CMC является основой системы синхронизации и представляет собой объединение задающих генераторов узлов СС по сети связи. Рассмотрим основные режимы работы генераторов межузловой синхронизации в системе связи.

В мировой практике существует несколько режимов работы генераторов, определяющих топологию CMC. Схемы синхронизации сети могут быть разделены на схемы принудительной (сервосинхронной, гомохронной, или системы «ведущий – ведомый» («master – slave»)), независимой (асинхронной, гетеросинхронной, плезиохронной) и взаимной (автосинхронной) синхронизаций. Рассмотрим каждую из них подробно.

1. Независимая синхронизация (рис. 6.2) используется для плезиохронной работы телекоммуникационных узлов, например при взаимодействии национальных систем связи, каждая из которых имеет свою систему синхронизации. Сети, построенные по данному методу, называются анархическими сетями. Каждый узел сети имеет собственный локальный тактовый генератор PRS (Primary Reference Source). Независимо от остальных узлов сети он задает тактовую частоту и фазу – асинхронный режим. Для предотвращения достаточно больших потерь информации в результате проскальзываний необходимо обеспечить стабильность частоты и фазы тактовых генераторов в заданных допусках – плезиохронный режим. Согласно данной схеме цифровое оборудование в сети синхронизируется независимо и взаимодействует друг с другом только через каналы трафика. Различие тактовых частот, неизбежное для такой схемы, будет приводить к появлению проскальзываний и точек рассинхронизации.

Рис. 6.2 – Схема независимой синхронизации

Схема независимой синхронизации в сетях связи используется только для соединения региональных сетей, имеющих свои независимые СС, а также для синхронизации в спутниковом канале.

В рекомендации G.811 МККТТ установил нормы на стабильность задающих генераторов для всех международных связей цифровых коммутационных станций. Норма на стабильность, равная 10^-11, означает, что проскальзывания на линиях, соединяющих международные коммутационные центры, будут случаться один раз в 70 дней [25]. При этом предполагается, что частота одного задающего генератора отклоняется на 10^-11 в положительную сторону, а частота другого генератора – на 10^-11 в отрицательную сторону. Такой стабильностью обладают цезиевый или рубидиевый генераторы.

2. Другим вариантом построения CMC является использование принципа принудительной синхронизации, когда один узел сети синхронизируется от другого. Такая схема принята в международной практике для построения CMC выделенных сетей или их участков, поскольку обеспечивает наибольшую стабильность работы системы. Принцип принудительной синхронизации предусматривает построение иерархической структуры сети синхронизации с одним или несколькими первичными генераторами синхросигнала. Сети данного типа носят название деспотических сетей. В деспотических сетях величины частот всех узлов сети определяются частотой центрального тактового генератора (ведущего или главного). При выходе из строя главного тактового генератора сеть переходит в плезиохронный режим. При наличии нескольких узлов сеть может строиться по иерархическому принципу, согласно которому узлы более высокого иерархического уровня являются ведущими по отношению к узлам более низкого уровня (рис. 6.3).

Рис. 6.3 – Иерархическая сеть

Все генераторы станций и узлов должны при этом иметь возможность внешнего управления частотой, которое может осуществляться как в аналоговом (непрерывно), так и в дискретном (с периодической корректировкой) режимах. Генераторы высших уровней иерархии должны иметь более высокую стабильность, чем генераторы низших уровней. На высших уровнях иерархии в цифровых АТС обычно предполагается передавать эталонные сигналы частоты 2048 кГц, а на более низких уровнях – сигналы цикловой синхронизации частоты 8 кГц. Основная проблема построения такой сети с принудительной синхронизацией заключается в наличии надежных и стабильных во времени трактов передачи сигналов синхронизации. Для обеспечения надежности системы эти тракты должны дублироваться одним или двумя резервными, а в случае аварийной ситуации каждая станция должна продолжать функционирование в плезиохронном режиме.

От PRS синхросигналы распределяются по каналам передачи ко всем генераторам СС, называемым вторичными задающими генераторами (ВЗГ). Все ВЗГ работают в режиме принудительной синхронизации и образуют мно­гоуровневую иерархию источников синхронизации. Источники более низкого уровня иерархии берут синхросигнал от источников более высокого уровня, хотя допускаются связи между источниками на одном уровне. В результате каждый источник синхронизации в системе связи синхронизирован по цепи от первичного эталонного генератора. Чем длиннее цепочка, тем сильнее ухудшаются параметры синхросигнала. Поэтому при построении СС и ее модернизации одним из основных законов является проектирование СС таким образом, чтобы количество переприемов синхросигнала было минимальным для каждого направления. Чтобы добиться этого, иногда требуется разделить систему связи на несколько регионов и разместить в каждом регионе PRS. В этом случае для каждого региона строится своя иерархия под управлением PRS, а регионы взаимодействуют друг с другом по схеме независимой синхронизации (плезиохронной работы). При такой структуре сети носят название олигархических сетей [45]. Некоторые узлы сети, которые являются полностью равноправными между собой, задают тактовую частоту в сети и управляют остальными узлами. Таким образом можно создавать подсети, в пределах которых обеспечивается стабильность частоты.

Так, например, система межузловой синхронизации ВСС РФ состоит из регионов плезиохронной работы [43]. Образование регионов плезиохронной работы может происходить как по причинам технического плана, так и по административно-политическим причинам.

3. Взаимная синхронизация, предусматривает синхронизацию равно­правных устройств путем усреднения тактовых частот. Сети, использующие принцип взаимной синхронизации, носят название демократических сетей. Все генераторы узлов сети участвуют в установлении средней, общей для всей сети, тактовой частоты. В каждом узле входящие опорные частоты усредняются, и этот результат используется в качестве тактовой частоты для местного использования и для передачи. Как правило тактовая частота сети стремится к единственной стабильной величине и обеспечивает теоретически максимально точную синхронизацию цифровых устройств. Однако методу присущи следующие серьезные недостатки:

· неопределенность точного значения усредненной частоты;

· неопределенность поведения во время переходных процессов;

· зависимость конкретных значений тактовой частоты от времени рас­пространения сигналов по линиям связи;

· территориально распределенные СС не могут обеспечить высокой на­дежности соединений по методу полносвязной сети, в этом случае само усреднение технически реализовать сложно;

· большое количество устройств в сети приводит к резкому увеличению количества соединений по синхронизации, что также нежелательно;

· сбой любого устройства в схеме приводит к значительному снижению качества всей СС;

· схема взаимной синхронизации предусматривает равноправность уст­ройств, что находится в противоречии с иерархической структурой систем связи.

В практике построения СС современных сетей связи этот вариант организации синхронизации не нашел большого распространения. Обычно схема взаимной синхронизации используется не в распределенных, а в централизованных системах, например для конфигурации составного первичного эталонного генератора, в состав которого входят несколько резервированных цезиевых стандартов. Одной из схем резервирования может быть схема взаимной синхронизации.

Основные рекомендации по системе синхронизации цифровых телефон­ных сетей [44]:

1) на первом этапе внедрения цифровых систем коммутации все станции и узлы должны работать в плезиохронном режиме;

2) концентраторы, включаемые в опорные и оконечные станции трактов ИКМ, подключаемых к транзитным узлам, должны работать в режиме при­нудительной синхронизации со стороны опорной станции или транзитного узла;

3) долговременная нестабильность генераторов опорных станций и транзитных узлов должна быть не хуже 10^-9;

4) на опорных станциях и транзитных узлах должна быть предусмотрена буферная память на 256 бит для компенсации блужданий и уменьшения эффекта скольжения;

5) все генераторы электронных станций должны иметь вход для внешнего управления частотой;

6) цифровые сети должны синхронизироваться по методу принудительной синхронизации с возможностью перехода в плезиохронный режим в ава­рийных ситуациях (при повреждении трактов синхронизации);

7) отдельные синхронные сети должны работать между собой в плезиохронном режиме с учетом дальнейшего перехода к режиму принудительной синхронизации;

8) параметры устройств синхронизации, тактовых генераторов и буферной памяти должны определяться в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т по мере появления таких рекомендаций.

Были сформулированы несколько довольно простых правил проектиро­вания и расчета СС [43]. Первым приемом при проектировании СС стало использование графов, уже широко применявшихся при проектировании топологии систем связи. Граф синхронизации, в отличие от графа топологии сети, должен быть незамкнутым. Любое замыкание графа СС приводит к появлению так называемой «петли в СС», когда синхросигнал проходит по замкнутому пути. Как следствие, возникает положительная обратная связь, усиливающая отклонения в стабильности синхросигнала, что в конечном итоге приводит к деградации всего участка СС. Поэтому основным правилом при проектировании топологии современных СС является исключение «петель в СС». Это стало первой элементарной концепцией построения СС.

Таким образом, топологии трафиковой сети и СС принципиально раз­личные, и поэтому СС должна проектироваться отдельно от системы связи. Например, первичная сеть на основе SDH, как правило, строится по кольцевой топологии, недопустимой в СС. В качестве концептуальной в построении СС была принята радиально-узловая модель.

Процесс развертывания СС итерационный:

1) создается СС как наложенная на существующую сеть система. Топология такой системы выбирается из общих соображений, параметры синхросигналов рассчитываются оценочно;

2) производятся измерения параметров синхросигналов в наиболее клю­чевых точках;

3) на основании данных о параметрах синхросигналов принимается решение о модернизации определенного участка СС;

4) выполняется модернизация, ее эффективность проверяется на основании измерений параметров синхросигналов в новой системе и т.д.

В результате измерительный компонент становится очень важным ком­понентом динамически развиваемой СС. Обычно измерения проводятся либо отдельными измерительными приборами, либо территориально распределенными измерительными комплексами (ИКС). В последнем случае измерительная подсистема и подсистема управления объединяются в рамках единого программного обеспечения на основе TMN.

Современные стандарты различают две иерархии генераторов СС: амери­канскую ANSI и общеевропейскую, основанную на стандартах ITU-T/ETSI. Отечественные стандарты основаны на европейской иерархии. Европейская иерархия включает в себя четыре уровня генераторов синхронизации: пер­вичный источник – PRS; источник магистральной сети – Transit Node; источник местной сети – Local Node; терминальное (оконечное) оборудование – СРЕ.

Американская иерархия первоначально включала в состав четыре уровня Stratum, соответствующие общеевропейской иерархии, однако параметры реальных сетей и развитие генераторов синхронизации привели к необходимости описать в стандартах дополнительные три уровня, которые получили обозначение с префиксом Е (от Enhanced – усовершенствованный). Таким образом, в настоящее время иерархия ANSI включает всего 7 уровней: Stratum 1 – первичный эталонный генератор PRS; Stratum 2, Stratum 2Е – источник магистральной сети; Stratum 3, Stratum 3Е – источник местной сети; Stratum 4, Stratum 4Е – терминальное (оконечное) оборудование.