Оборудование транспортных сетей, выполняемые с учетом рекомендаций ITU–T, имеют встроенные средства резервирования секций мультиплексирования, трактов, каналов и отдельных блоков аппаратуры.
В оборудовании гибких мультиплексоров PDH, мультиплексоров SDH, коммутаторах ATM, мультиплексорах WDM заложены возможности резервирования по схемам 1+1 и 1:1 c гарантированной 100% защитой сети трактов, подсети трактов, секций. Однако режимы 1+1 и 1:1 отличаются. В режиме 1:1 возможно использование под дополнительную нагрузку резервного пути. На рисунке 2.40 представлены схемы резервирования 1+1 и 1:1.
Рисунок 2.40. Резервирование секций транспортных сетей
Кроме того, в секциях мультиплексирования возможна реализация защиты трафика по схеме 1: n, т.е. на n рабочих секций приходится одна секция защиты, которая может использоваться для передачи дополнительного трафика.
Признаками для активизации защитного переключения могут быть следующие показатели (сигналы): 10-3...10-9
– ухудшение сигнала (SD), когда значение коэффициента ошибок по битам (BER) находится в диапазоне;
– потеря сигнала (LOS);
– потеря цикла (LOF);
– избыточный коэффициент ошибок по битам для секции мультиплексирования.
Учитывая, что передача может происходить по одной или двум параллельным схемам, возможны различные варианты переключений: синхронизированный и несинхронизированный.
При двунаправленной передаче переключение на резерв осуществляется в двустороннем режиме. Оба направления передачи контролируются непрерывно и при необходимости переключаются синхронно между собой.
При однонаправленной передаче переключение на резерв осуществляется в одностороннем режиме. Каждое направление передачи контролируется отдельно и при необходимости выполняется переключение. Это может привести к ситуации, когда по основной секции осуществляется передача только в одном направлении, а передача в другом направлении ведется по резервной секции. Защита секции мультиплексирования рассчитана на реализацию в обратимом и необратимом режиме.
Обратимый режим – возврат на основную секцию как только на этой секции восстанавливается соответствующее качество передачи, и это состояние сохраняется в течении определенного периода времени (ожидание перед восстановлением).
Необратимый режим – автоматический возврат на основную секцию не обеспечивается, однако возврат на основную секцию возможен, когда качество передачи по резервной секции становится ниже качества по основной секции.
Защита секции мультиплексирования может быть реализована в ручном режиме.
Важнейшей составной частью резервирования в транспортной сети является резервирование трактов. Резервирование трактов возможно в подсети.
Тракт в транспортной сети представляет собой маршрут передачи, у которого на концах находятся точки окончания. Например, трактом может быть маршрут передачи между двумя оконечными мультиплексорами с интерфейсами PDH (рисунок 2.41).
Между двумя сетевыми элементами, обеспечивающими точки окончания тракта (ТОТ), могут быть установлены другие сетевые элементы.
Соединение подсети является частью тракта, завершаемое двумя точками окончания соединения, рассчитанными на функцию контроля соединения. В точках соединения производится мониторинг сигналов. На таком подмаршруте передачи могут быть установлены другие сетевые элементы.
Рисунок 2.41. Тракт, подсеть, секция мультиплексирования
Принцип резервирования соединения подсети или тракта (SNCP–Sub-network connection protection) основывается на дублировании передаваемых сигналов и выборе наилучшего сигнала из доступных на окончании соединения. Два сигнала одного источника пересылаются по двум соединениям подсети, одно из которых определено в качестве основного, а другое – в качестве резервного. Система переключается на резервное соединение только при отказе основного.
Защита секций и трактов (соединений подсети) применяется в любых конфигурациях транспортных сетей. Однако особое положение в этом смысле имеют сети кольцевой архитектуры. В кольцевых сетях предусмотрены следующие варианты защиты:
– однонаправленное кольцо 2-х волоконное с защитой подсети или секции;
– двунаправленное кольцо 2-х волоконное с защитой подсети или секции;
– двунаправленное 4-х волоконное кольцо с защитой секции;
Принципы однонаправленности и двунаправленности соединения в кольцевой сети демонстрируется на рисунке 2.42. Эти соединения могут быть выполнены в любой из транспортных сетей (SDH, ATM, WDМ), однако различаются принципами реализации (электронные, оптические, протокольные).При этом в SDH и WDM сетях защита носит характер физического переключения, а в сети АТМ протокольного изменения пути доставки данных.
