Влияние проскальзываний на предоставляемые услуги

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.

Большинство современных цифровых систем радиосвязи имеют несколько систем синхронизации, которые располагаются на приемной части радиосистемы. Среди них выделяют:

системы синхронизации по несущей частоте (ССН);

системы тактовой синхронизации (СТС);

системы словной синхронизации (ССС);

системы кадровой синхронизации (СКС).

В первую очередь выполняется синхронизация по несущей частоте, затем по тактовой частоте, по словной частоте и по кадровой частоте.Для каждой системы синхронизации выделяют два режима работы: режим вхождения в синхронизм (режим поиска); режим слежения. В режиме вхождения в синхронизм осуществляется поиск и обнаружение сигнала, грубая оценка его неизвестных параметров. После чего система захватывает сигнал и переходит в режим слежения, в котором осуществляется точная оценка неизвестных параметров принимаемого сигнала. Переход в синхронный режим может осуществляться при помощи информации, передаваемой в начале сеанса связи или по самому информационному сигналу. Таким образом, эффективность передачи полезных данных снижается из-за затрат на передачу данных, необходимых только для синхронизации и необходимого времени для поиска сигнала и перехода в режим слежения всех систем синхронизации приемника . В связи с этим не теряют актуальности вопросы повышения эффективности работы систем синхронизации.

Одним из методов синхронизации передающего и приемного устройств является принудительная синхронизация с использованием всемирного точного времени [2]. В этом случае метки точного времени на концах линии передачи данных формируются, например, при помощи приемников глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС/GPS/Galileo. Современные приемные устройства СРНС способны синхронизировать временные шкалы пользователя с погрешностью в десятки наносекунд и лучше, что позволяет использовать их для синхронизации цифровых систем связи по несущей частоте.

Предлагается следующая структурная схема синхронизации передающего и приемного устройств по сигналам спутниковых навигационных систем

Отличительными особенностями предлагаемого варианта синхронизации являются:

-реализация синхронизации цифровых систем связи по несущей частоте;

-создание возможности построения систем связи без каких-либо дополнительных петель синхронизации;

-реализация возможности использования шкалы всемирного времени для синхронной смены параметров программно-определяемых систем связи.

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.

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.

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.

Область применение

Настоящая Памятка устанавливает общие принципы построения тактовой сетевой синхронизации на цифровых сетях технологической связи стран-членов ОСЖД, а также возможные способы присоединения сетей синхронизации стран-членов ОСЖД к сети тактовой сетевой синхронизации, где имеются первичные эталонные генераторы.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯВ настоящей Памятке используются следующие термины с соответствующими определениями:

Блок синхронизации БСC -блок коммутационного оборудования; в состав блока входит генератор с системой фазовой автоподстройки частоты, синхронизирующийся по принципу принудительной синхронизации от сигналов генератора более высокого уровня и являющийся источником сигналов синхронизации для генераторов (или БСC) более низкого уровня. В режиме удержания БСC может использоваться в качестве резервного источника сигналов синхронизации для части оборудования.

Блуждания фазы (wander) -медленные долговременные отклонения характеристических моментов сигнала синхронизации относительно средних или идеальных положений во времени с частотой менее 10 Гц.

Ведомый задающий генератор ВЗГ (SSU) -генератор в цепи синхронизации, синхронизирующийся по принципу принудительной синхронизации от сигналов генератора более высокого уровня и синхронизирующий генераторы более низкого уровня [1], [2]. ВЗГ может использоваться в последовательной цепи синхронизации для улучшения качества сигналов синхронизации на коротких интервалах наблюдения. При появлении аварии сигналов синхронизации на входах ВЗГ в режиме удержания выполняет функцию резервного источника сигналов синхронизации.

Девиация временного интервала ДВИ (TDEV)- мера ожидаемого отклонения характеристических моментов сигнала за периоды наблюдения относительно средних или идеальных положений, как функция общего времени наблюдения [2].

Дрожания фазы (jitter)- кратковременные отклонения характеристических моментов сигнала относительно средних или идеальных положений во времени с частотой 10 Гц и более.

Единичный интервал ЕИ (UI) -единица измерения фазы и фазовых отклонений, соответствующая 2 радиан и интервалу времени, равному периоду тактовой частоты сигнала.

Коммутационное оборудование –класс изделий, объединѐнных одинаковыми требованиями к параметрам тактовой сетевой синхронизации и общим функциональным назначением – коммутация каналов и линий. К классу «коммутационное оборудование» относится аппаратура ОТС, аппаратура АКТС, включающая автоматические телефонные станции АТС, телефонные коммутаторы ручного обслуживания, в том числе ручные междугородные коммутаторы телефонной связи РМТС и другое оборудование связи, не относящееся к системам передачи.

Максимальное отклонение временного интервала МОВИ (MTIE) -максимальное изменение (полный размах) задержки сигнала, выраженной в единицах времени, относительно идеального сигнала за периоды наблюдения в течение всего времени измерения [3].

Режим синхронизации -основной режим работы принудительно синхронизируемого генератора, при котором частота и фаза сигнала синхронизации на выходе генератора соответствует с допустимой точностью изменениям частоты и фазы сигнала на входе внешней синхронизации. Режим ресинхронизации (retiming)- режим преобразователя синхросигнала, обеспечивающий преобразование потока Е1 в поток Е1/Т (поток Е1/Т – это поток Е1 на выходе преобразователя синхросигнала, переписанный через буфер обмена на частоту внешнего синхросигнала). Режим удержания (holdover) -режим работы ВЗГ или БСC, в котором частота сигнала синхронизации на выходе не зависит от частоты сигнала на входе, а определяется накопленными в режиме синхронизации данными и дестабилизирующими факторами (старением, температурными воздействиями, радиационными и электромагнитными излучениями и пр.), действующими во время работы в режиме удержания. Переход в режим удержания возможен при появлении аварии, либо принудительно, по команде оператора.

Сеть синхронизации- совокупность всех цепей синхронизации цифровой сети связи.

Синхронное взаимодействие- вид взаимодействия оборудования связи на цифровых сетях, при котором оборудование связи синхронизируется от одного источника сигналов синхронизации, а долговременные и кратковременные относительные отклонения частот и фаз сигналов находятся в допустимых пределах. Как следствие, в каждом оборудовании информационные сигналы, принимаемые от другого оборудования, и тактовые сигналы, поступающие от собственного синхронизируемого генератора, имеют равные средние значения частот. Синхронизация- процесс установления и поддержания требуемых, заранее определенных с заданной точностью, фазовых соотношений между сигналами цифровой сети связи.

Цепь синхронизации- совокупность оборудования, обеспечивающая передачу сигналов ТСС от источника сигналов синхронизации до конкретного синхронизируемого оборудования. Каждая цепь синхронизации от источника сигналов синхронизации (например, с выхода ПЭГ) проходит через последовательно синхронизируемые генераторы СЭ систем передачи, ВЗГ, РСС, БСС коммутационного оборудования и заканчивается генератором рассматриваемого цифрового оборудования.

Поиск по сайту: