Недостатки и преимущества различных режимов передачи
Наличие специального заголовка (циклового синхросигнала) или других периодически повторяющихся признаков обеспечивает высокую помехозащищенность синхронных режимов передачи: защиту от ложного синхронизма или же потерю циклового синхронизма под воздействием помех. Однако при высокой помехозащищенности волоконно-оптической среды передачи это достоинство утрачивает свое преимущество.
С момента разработки первых стандартов и по сей день системы СЦИ остаются лучшими в плане гарантированного качества передачи и высоконадежных сетевых структур. Поэтому представляется логичным, что любое усовершенствование сетевых технологий должно сохранять эти достоинства как неотъемлемую часть собственной структуры, а не как услугу, которую можно получить потенциально, как, например, в сетях АТМ.
Существующим системам c СРП и, в частности, самым развитым из них (СЦИ), конечно же, присущ ряд недостатков и ограничений. Большинство этих ограничений связано с технологическими особенностями, которые сохранились со времени создания стандартов СЦИ. Дополнительные ограничения внесли средства технической реализации, как, например, постоянная длина заголовка, негибкие возможности кроссовых переключений, ограниченная скорость обработки сигналов. Такие особенности сетей СЦИ достаточно сложно сохранять в современных сетевых структурах.
Для традиционных систем синхронной цифровой иерархии (СЦИ) характерен ряд свойств, ограничивающих гибкость транспортных сетей, а именно:
Сигнализация обеспечивается набором байтов, сжатых в канал 576 кбит/с, которого недостаточно для поддержки полосы передачи и требований задержки таких современных средств управления, как, например, GMPLS;
Сетевая синхронизация - это поддержка высоких показателей долговременной точности и стабильности тактовых сигналов в разных точках сети с целью уменьшения числа проскальзываний (сбоев) циклов, возникающих из-за расхождений частот генераторов.
До последнего времени сети синхронизации строились исключительно на базе традиционных сетей с СРП, и они прошли в своем развитии несколько этапов.
Ранний этап развития цифровой передачи: АСК + ЦСП ПЦИ
Потребность в сетевой синхронизации возникла с появлением цифровых систем передачи и коммутации. На раннем этапе часто возникала ситуация, когда цифровые системы передачи (ЦСП) плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) работали в аналоговом окружении, то есть соединяли между собой аналоговые системы коммутации (АСК).
При этом синхронизация цифровых систем передачи осуществлялась по принципу самосинхронизации, когда сигнал тактовой частоты выделялся из цифрового информационного сигнала непосредственно в точке приема (в каждом мультиплексоре или регенераторе). Потребности в сетевой синхронизации на этом этапе не возникало, поскольку АСК не нуждались в синхронизации, а ЦСП ПЦИ, благодаря использованию выравнивания по битам, позволяли мультиплексировать асинхронные компонентные сигналы со значительными сдвигами частот. Сетевая синхронизация появилась тогда, когда системы коммутации тоже стали цифровыми. В цифровой системе коммутации (ЦСК) на скорости основного цифрового канала Е0 (64 кбит/с) в цифровом транспортном окружении возникает так называемая "проблема двух генераторов", когда запись информационного сигнала происходит с одной частотой, а считывание - с другой. Несогласованность тактовых частот внутренних генераторов ЦСП и ЦСК приводит к возникновению на входе ЦСК проскальзываний циклов, то есть удаления или повторения циклов информации. Для борьбы с такими проскальзываниями начали внедряться сети синхронизации цифрового коммутационного оборудования от первичного эталонного генератора (PRC - Primary Reference Clock). При этом синхронизации подлежали только ЦСК (цифровые АТС и устройства переключения на скорости 64 кбит/с). Сигналы синхронизации в такой сети передавались по прозрачным для синхросигналов трактам ПЦИ.
Рисунок.
