> REPLACE THIS LINE WITH YOUR PAPER IDENTIFICATION NUMBER (DOUBLE-CLICK HERE TO EDIT) < 1
Streszczenie—W pracy przedstawiono ogólne zasady
synchronizacji sieci Telekomunikacji Polskiej. Przedstawiono strukturę sieci synchronizacyjnej oraz urządzenia używane w tej sieci.
Słowa Kluczowe — Synchronizacja, sieć telekomunikacyjna,
urządzenia synchronizacji sieci.
I. POTRZEBA SYNCHRONIZACJI
W TELEKOMUNIKACYJNYCH SIECIACH CYFROWYCH
ZYBKI rozwój telekomunikacji powoduje, że sieci telekomunikacyjne ewoluują od sieci TDM (ang. Time Division Multiplexing) wykorzystujących zwielokrotnienie z podziałem czasu do tzw. Sieci Nowej Generacji (ang. Next Generatation Networks) bazowanych na przełączaniu pakietów PSN (ang. Packet Switched Networks) – Ethernet. Kołem napędowym tej ewolucji jest znaczna redukcja kosztów. Technicznym celem jest transport wszystkich usług telekomunikacyjnych przez zunifikowaną platformę przełączania pakietów.
Ethernet został użyty w stacjach bazowych sieci komórkowych, w sieciach przełączeniowych, w sieciach metropolitalnych i w różnych technologiach sieci dostępowych. Aby zapewnić odpowiednią jakość świadczonych usług telekomunikacyjnych, bazujących na sieci TDM i sieciach pakietowych, konieczne jest zapewnienie właściwej synchronizacji tych sieci.
Należy podkreślić, że zarówno dla sieci TDM jak i sieci pakietowych dystrybucja sygnałów synchronizacyjnych jest realizowana na bazie sieci transportowych SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy) z wykorzystaniem dotychczas stosowanych urządzeń w strukturze sieci synchronizacyjnej. Na przykład dla transportu synchronizacji w sieci Ethernet dla zapewnienia odpowiedniej jakości różnego rodzaju usług konieczne było wprowadzenie Synchronicznego Ethernetu (SyncE). W sieci SyncE przyjęto metodę (master – slave), analogiczną jak dla sieci SDH. Elementami sieci SyncE są zegary EEC (ang. Ethernet Equipment Clock) analogiczne jak zegary SEC (ang. Synchronous Equipment Clock) w sieci SDH. Dystrybucja sygnałów synchronizacyjnych od zegara PRC (ang. Primary Referency Clock) może być realizowana w strukturze mieszanej zawierającej zarówno elementy sieci SDH (zegary SEC) i elementy sieci SyncE (zegary EEC).
Sieć telekomunikacyjna składa się z kilku płaszczyzn. Jedną
Autorzy są pracownikami Telekomunikacji Polskiej w Warszawie. (e-mail: marek.dynowski@orange.com, tadeusz.pawszak@orange.com).
z nich jest płaszczyzna synchronizacyjna, w której dokonuje się zsynchronizowanie rozdzielonych geograficznie zegarów do taktu pochodzącego od najlepszego źródła. Taki proces nazywa się stanem synchronizmu i oznacza taką zgodność taktów zegarów, przy której utrata informacji spowodowana przesunięciami czasowymi taktów nie przekracza wcześniej przyjętych granic.
Im bardziej złożone są to usługi oraz im większe szybkości transmisji są stosowane do ich obsługi, tym ważniejszym zagadnieniem jest zapewnienie prawidłowej synchronizacji sieci. Brak właściwej synchronizacji powoduje obniżenie jakości lub degradację oferowanych usług. Na przykład:
transmisja telefoniczna objawia się trzaskami w słuchawce, transmisja telefaksowa powoduje zamazanie do 8 linii, transmisja danych (przekazywanie obrazu) zatrzymanie
obrazu na pewien czas,
pakietowa transmisja danych powoduje utratę przypadkowej liczby bloków
II. OGÓLNE ZASADY SYNCHRONIZACJI SIECI
Ogólne zasady synchronizacji sieci są następujące:
1. Dla synchronizacji sieci cyfrowej wykorzystuje się wyspecjalizowane źródła częstotliwości, wytwarzające bardzo stabilny sygnał taktowania.
2. Podstawowym źródłem sygnału synchronizacyjnego jest pierwotny zegar odniesienia PRC, który dostarcza sygnał wzorcowy o długoterminowej niedokładności częstotliwości o wartości nie większej niż 1x10-11.
