Методи синхронізації мереж

Обґрунтування вибору методу або сукупності методів синхронізації мережі зв’язку є проблемною задачею стратегії синхронізації ЦМЗ (Цифрова мережа зв’язку). При цьому рішення проблеми шукається роздільно для міжнародної і для національної мереж [2].

Рекомендація передбачає використання плезіохронного методу синхронізації у міжнародній цифровій мережі, а в майбутньому можливо створювання синхронної міжнародної мережі. Обґрунтування вибору методу синхронізації національної цифрової мережі зв’язку відноситься до компетенції національних адміністрацій зв’язку. При цьому у відповідності з вищеназваною рекомендацією необхідно забезпечити якість переміщення інформації, що випливає з вимог забезпечення середнього інтервалу часу між двома проковзуваннями не менш 70 діб. Ця вимога витікає з наступних міркувань. Відносна різниця частот тактових генераторів двох любих комутаційних станцій мереж зв’язку повинно задовольняти умові :

, (11.1)

де

f _л - частота ТГ сигналу зустрічної станції, що надходить з лінії;

f _{ц ск} - частота ТГ ЦСК.

Рекомендація величину d визначає рівною 10 для міжнародних цифрових мереж зв’язку. В цьому випадку для цифрових потоків з тривалістю циклу, рівною 125 мкс, одержимо середній інтервал часу між двома проковзуваннями:

діб. (11.2)

Синхронна цифрова мережа – ЦМЗ, в якій управління ТГ здійснюється таким чином, щоб вони працювали з однаковими частотами, або з однією й тією ж частотою при обмеженому відносному фазовому зсуві. В ідеальному випадку ТГ являються синхронними, але на практиці можуть бути мезахронними .

Асинхронна цифрова мережа – ЦМЗ, в якій від ТГ не потрібно, щоб вони були синхронними або мезахронними. Часто в асинхронній мережі зв’язку для об’єднання асинхронних сигналів виконують узгодження швидкості цифрових потоків за допомогою цифрового вирівнювання.

Цифрове вирівнювання здійснюється шляхом передачі допоміжної інформації про не узгоджування швидкостей цифрових потоків передавальних станцій і на основі цієї інформації введення або виключення допоміжних символів на приймальній станції. Це призводить до зниження ефективності використання пропускної спроможності цифрового тракту, ускладнення обладнання і практично виключає можливість часової комутації. При цьому асинхронні мережі зв’язку з використанням методу узгодження швидкостей не знайшли широкого використання в інтегральних ЦМЗ.

Частковим випадком асинхронної мережі є плезіохронна мережа, в якій тактові синхросигнали одержують від незалежних високо стабільних задаючих генераторів .

Плезіохронна мережа передбачає наявність в кожному пункті, де розташовані джерела даних і в пунктах об’єднання потоків інформації автономних високо стабільних ТГ. Очевидною перевагою плезіохронної мережі є практично повна незалежність роботи ТГ від стану мережі. Крім того, відпадає необхідність синхронізації територіально розділених ТГ в період експлуатації, а разом з цим з’являється можливість виключити допоміжні канали, призначені в інших методах синхронізації для передачі хронуючої інформації, тобто поліпшити ефективність ЦМЗ .

Недоліками плезіохронної мережі є: - принципова наявність проковзування цифрового сигналу через кінцевої стабільності ТГ і обмеженого об’єму еластичної пам’яті; - досить велика вартість високо стабільних ТГ, та їх мала надійність.

Виходячи з вищесказаного можна зробити висновок, що широке застосування плезіохронного режиму через технічні і економічних факторів, в теперішній час, являється обмеженим. Враховуючи рекомендації МСЕ, плезіохронний режим необхідно застосовувати для роботи між національними синхронними мережами. Крім цього можна рекомендувати застосування цього методу в окремих випадках при будівництві спеціальних локальних ЦМЗ з невеликою кількістю ТГ, в яких допустимо виникнення проковзувань.

В синхронній ЦМЗ підтримування потрібних частотних і фазових співвідношень між тактовими синхросигналами, що виробляються усіма ТГ мережі, здійснюється завдяки управлінню частотою (фазою) сигналів тактових генераторів. Проведемо класифікацію синхронних ЦМЗ в залежності від управління кожним ТГ мережі. Найбільша кількість управляючих зв’язків між ТГ мережі існують у взаємно синхронізованій ЦМЗ. В цій мережі кожний ТГ здійснює управління всіма іншими ТГ. Взаємно синхронізована ЦМЗ, у якої всі ТГ в рівній мірі здійснюють управління іншими ТГ мережі, має обмеження по управлінню і, відповідно, така рівноправна взаємно синхронізована ЦМЗ є частним випадком взаємно синхронізованої ЦМЗ. Робоча частота мережі відповідає середньому значенню власних частот всіх ТГ мережі.

У випадку, коли деякі ТГ здійснюють управління в більшій мірі, ніж інші, ЦМЗ називається ієрархічно взаємно синхронізованою. Робоча частота мережі відповідає середньозваженому значенню власних частот всіх ТГ. За наявності тільки одностороннього управління і одного ведучого ТГ, управляючого всіма іншими ТГ, ієрархічно взаємно синхронізована мережа перетворюється в ієрархічну примусово синхронізовану ЦМЗ .