Дальнейшее развитие цифровых методов передачи и развертывание сложных цифровых сетей на основе ЦСК в транспортном окружении систем передачи СЦИ привели к установлению более жестких требований к синхронизации сетевых элементов. В отличие от ЦСП ПЦИ, оборудование СЦИ необходимо подключать к сети синхронизации. Это связано с тем, что мультиплексор СЦИ, помимо транспортных функций, выполняет также переключения трактов. В сложных сетях с несколькими переприемами (загрузкой и выгрузкой компонентных потоков) удовлетворить требования к фазовым искажениям (джиттеру и вандеру) на границе сети можно только при условии точной синхронизации всех элементов сети СЦИ.
При этом следует избегать любых операций с указателями, которые могут привести к увеличению джиггера в передаваемых компонентных сигналах. Лучшим средством передачи синхросигналов в сети СЦИ являются групповые оптические сигналы СТМ-n. Сегодня общепризнанным является тот факт, что технология СЦИ может реализовать все свои преимущества, только опираясь на распределение надежного синхросигнала высшего качества QL1 (в соответствии с Рекомендацией MC3-TG.811).
На принципы построения современных сетей синхронизации существенное влияние оказало широкое распространение глобальных навигационных систем (прежде всего, системы GPS Министерства обороны США, а также аналогичной системы "ГЛО-НАСС" Министерства обороны Российской Федерации). Общий ресурс почти трех десятков цезиевых стандартов частоты на борту спутников GPS используется как распределенный первичный источник синхронизации, а спутниковые радиоканалы формируют систему распределения, с помощью которой в любом месте Земли можно постоянно наблюдать 8-12 спутников и получать сигнал синхронизации высшего качества.
В настоящее время существующие сети синхронизации активно оснащаются приемниками GPS, что обеспечивает дополнительное резервирование синхросигнала на каждом узле. При создании новых сетей синхронизации часто выбирается распределенная или частично распределенная структура сети с использованием сигналов GPS. В первую очередь это касается бурно развивающихся сетей мобильной связи.
Таким образом, можно утверждать, что пик развития сетей синхронизации, который пришелся на вторую половину 1990-х годов, был обусловлен двумя основными факторами:
Взаимодействие сетей с различными режимами передачиВ последнее время особую актуальность приобрели вопросы взаимодействия сетей с различными режимами передачи (синхронным и асинхронным) с точки зрения синхронизации.
Для современного этапа развития транспортных сетей характерно внедрение асинхронного (пакетного) режима передачи (АРП) на всех участках сети: от доступа до магистрального, междугородного уровня. Проблемы сосуществования двух основных режимов передачи транспортных технологий - асинхронного и синхронного - наиболее ярко проявились во взаимодействии сетей с АРП и СРП, в частности:
В современных телекоммуникационных сетях все чаще возникают ситуации, когда оборудование (или фрагменты сетей) с СРП и АРП должны взаимодействовать между собой. Взаимодействие сетей с СРП и АРП развивается в трех направлениях:
Для обозначения процессов взаимодействия данных на границе сетей с различными режимами (технологиями) передачи в нормативных документах МСЭ-Т был введен обобщающий термин - функция взаимодействия (IWF - Interworking Function). Примерами реализации IWF являются методы передачи ячеек ATM через оборудование СЦИ и ПЦИ, которые приведены в Рекомендациях МСЭ-Т G.707 и G.804 соответственно.
Распределённая сеть синхронизации с использованием спутниковых систем
Все варианты взаимодействия сетей с СРП и АРП условно можно разделить на две группы:
Подобные сценарии широко применялись на ранних этапах развития сетей с АРП. Так, технология АТМ делала свои первые шаги в транспортном окружении систем ПЦИ, а затем СЦИ. Взаимодействие сетей с СРП и АРП осуществляется по транспортным стыкам.
В зависимости от конкретной технической реализации функции взаимодействия IWF различают два метода эмуляции канала - структурированный и неструктурированный.
Структурированный метод эмуляции канала использует цикловую структуру, присущую сигналам в режиме СРП. Сначала из входящего потока данных с синхронным режимом передачи извлекается информация о цикловой структуре (например, нулевой канальный интервал в сигнале Е12). Затем канальные интервалы (КИ) последовательно размещаются в поле полезной нагрузки пакета: сначала размещаются КИ из первого цикла, затем - из второго и т.д. Когда полезная нагрузка сформирована, к пакету добавляется заголовок, после чего пакет отправляется по сети с АРП к пункту назначения.
На выходе из пакетной сети поток данных с СРП восстанавливается, и к нему вновь добавляется информация о цикловой структуре.
Рисунок.
Неструктурированный метод эмуляции канала не учитывает цикловую структуру передаваемого сигнала, рассматривая его как простую последовательность битов с заданной скоростью. Полезная нагрузка пакета формируется из байтов, последовательно взятых из потока данных с синхронным режимом передачи. Количество байтов в каждом пакете может быть произвольным, без соблюдения каких-либо соотношений с канальными интервалами исходного сигнала с СРП. Обычно длина пакета выбирается так, чтобы время формирования пакета составляло около 1 мс.
Одним из важных аспектов взаимодействия сетей с СРП и АРП является синхронизация. Следует подчеркнуть, что сущность асинхронного режима передачи не требует сетевой синхронизации. Поэтому на ранних этапах развития технологий с АРП не выдвигалось требований к синхронизации такого оборудования, либо же они были существенно занижены. Однако выход пакетных технологий на уровень магистральных сетей и активное внедрение на сетях сценария "СРП через АРП" изменили ситуацию. При работе сети с АРП в режиме эмуляции канала необходимо обеспечить непрерывность информационного обмена между пользователями независимо от количества "островов" СРП и АРП, то есть эмуляция канала должна осуществляться "незаметно" для сетей с СРП и пользователей.
В основе решения этой проблемы, по нашему мнению, должен лежать основной принцип транспортной сети: независимо от используемого режима передачи, вид, количество и последовательность цифровых сигналов на выходе транспортной сети должны точно соответствовать их виду, количеству и последовательности на входе.
Таким образом, если сеть с АРП используется в качестве транспортной сети (например, для соединения двух "островов" СЦИ), то транспортные стыки такой сети должны соответствовать нормам, принятым для этих стыков сетей с СРП. К таким нормам относятся:
Чтобы выполнить данные нормы и обеспечить "прозрачные" соединения в режиме эмуляции канала, оборудование сетей с АРП должно получать сигнал синхронизации высшего качества QL1 (в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.811).
Оптимальным вариантом является синхронизация элементов пакетной сети от специального оборудования, установленного на данном узле (например, от устройства синхронизации с приемником GPS). О перспективности такого технического решения говорит тот факт, что многие модели современного оборудования с АРП ведущих фирм-производителей (в частности, компании Cisco) оснащены специальными входами для подключения к общестанционному устройству синхронизации.
Если такое подключение невозможно, оборудование с АРП может быть синхронизировано по транспортному стыку с сетью СРП - в этом случае сигнал синхронизации выделяется из информационного сигнала СЦИ или ПЦИ.
В настоящее время в международных органах стандартизации активно идет процесс разработки нормативной базы, регулирующей аспекты синхронизации пакетных сетей:
Среди актуальных исследуемых вопросов можно выделить следующие:
В Украине вопросы синхронизации пакетных сетей исследуются в УНИИС. В частности, ведется разработка отечественной нормативной базы по данному вопросу. Кроме того, специалисты УНИ-ИС принимают участие в подготовке новой Рекомендации МСЭ-Т G.pactiming. Среди дальнейших планов УНИИС в данном направлении - работы по моделированию взаимодействия сетей с различными режимами передачи, измерения параметров синхронизации на сетях с СРП и АРП, а также разработка конкретных технических решений.
Рисунок.