Рисунок 2.42. Принципы одно- и двунаправленного соединения в кольце
Резервирование соединения в кольце SNCP состоит в следующем. Составляющие сигналы направляются по кольцу по часовой и против часовой стрелки. В принимающем узле сигналы сравниваются и выбирается сигнал с более высоким качеством. При разрыве линии передачи сигналы направляются по другому пути (рисунок 2.43).
Рисунок 2.43 Защитное соединение SNCP
На рисунке 2.44 представлена схема однонаправленного 2-х волоконного кольца с защитой секции мультиплексирования, которая гарантирует сохранение трафика любой поврежденной секции.
а) Организация 2-х волоконного кольца с однонаправленной передачей
б) Защитное переключение в поврежденной секции на резервную емкость
Рисунок 2.44. Однонаправленные 2-х волоконные кольца с защитой секции
На рисунке 2.45 представлена схема резервирования 2-хволоконного двунаправленного самовосстанавливающегося кольца BLSR (Bi-directional line switched ring). При организации этого способа защиты емкость каждой секции между мультиплексорами загружается не более чем на половину. Например, в цикле SDH STM-N полезная нагрузка занимает не более N/2. В этом случае создается возможность обходить поврежденную секцию за счет перегрузки данных на свободную емкость внутри STM-N.
а) Организация 2-х волоконного кольца с двунаправленной передачей
Рисунок 2.45 Резервирование 2-х волоконного BLSR
Защита кольцевой транспортной сети с 4-х волоконным двунаправленным режимом передачи демонстрируется на рисунке 2.46.
а) Организация 4-х волоконного двунаправленного кольца BLSR
б) Защита поврежденного кабеля в секции 4-х волоконного BLSR
в) Защита двух поврежденных кабелей в секции 4-х волоконного BLSR
Рисунок 2.46. Резервирование 4-х волоконного BLSR
Защитные переключения в кольцевых сетях, направленные на резервирование секций получили общее обозначение:
MS – SPRing, multiplexer section shared protection ring – кольцо разделяемой защиты секции мультиплексирования.
Для защиты трафика (каналов) при переключениях установлен норматив на время переключения. Согласно рекомендаций ITU–T G.841/842:
– время переключения SNCP верхнего и нижнего порядка не более 30 мс;
– время переключения MSP 1+1; 1:1; 1:N не более 50 мс;
– время переключения MS–SPRing не более 50 мс.
Резервирование блоков оборудования транспортной сети используется во избежание прерываний связи при отказе компонентов. Наиболее ответственные блоки оборудования, например, кроссовые коммутаторы SDH (LPC, HPC) или блоки тактового синхронизма (CLK или SETS), резервируются по схеме 1+1. Возможно резервирование компонентных блоков, например, блоки интерфейсов SDH LOI и HOI могут резервироваться по схемам 1+1; 1:3; 1:4; 1:N (N<=10). Однако некоторые блоки оборудования транспортных сетей могут не резервироваться, например, в оборудовании SDH это блоки OHA, SEMF.
Любая цифровая система в своей основе требует тактовый задающий генератор, который должен тактировать все внутренние и внешние операции по обработке цифровых данных. Наибольшие сложности в цифровых системах возникают, когда необходимо наладить взаимодействие различных в своей основе цифровых систем, т.е. систем с различными тактовыми генераторами и функциональными реализациями (системы передачи и коммутации). Даже внутри одной системы, например, системы передачи, требуется синхронизировать приемник сигнала с передатчиком (тактовый синхронизм, цикловой синхронизм, сверхцикловой синхронизм). Применение разных тактовых генераторов может повлечь за собой сбои передачи, если не произвести принудительной синхронизации генератора приемника генератором передатчика. При этом на стабильность частот генераторов на обоих концах линии цифровой передачи будут влиять различные физические факторы, которые вызывают дрожание фазы тактирующих импульсов.
Этими факторами являются:
- шум и помехи, действующие на цепь синхронизации в приемнике;
- изменение длины пути передачи сигнала, обусловленные температурными перепадами, рефракцией в атмосфере и т. д.;
- изменение скорости распространения сигналов в физической среде (в проводных и беспроводных линиях);
- нарушение регулярности поступления хронирующей информации;
- доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств;
- переключения в линиях (срабатывание автоматического резервирования);
- систематические дрожания фазы цифрового сигнала, возникающие в регенераторах (повторителях).
Для решения проблем накопления фазовых дрожаний различного происхождения применяется ряд специальных мер.
Применение эластичной памяти для компенсации кратковременной нестабильности тактовой частоты. Пример использования такой памяти приведен на рисунке 2.47.