3. W ważniejszych węzłach sieci są stosowane wtórne źródła sygnałów synchronizacyjnych SSU (ang. Synchronization Supply Unit) służące do regeneracji sygnałów synchronizacyjnych oraz dystrybucji sygnałów synchronizacyjnych na potrzeby różnych elementów sieciowych w węźle.
4. W węzłach mniejszych sieci, gdzie nie są stosowane urządzenia SSU, a ilość wyjść synchronizacyjnych z zegarów SEC krotnic SDH jest niewystarczająca, stosujemy dystrybutory sygnałów taktowania i synchronizacji SDU (ang. Synchronization Distribution Unit).
5. Sieć synchronizacyjna powinna tworzyć hierarchiczną strukturę przekazywania sygnałów taktowania pomiędzy poziomami sieci telekomunikacyjnej zgodnie z zasadą master-slave.
6. Przesyłanie sygnałów taktowania pomiędzy węzłami: każdy węzeł sieci synchronizacyjnej powinien być zasilany z wyższego lub tego samego poziomu sieci
Synchronizacja sieci Telekomunikacji Polskiej
Marek Dynowski, Tadeusz Pawszak
S
> REPLACE THIS LINE WITH YOUR PAPER IDENTIFICATION NUMBER (DOUBLE-CLICK HERE TO EDIT) < 2 synchronizacyjnej, co najmniej dwiema fizycznie
rozdzielnymi drogami, tzn. do każdego węzła dostarczony jest sygnał drogą główną i rezerwową.
7. Dystrybucja sygnałów synchronizacyjnych odbywała się początkowo za pomocą teletransmisyjnych systemów PDH
(ang. Plesiochronous Digital Hierarchy) przez sygnał
użytkowy o przepływności 2048 kbit/s, a obecnie za pomocą systemów SDH (ang. Synchronous Equipment Digital Hierarchy) lub ASON (ang. Automatically Switched Optical Network) z wykorzystaniem płaszczyzny sterowania GMPLS (ang. Generalized Multiprotocol Label Switching) - nowa generacja SDH przez sygnał zbiorczy STM-N (ang. Synchronous Transport Module Level N) reprezentowanych w strukturze łańcucha przez zegary SEC.
8. Unikanie pętli dla sygnałów taktowania. Należy unikać dróg zamkniętych tzw. pętli dla sygnałów taktowania, łącznie ze stanami awaryjnego przełączania na rezerwę w przypadku uszkodzenia jakiegokolwiek elementu sieci transportowej. Długookresowe odstrojenie częstotliwości, powodowane przez pętle czasowe, może być większe od 10-7 i prowadzi do degradacji jakości usług oferowanych w danej sieci. 9. Sieć synchronizacyjna powinna umożliwiać bezpieczne,
automatyczne przełączanie na odpowiednie struktury rezerwowe w przypadku awarii łączy lub zegarów.
10. W celu automatycznego przełączenia się krotnicy SDH na rezerwowe sygnały synchronizacyjne, w nagłówku SOH (ang. Section Overhead) ramki sygnału zbiorczego STM-N istnieje bajt S1 zawierający cztery bity przenoszące informację SSM (ang. Synchronization Status Message), w którym są zapisane informacje o jakości sygnału taktowania niesionego przez sygnał STM-N. Na tej podstawie urządzenie odbiorcze dokonuje wyboru sygnału taktowania. Istnieje zasada, że do synchronizacji zegara SEC wybierany jest sygnał taktowania z tego wejścia STM-N, w którym informacja SSM wskazuje na najwyższą jakość. W przypadku, gdy na kilku wejściach krotnicy SDH informacja SSM wskazuje tą samą jakość taktowania, dla prawidłowego funkcjonowania procesu odzyskiwania synchronizacji stosuje się zasadę priorytetów określających kolejność, z jaką te sygnały mogą być pobierane do synchronizacji. Należy zauważyć, że aby nie dopuścić do tworzenia się pętli dla sygnałów synchronizacyjnych w sieci, w informacji SSM wprowadzono kod DNU (ang. Do Not Use) oznaczający, że sygnał w określonej sytuacji jest zabroniony do użytku.
11. Sieć synchronizacyjna powinna być wyposażona w system nadzoru nad pracą zegarów i jakością sygnałów taktowania w przypadku awarii łączy lub zegarów oraz środki zarządzania tą siecią.
12. Struktura sieci synchronizacyjnej powinna umożliwiać stopniową, harmonijną rozbudowę tej sieci, bez konieczności dokonywania zasadniczych zmian w wybudowanych wcześniej fragmentach sieci.
