и использования источниковсинхросигнала с малой MTIE при восстановлении синхронизации.Все эти меры необходимы для обеспечения приемлемых нормошибки передачи для сигналов DS1, E1 и DS3, проходящих всетях SDH и SONET.

26

Литература

[1] “Synchronizing Telecommunications Networks: Basic Concepts,”Hewlett-Packard Application Note 1264-1.

[2] “Synchronizing Telecommunications Networks: Fundamentals ofSynchronization Planning,” Hewlett-Packard Application Note 1264-3.

[3] ITU-T Recommendation G.707, “Synchronous Digital Hierarchy BitRates,” March 1993

[4] ITU-T Recommendation G.709, “Synchronous Multiplexing Struc-ture,” March 1993.

[5] “A Comparison of SONET (Synchronous Optical NETwork) andSDH (Synchronous Digital Hierarchy),” ANSI T1X1.2/93-024R2.

[6] “SONET Synchronization Planning Guidelines,” Bellcore SpecialReport, SR-NWT-002224, Issue 1, February 1992.

[7] ITU COM XVIII D.1378, “Standard Clock Testing Methodology,”1987.

[8] American National Standard for Telecommunications, “Synchroniza-tion Interface Standards for Digital Networks,” ANSI T1.101-1994.

[9] ITU-T Recommendation G.823, “The Control of Jitter and WanderWithin Digital Networks Which Are Based On The 2048 kbit/s Hier-archy,” March 1993.

[10] American National Standard for Telecommunications, “Synchro-nous Optical Network (SONET) - Jitter at Network Interfaces,” ANSIT1.105.03-1994.

[11] “Clocks for the Synchronized Network: Common Generic Criteria,”Bellcore Technical Advisory, TA-NWT-001244, Issue 2, November 1992

[12] American National Standard for Telecommunications, “Synchro-nous Optical Network (SONET) - Jitter at Network Interfaces DS1Supplement,” ANSI T1X1.3/94-001R4.

[13] G. Garner, “Total Phase Accumulation in a Network of VT Islandsfor Various Levels of Clock Noise,” Contribution to ANSI T1X1.3,Number 94-094, September, 1994.

[14] Electronics Industry Association, “Private Digital Network Syn-chronization,” EIA/TIA-594.

[15] ITU-T Recommendation G.803, “Architectures of Transport Net-works Based On the Synchronous Digital Hierarchy,” March 1993.

[16] ITU-T Draft Recommendation G.81s, “Timing Characteristics ofSlave Clocks Suitable for Operation of SDH Equipment.”

Для получения дополнительнойинформации по изделиям,предназначенным для измеренийи испытаний, а также по ихприменению и обслуживанию,пожалуйста, обращайтесь вближайшее представительство

или посетите нашу страницу всети Internetпо адресу: http://www.hp.com

Дополнительная информация:Сообщение по применению 1264-1Сообщение по применению 1264-3

Содержащаяся здесьинформация может бытьизменена.Напечатано в США, июль1995 г.

Авторское право компанииХьюлетт-Паккард ©, 19955963-9798E