Рисунок 2.47. Пример схемы, устраняющей фазовые дрожания цифрового сигнала
Применение высокостабильных генераторов тактовых частот для сетей связи. Как правило, эти генераторы выполнены на основе атомного эталона частоты (цезиевые, водородные, рубидиевые) и обеспечивают долговременную стабильность тактов в заданных пределах, например
10-12.
Применение таких генераторов позволяет организовать принудительную иерархическую систему управления множеством тактовых генераторов.
Термины и определения ТСС первоначально приведены в рекомендации МСЭ-Т G.810. Ряд терминов и определений, которые необходимы для дальнейшего изложения материала, приведены ниже.
В цифровых системах понятие "синхронизм" тесно связано с понятием "проскальзывания" (slips).
Проскальзывание - исключение или повторение в цифровом сигнале одного или нескольких бит, происходящее вследствие различия в скоростях записи и считывания двоичных данных в буферных устройствах.
Проскальзывание может быть управляемым или неуправляемым.
Проскальзывание, которое не приводит к сбою цикловой синхронизации, называют управляемым. При этом сигнал с потерями восстанавливает синхронизм.
При неуправляемом проскальзывании моменты потери и повторения позиций в цифровом сигнале невосполнимы.
Фазовые дрожания - кратковременные отклонения значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени. Если частота отклонений превышает 10 Гц, то их называют джиттером (Jitter). Если частота отклонений не превышает 10 Гц, то их называют блужданиями или вандером (Wander). На рисунке 2.48 представлены характеристики импульсного сигнала с изменением значащих моментов.
В современной технологии контроля получила распространение практика измерения амплитуды дрожания цифрового сигнала в единицах времени: абсолютных мкс (микросекунды) или приведенных - единичных интервалах UI (Unit Interval). Одним единичным интервалом называется время необходимое для передачи одного бита информации с заданной скоростью передачи.
Источниками тактовых сигналов в цифровых системах и сетях являются тактовые генераторы, которые подразделяются на первичный эталонный (ПЭГ), ведомый/вторичный задающий (ВЗГ), генератор сетевого элемента (ГСЭ).Дрожащий цифровой сигнал
Рисунок 2.48. Временные диаграммы дрожащего цифрового сигнала и тактовой последовательности, выделенной из идеального цифрового сигнала
Первичный эталонный генератор (ПЭГ) - высокостабильный генератор, долговременное относительное отклонение частоты которого от номинального значения поддерживается не превышающим 1x10-11 при контроле по универсальному координированному времени.
Ведомый задающий генератор (ВЗГ) - генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же качества. ВЗГ обеспечивает, как правило, высокую кратковременную относительную стабильность частоты (около 10-9 - 10-11)и существенно более низкую относительно ПЭГ долговременную относительную стабильность.
Генератор сетевого элемента (ГСЭ) - синхронизируемый внешним синхросигналом генератор (обычный кварцевый), помещаемый в мультиплексоры ПЦИ, СЦИ, АТМ, кроссовых коммутаторов и т. д. Такты ГСЭ так же подстраиваются под внешние такты, как и в ВЗГ, однако их собственная относительная долговременная стабильность не превышает 10-6.
Указанные генераторы имеют следующие иерархические положения по значимости в тактовой сети синхронизации (ТСС).
1-й или высший уровень иерархии ТСС - ПЭГ (иногда называемый нулевым).
1-й уровень иерархии ТСС-ПЭИ (первичный эталонный источник), не являющийся составной частью ТСС, например, международный навигационный спутник GPS или российский ГЛОНАСС, или ПЭГ другой сети.
2-й уровень иерархии ТСС - ВЗГ, который представляют как транзитный или оконечный и совмещаемый с узлами автоматической коммутации (УАК) и автоматическими междугородными телефонными станциями (АМТС) или цифровыми АТС.
3-й уровень иерархии ТСС - ГСЭ, к которым относятся мультиплексоры СЦИ, кроссовые коммутаторы СЦИ, оконечные цифровые АТС.
Источники тактового синхронизма могут быть включены в определенные сетевые конфигурации и образовывать различные сети ТСС.
Централизованная сеть распределения синхросигналов от единственного ПЭГ. Эта синхронная сеть. в которой значащие моменты сигналов подстраиваются таким образом, чтобы установить синхронизм, при котором значащие моменты повторяются с некоторой средней точностью. Это принудительная синхронизированная сеть.
Совокупность централизованных подсетей, каждая из которых содержит ПЭГ. При отсутствии взаимосвязи между ПЭГ такая сеть синхронизации обеспечивает псевдосинхронный режим работы соответствующих цифровых подсетей.