Олігархічно синхронізована ЦМЗ – мережа, в якій управління синхронізацією здійснюється декількома ведучими ТГ, які управляють останніми ТГ .

Взаємна синхронізація ТГ дозволяє забезпечити високу живучість мережі при порушені її вихідної конфігурації за рахунок великої кількості управляючих мереж між ТГ, а також в такій мережі не обов’язково застосування високо стабільних ТГ.

Рівноправно взаємно синхронізовані цифрові мережі, створені в Японії, є локальними мережами. В таких мережах стабільність тактової частоти мережі визначається стабільністю кожного ТГ, так як в мережі здійснюється управляєма взаємодія між всіма ТГ. Зміна частоти любих ТГ призводить до зміни частоти всіх ТГ мережі, причому нове установлене значення буде мати місце на всіх ТГ мережі. Відносна нестабільність частоти тактових генераторів звичайно складала величину .

Для взаємодії між синхронними мережами в плезіохронному режимі МСЕ у 1976 році встановив, що відносна нестабільність частоти повинна бути . Як реалізація цієї вимоги з’явились розробки ієрархічно взаємно синхронізованих мереж, в яких на станціях високого рівня ієрархії застосовуються високо стабільні ТГ. При цьому робоча частота мережі відповідає середньозваженому значенню частот всіх ТГ, причому найбільшу питому вагу мають частоти високо стабільних ТГ .

До недоліків взаємно синхронізованної ЦМЗ можна віднести значне збільшення короткочасної нестабільності робочої частоти мережі, яка виникає внаслідок впливу додаткових динамічних нестабільних завад на лінії, короткочасні зміни конфігурації мережі, зміни часу розповсюдження цифрового сигналу в лінії зв’язку і т. д. Спроба покращити параметри системи взаємно синхронізованих ТГ: застосування двохполюсного управління синхронізації ТГ, введення регульованих затримок, використання фазових дискримінаторів з зоною нечутливості, – приводять до ускладнення обладнання, збільшення об’єму обладнання, зниження надійності.

Виходячи з вищесказаного можна зробити висновок, що застосування взаємної синхронізації ТГ, рівноправної взаємної синхронізації ТГ доцільно в окремих випадках. Зокрема на локальних ЦМЗ, для яких не потрібна взаємодія з іншими мережами в плезіохронному режимі; на мережах, де практично відсутні або незначні додаткові динамічні нестабільності. Ієрархічна взаємна синхронізація ТГ дозволяє розширити область застосування взаємної синхронізації ТГ і на мережах, які здійснюють взаємодію з іншими мережами в плезіохронному режимі, а також в майбутньому при наявності зовнішньої синхронізації ТГ вищого рангу на мережі, здійснюючи взаємодію з другими мережами в синхронному режимі .

По мірі вдосконалювання побудови генераторного обладнання появи високоякісних цифрових інтегральних мікросхем, зокрема, мікропроцесорів, набування досвіду розробки і експлуатації систем синхронізації особливу увагу стали приділяти примусово ієрархічно синхронізованим ЦМЗ.

Крім загальних причин, що впливають на вибір цього способу, слід відзначити, що примусова ієрархічна ЦМЗ має високу “живучість” завдяки наявності додаткового управління синхронізацією та ієрархічному розподілу ТГ; можливість плезіохронної взаємодії з іншими мережами у випадку використання обмеженого числа високо стабільних ТГ (ведучих), а при синхронізації останніх – синхронна взаємодія порівняно простого обладнання системи синхронізації. Суть ієрархічно примусової синхронізації ТГ ЦМЗ полягає у наступному. Кожному ТГ мережі присвоюється ранг, який залежить від стабільності ТГ, якості тракту розподілу тактової частоти, взаємозв’язку з іншими ТГ. В залежності від стану тракту розподілу тактової частоти, що зв’язує ведучий (ВТГ) з відомим (ВдТГ), останній може синхронізуватися від основного тракту, резервного тракту, власного високо стабільного ТГ або працювати з “запам’ятованим” значенням частоти. З метою здійснення однозначного вибору ВТГ і оптимальної організації ієрархії мережі передбачається передача разом з тактовими синхросигналами пакета маркерних імпульсів.

Примусово синхронізована ЦМЗ дозволяє забезпечити високу якість синхронізації ТГ при достатньо простому обладнані і обмеженому числі високо стабільних ТГ. Недоліком такого методу синхронізації є його мала надійність, обумовлена ймовірністю виходу з строю ведучого ТГ. Застосування примусової синхронізації ТГ від ВТГ доцільно здійснювати для мережі, яка має радіальну структуру і відсутні зв’язки між синхронізованими ТГ.

Таким чином, можна зробити висновок, що розвиток тактової синхронізації ЦМЗ йде по шляху створювання примусово ієрархічно синхронізованих ЦМЗ на національних мережах, використанні на вищих рівнях ієрархії високо стабільних ТГ, що дозволяє здійснити плезіохронний режим роботи на міжнародних мережах.