III. STRUKTURA SIECI SYNCHRONIZACYJNEJ
TELEKOMUNIKACJI POLSKIEJ
A. Wprowadzenie
Pierwsza sieć synchronizacyjna w Telekomunikacji Polskiej (TP) była zbudowana w 1996 r. Doprowadzono synchronizację z centrali międzymiastowej tranzytowej EWSD do wszystkich central tranzytowych przy wykorzystaniu użytkowych strumieni 2 Mbit/s przesyłanych w sieci PDH. W kolejnym etapie, tj. w 1999 r. zbudowano sieć synchronizacyjną w płaszczyźnie tranzytowej w oparciu o urządzenia synchronizacyjne firmy Oscilloquartz , tj. PRC oraz 13 urządzeń SSU oraz systemy SDH firmy MITSUI/NEC. W latach 2002 -2004 r. nastąpiła rozbudowa sieci TP w oparciu o systemy SDH firmy NEC, Alcatel, Lucent, Siemens oraz trakty optyczne DWDM (ang. Dense Wavelenght Division Multiplexing). Spowodowało to rozbudowę sieci synchronizacyjnej o kolejne 47 urządzeń SSU.
Stosowany w sieci sprzęt firmy Oscilloquartz (PRC, SSU, źródła GPS) są to urządzenia o dużej niezawodności eksploatacyjnej.
W strukturze sieci synchronizacyjnej od 1999 r. wprowadzamy na różnych płaszczyznach sieci dystrybutory taktowania i synchronizacji, które wspierają węzły z zegarami SEC i dają możliwość dostarczenia większej ilości sygnałów synchronizacyjnych. Pierwsze wprowadzone do sieci dystrybutory zostały wykorzystane na potrzeby synchronizacji 105 central S-12, które potrzebowały 4 sygnałów synfazowych 2,048 MHz. Należy podkreślić, że firma Alcatel dla realizacji ww. zadania wybrała dystrybutory DST-16 opracowane w Politechnice Poznańskiej.
Aktualnie dystrybutory DST-16 stanowią 95%, tj. około 650 sztuk tego typu urządzeń stosowanych w sieci TP. Są to urządzenia niezawodne w eksploatacji, wykorzystywane do synchronizacji różnych elementów sieciowych, pełnią ważną rolę w sieci synchronizacyjnej TP.
Ważną rolę w strukturze sieci synchronizacyjnej pełnią opracowane w Politechnice Poznańskiej źródła GPS oznaczone STFS/GPS. Urządzenia te również charakteryzują się dużą niezawodnością pracy. Stanowią około 70% tego typu sprzętu stosowanego w TP, 30% są to urządzenia firmy Oscilloquartz.
Dla oceny jakości parametrów sieci synchronizacyjnej i sieci telekomunikacyjnej wprowadzono w 1995 r. w ramach współpracy z Politechniką Poznańską systemy pomiarowe SP-2000 wraz z osprzętem (sondy pomiarowe elektryczne) oraz w późniejszym okresie systemy pomiarowe SP-3000, a od 2009 r. systemy SP-4000.
W 2001 r. wprowadzono do stosowania opracowane w Politechnice Poznańskiej źródła rubidowe częstotliwości wzorcowej oznaczone Syn-Rb. W 2011 r. wprowadzono do użytku sondy optyczne OSTM-1 i OSTM-16, które zostały zastosowane w układach pomiarowych dla potrzeb realizacji projektu EURO2012.
> REPLACE THIS LINE WITH YOUR PAPER IDENTIFICATION NUMBER (DOUBLE-CLICK HERE TO EDIT) < 3 podstawowe narzędzie utrzymania sieci synchronizacyjnej
i telekomunikacyjnej TP. Sprzęt ten charakteryzuje się dużą niezawodnością pracy oraz bardzo dobrym rozwiązaniem technicznym, tj. między innymi stosowanie w w/w. systemach pomiarowych czterech kanałów pomiarowych, co umożliwia jednoczesne pomiary w 4 punktach pomiarowych przyczyniając się do szybszej realizacji wyznaczonych zadań, jak również dużego usprawnienia przy lokalizacji awarii sieci synchronizacyjnej lub telekomunikacyjnej.
B. Aktualny stan sieci synchronizacyjnej
W sieci Telekomunikacji Polskiej przyjęto system hierarchiczny rozprowadzania sygnałów zegarowych według zasad opisanych w punkcie II.