Плезиохронный режим сети ТСС может возникнуть в цифровой сети, когда генератор ведомого узла (ВЗГ или ГСЭ) полностью теряет возможность внешней принудительной синхронизации из-за нарушения как основного, так и всех резервных путей синхронизации. В этом случае генератор переходит в режим удержания (в англоязычной литературе -holdover), при котором запоминается частота сети принудительной синхронизации. По мере ухода с течением времени частоты генератора из-за дрейфа от величины, зафиксированной в начальный момент в памяти, он переходит в так называемый свободный режим (в англоязычной литературе - free-run mode). Этот режим синхронизации уже называется асинхронным и характеризуется большим расхождением частот генераторов, при котором, однако, еще не нарушается процесс передачи информационной нагрузки в сети связи.
Сеть синхронизации ТСС образуется совокупностью генераторов (ПЭГ, ВЗГ, ГСЭ), системой распределения синхросигналов в узлах связи SASE (Stand Alone Synchronization Equipment - отдельное оборудование синхронизации) или блоки сетевой синхронизации (БСС) и между ними и самими синхросигналами, которые транслируются в определенном порядке.
В качестве синхросигналов в сети ТСС могут применяться следующие сигналы:
а) цифровой сигнал 2048 кбит/с с кодированием в троичном коде HDB3;
б) гармонический одночастотный сигнал с частотой 2048 кГц;
в) гармонический одночастотный сигнал с частотой 10 МГц или 5 МГц и некоторые другие (8кГц, 64кГц).
Блоки сетевой синхронизации (БСС) или SASE выполняются в соответствии с концепцией построения интегрированных сетей синхронизации, например, в Северной Америке BITS (Building Integrated Timing Supply). Интеграция при построении ТСС предполагает объединение транспортных сетей, сетей доступа, вторичных сетей для поддержки синхронизма. При этом сеть синхронизации должна проектироваться и создаваться как наложенная сеть.
Нормирование частоты проскальзываний введено с рекомендации МСЭ-Т G.822 для стандартного цифрового условного эталонного соединения длиной 27500 км основного цифрового канала 64 кбит/с между абонентскими окончаниями. Это соединение представляет собой соединение двух национальных сетей через несколько международных транзитов и насчитывает в общей сложности до 13 узлов и станций (из них пять центров международной коммутации и на каждой национальной сети по третичному, вторичному и первичному центру коммутации).
В таком соединении может происходить:
а) не более пяти проскальзываний за 24 часа в течение 98,9% времени работы;
б) более пяти проскальзываний за 24 часа, но менее 30 за один час в течение 1 % времени работы;
в) более 30 проскальзываний за один час в течение 0,1% времени работы.
Время работы - не менее одного года.
Качество, обозначенное а), соответствует псевдосинхронному режиму сети.
Качество, обозначенное б), оценивается как пониженное качество, при котором сохраняется трафик.
Качество, обозначенное в), считается неудовлетворительным и соответствует нарушению соединения.
Проскальзывания в явной форме отражаются на качестве услуг электросвязи:
- в виде щелчков при передаче телефонии (несжатый сигнал - только 5% проскальзываний вызывает щелчок, сжатый - одно проскальзывание вызывает щелчок);
- искажение текста при факсимильной передаче;
- шум и перерывы связи в сотовых системах;
- остановка кадров изображения при передаче в мультимедийных системах и т. д.
Число проскальзываний, которые возникают из-за ухудшения качества синхронизации, определяется следующей формулой:
Число проскальзываний за 24 часа = (число секунд за сутки) х (число циклов в секунду) х ( f / fo),
где ( f / fo) - точность синхронизации.
Если длительность цикла 125 мкс, цикловая частота равна 8 кГц, число секунд в сутках - 86 400, то число проскальзываний определяется:
Nпpocк=6,9x108x( f/fo).
Это соотношение позволяет определить связь норматива на проскальзывания и требуемую точность синхронизации. При стабильности тактового генератора 2х10-11 число проскальзываний в сутки составит:
NnpocK=13,810-3.
т. е., возникнет одно проскальзывание за 72,5 суток, что соответствует требованию рекомендации G.822.
Ниже приведены другие примеры проскальзываний.
| Отклонение тактовой частоты Af / fo | Частота проскальзываний |
| +-1*10-12 | один раз за 700 суток |
| +-1*10-11 | один раз за 70 суток |
| +-1*10-10 | один раз за 7 суток |
| +-1*10-9 | один раз за 17 часов |
| +-1*10-8 | один раз за 40 минут |
| +-1*10-7 | через 10 минут |
| +-1*10-6 | через 1 минуту |
| +-1*10-5 | через 6 секунд |
| +-1*10-4 | через 0,6 секунды |
| +-1*10-3 | через 0,06 секунды |