W modelu synchronizacyjnym przyjętym w TP rozróżnia się następujące rodzaje zegarów (rys. 1):
- Pierwotne zegary odniesienia PRC,
- Wtórne źródła sygnałów synchronizacyjnych SSU dla węzłów tranzytowych, regionalnych
- Zegary SEC (zegary wewnętrzne krotnic SDH), - Zegary central tranzytowych (CMN, CT, CMT), - Zegary central końcowych (CK, CKL).
W modelu tym przyjęto, że rezerwowym sygnałem synchronizacyjnym dla urządzeń SSU, wykorzystanym w przypadku niemożności pozyskania tego sygnału z sieci SDH, jest źródło częstotliwości wzorcowej sterowane sygnałem GPS zainstalowane przy urządzeniu SSU.
W nowej strukturze sieci synchronizacyjnej przyjęto następujące zasady:
-łańcuch synchronizacji tworzą węzły z zegarami SSU w liczbie do 8 oraz urządzenia z zegarami SEC umieszczone między kolejnymi węzłami SSU w liczbie do 16.
Obecnie podstawowa sieć synchronizacyjna TP bazuje na sprzęcie firmy Oscilloquartz. Zbudowana jest w oparciu o dwa węzły z zegarami klasy PRC. Podstawowy węzeł z zegarami klasy PRC wyposażony jest w trzy wzorce cezowe. Natomiast rezerwowy węzeł klasy PRC wyposażony jest w dwa masery wodorowe. W sieci synchronizacyjnej znajduje się kilkadziesiąt urządzeń SSU zlokalizowanych w płaszczyznach: tranzytowej i regionalnej.
Aktualnie sieć synchronizacyjna w płaszczyźnie tranzytowej zbudowana jest na bazie nowobudowanej sieci transmisyjnej ASON wykorzystującej w tej strukturze urządzenia A1678MCC firmy Alcatel-Lucent oraz systemy DWDM. firmy Alcatel-Lucent. Rozprowadzanie sygnałów synchronizacyjnych w sieci ASON do około 40 węzłów z urządzeniami A1678MCC jest realizowane z dwóch ośrodków z zegarami PRC. Sieć synchronizacyjna w płaszczyźnie regionalnej i strefowej jest zbudowana na bazie sieci transmisyjnej SDH wykorzystującej urządzenia 1660SM oraz systemy DWDM firmy Alcatel-Lucent.
Doprowadzenie sygnałów synchronizacyjnych do węzłów regionalnych i strefowych jest realizowane poprzez istniejące urządzenia SSU płaszczyzny tranzytowej. Przyjęto zasadę, że do urządzeń SSU podstawowe i rezerwowe sygnały synchronizacyjne doprowadzone są z dwóch różnych
pierścieni pracujących w jednej płaszczyźnie sieci. W przypadku niemożności pozyskania rezerwowego sygnału synchronizacyjnego zgodnie z wyżej podaną zasadą, sygnał powinien być doprowadzony ze źródła częstotliwości wzorcowej sterowanego sygnałami systemu pozycyjnego GPS. Transport sygnałów synchronizacyjnych w płaszczyźnie tranzytowej sieci ASON jest realizowany w oparciu o łącza STM-64 w systemach DWDM LH OLS400 i w systemach DWDM A1696MS. Plan dystrybucji tych sygnałów przedstawiono na planie synchronizacji ASON/GMPLS pokazanym na rysunku 2. W planie tym zaznaczono dwa węzły z zegarami klasy PRC, z których jest rozprowadzony sygnał synchronizacyjny o jakości PRC, czyli o wartości Q=2 do wszystkich węzłów występujących w strukturze kratowej sieci ASON. Zgodnie z zasadami dystrybucji do każdego węzła sieci ASON doprowadzony jest podstawowy i rezerwowy sygnał taktowania, który jest przekazywany dwiema różnymi drogami. Sposób automatycznego przełączania sygnałów taktowania z wykorzystaniem informacji o jakości (Q) sygnału synchronizacyjnego przesyłanej w komunikacie SSM opisano w punkcie II.
Sygnały synchronizacyjne są wyprowadzane z krotnic 1678MCC sieci ASON na zewnątrz przy wykorzystaniu następujących interfejsów:
- wyjść traktów liniowych z sygnałem zbiorczym STM-N (T1),
- wyjść synchronizacyjnych T4-sygnał 2 MHz, - wyjść synchronizacyjnych T5-sygnał 2 Mbit/s.
Z wyjść synchronizacyjnych T4 dostarczane są sygnały do urządzeń SSU płaszczyzny tranzytowej sieci synchronizacyjnej. Z tych urządzeń SSU są synchronizowane różne elementy sieciowe występujące w węźle oraz dostarczane są sygnały zegarowe do niższych płaszczyzn sieci.
IV. PODSUMOWANIE
W następnych latach przewiduje się rozbudowę sieci ASON w oparciu o krotnice 1678MCC oraz łącza STM-64 realizowane w systemach DWDM LH OLS400 i DWDM 1696MS. W związku z powyższym rozbudowa i modernizacja sieci synchronizacyjnej będzie podporządkowana zmianom jakie zostaną wprowadzone w optycznych sieciach teletransmisyjnych.
Należy również wziąć pod uwagę konieczność stopniowej wymiany sprzętu synchronizacyjnego, biorąc pod uwagę, że pierwsze urządzenia SSU zostały wprowadzone do sieci TP 14 lat temu oraz to, że firma Oscilloquartz w 2013 roku zaprzestaje produkcję urządzeń SSU typu OSA 5548B.
LITERATURA
[1] Zarządzenie nr 77 z dnia 7 lipca 2010 r. Dyrektora PS i PU S.Soulie „Wymagania techniczno-eksploatacyjne dotyczące synchronizacji sieci telekomunikacyjnej”.
[2] Reguły inżynieryjne dotyczące synchronizacji sieci teletransmisyjnej SDH i sieci ASON/GMPLS, Warszawa czerwiec 2012.
> REPLACE THIS LINE WITH YOUR PAPER IDENTIFICATION NUMBER (DOUBLE-CLICK HERE TO EDIT) < 4 1678MCC 1678MCC P=1Q=2 P=2 Q=F 1678MCC T3 T3 T4 T4 P=1 Q=2 P=1 Q=2 1678MCC P=1 Q=2 1678MCC P=1 Q=2 P=2 Q=2 droga podstawowa droga rezerwowa STM-N optyczny 2,048 Mbit/s po retimingu
STM-1 elektryczny P=1...6 priorytet sygnału synchronizacji Q=2, 4, 8, B, F jakość sygnału synchronizacji
STM - N STM - 1 2M
sygnał podstawowy 2MHz/2Mbit/s sygnał rezerwowy 2MHz/2Mbit/s
Plan synchronizacji ASON/GMPLS 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC WARSZAWA 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=1 Q=2 P=3 Q=F P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=2 S S U (r) S S U (p) PRC-2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2Q=2 P=3 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=1 Q=2 1678MCC T3 T3 T4 T4 P=1 Q=2 P=2 Q=2 1678MCC 1678MCC P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=F 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=2 Q=2 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=1 P=2 Q=F P=1 Q=F Q=2 P=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=F P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=F P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=2 Q=2P=1 P=2 P=1 Q=2 P=2 Q=F P=2 Q=F P=2 Q=F P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=F Q=F P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=1 Q=2 P=1 Q=2 P=2 Q=2 P=2 Q=2 P=3 Q=F 1678MCC 1678MCC 1678MCC 1678MCC P=2 Q=2
SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS
SSU GPS SSU GPS PRC-1 SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS SSU GPS 1678MCC Cx Cx ONU NT NT NT NT ONU external signal 2MHz external signal 2MBit/s
primary route of synchronization signal within STM-N reserve route of synchronization signal within STM-N
clock with E1/T1/J3
PRC-1 PRC-2 SSU SEC SEC SEC CMN & CT GPS GPS SSU SSU
SSU SSU SSU
SEC
SEC SEC SEC
CMN & CT CT GPS GPS GPS SSU SSU SSU GPS SEC SEC SSU SEC
SEC SEC SEC
GPS GPS SSU SDU SEC SEC SEC
SEC SEC SEC
SDU SDU SEC SEC CMT i CT CT i Cx CT CT CMT&Cx Cx CMN – internatinal exchange CMT – metropolitan tranzit exchange CT – tranzit exchange Cx – local exchange NT – Network Termination
ONU – Optical Network Unit SEC – Synchronus Equipment Clock
PRC – Primary Referency Clock SSU – Synchronization Supply Unit SDU – Synchronization Distribution Unit
GPS – surce of frequncy standard controlled by (GPS) signal
Synchronization model within TP network
GPS Main Local Layer Transit Layer Regional Layer
Lower Local Layer
Interfaces 2,048MHz Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s Interfaces 2,048MHz or 2,048Mbit/s
Rys. 1. Model synchronizacji sieci Telekomunikacji Polskiej
