CC BY
201
Обзор направлений исследований МСЭ в области частотно-временного обеспечения современных сетей связи
Фундаментальные изменения сетевой инфраструктуры, обусловленные переходом к сетям следующего поколения (NGN), не могли не повлиять на подходы к решению задач частотно-временного обеспечения. При внедрении новых методов частотной и временной синхронизации и адаптации существующих методов к новым условиям возник целый ряд проблем, требующих серьезной научной и практической проработки. Поэтому на протяжении последних десяти лет в МСЭ-Т активизировались научно-исследовательские работы в области частотно-временного обеспечения современных телекоммуникационных сетей, результаты которых уже нашли отражение, как в международных стандартах, так и в коммерческом производстве. На сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что сети синхронизации успешно адаптируются к новым условиям работы в пакетном окружении, а специалисты активно работают над расширением функций частотно-временного обеспечения сетей будущего. Проводится аналитический обзор основных направлений работы 15 Исследовательской Комиссии МСЭ-Т в сфере синхронизации и распределения точного времени. Перечислены действующие Рекомендации МСЭ-Т по синхронизации сетей с синхронным и асинхронным режимом передачи, построенных на базе Ключевые слова: синхронизация, различных транспортных технологий. Особое внимание уделено стандартизации новых техни-
частотно-временное обеспечение, МСЭ, ческих решений, предлагаемых для частотной и временной синхронизации современных па-
синхронный Ethernet, протокол РТР. кетных сетей (технология синхронного Ethernet и протокол точного времени PTP).
Бирюков Н.Л.,
доцент ИТС НТУУ "КПИ",
иев, Украина, к.т.н., с.н.с., nlbir@mail.iv
Триска Н.Р.,
начальник лаборатории ГП "УНИИС",
Киев, Украина, кт.н., с.н.с.
Худынцев Н.Н.,
доцент Одесского государственного экологического университета, Одесса, Украина, кф-м.н.
Введение
На всех этапах развития телекоммуникационных технологий одним из важных условий стабильной работы систем и сетей связи было и остается обеспечение синхронизации, то есть поддержание необходимых временных соотношений протекания процессов во времени [1]. В зависимости от актуальных технологий передачи и коммутации, изменяются содержание основополагающих задач синхронизации и способы их решения. В последние годы задачи доставки сигналов синхронизации к элементам сети полностью возлагаются на транспортные технологии с пакетным режимом передачи (Ethernet, IP/MPLS). При этом качественные показатели сигналов синхронизации должны быть не хуже, чем в сетях СЦИ, то есть удовлетворять жестким требованиям традиционных пользова-
телей сетей тактовой синхронизации, но уже в новых условиях передачи — в сетях с асинхронным, пакетным режимом передачи, прерывистым трафиком и значительным разбросом (дисперсией) времени доставки сообщений [1-3].
Современные телекоммуникационные технологии, помимо традиционной передачи тактовой частоты для согласования работы цифровых устройств на уровне тактовых интервалов требуют также временной или фазовой синхронизации, то есть передачи меток точного времени. Поэтому сейчас используют обобщающий термин "частотно-временное обеспечение" (ЧВО), под которым понимают комплекс средств и методов, направленных на решение задач формирования и переноса по сети:
• точной частоты сигналов тактовой синхронизации (/);
• фазовой синхронизации (ф) и
• сообщений точного времени (Т).
Сегодня высокое качество частотной и временной синхронизации требуется для многих важных телекоммуникационных приложений, в частности, для работы систем мобильной связи стандарта 1.ТЕ, Wi-Mаx, W-CDMA и Интернет [3, 7, 8]. Кроме того, потребности в синхронизации существуют и в других технических приложениях, например, в энергетике, геодезии и картографии, на транспорте, в банковском деле, в системах электронной подписи и т.д.
Важным средством для понимания новых технических решений в сфере ЧВО (включая
адаптацию традиционных решений к новым условиям) служит международная стандартизация, проводимая в рамках Исследовательской Комиссии 15 (ИК-15) Международного Союза Электросвязи МСЭ-Т (Т11-Т).
Из истории вопроса
Сеть тактовой синхронизации как вспомогательное средство поддержки основных технологических процессов телекоммуникаций должна была доказывать свою необходимость, а новые технологии цифровой связи старались снизить такие дополнительные издержки настолько, насколько это позволяли требования к качеству предоставления услуг. Основные этапы развития проводных телекоммуникационных технологий с точки зрения стандартизации методов синхронизации схематически представлены на рис. 1, а краткий список рекомендаций МСЭ применительно к основным технологиям передачи и параметрам синхронизации приведен в табл. 1.
1 этап. Плезиохронный режим передачи
Для этого этапа характерно отсутствие выделенной сетевой структуры синхронизации при ограниченной точности генераторного оборудования (ГО) узлов сети (для ЦСП ПЦИ точность составляет величину порядка десятков ррм (ррм -10-6)). ГО на передающей стороне разных направлений передачи различных узлов сети не связано между собой, то есть
Рис. 1 . Основные этапы стандартизации и внедрения методов ЧВО
работает независимо друг от друга в режиме свободных колебаний, поэтому во избежание рассогласования в каждом направлении передачи поддерживалась однонаправленная передача тактовой частоты генератора, установленного в сетевом элементе исходящей стороны. Такие ведущие генераторы, можно считать "первичными" для данного линейного тракта или секции мультиплексирования. В промежуточных и оконечных пунктах тактовая частота выделялась при регенерации сигнала и распределялась в приемной части оборудования. Кроме этого, физического уровня, обеспечивалась синхронизация на следующем, канальном уровне, по циклам передачи — строго периодически повторяющимся фрагментам информации. При объединении (группообразовании) цифровых потоков, для предотвращения расхождения процессов записи и считывания цифровых потоков с различными тактовыми частотами, использовались методы цифрового выравнивания — согласования (широко известны методы вставки - стаффинг). Система мультиплексирования с контролем проскальзывания и выравниванием скорости цифровых потоков получила название плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ), а режим передачи с поддержкой циклов — синхронного режима передачи (СРП) [1.113]. Естественное ограничение сетей ПЦИ заключается в том, что информация
может быть передана без переприема в одной линейной секции или секции мультиплексирования — схема "точка — точка".
Терминология, соответствующая данной концепции, была представлена в Рекомендациях G.701 (издания 1972, 80-х годов и 1993).
Сети с пакетной передачей данных с точки зрения сетевой синхронизации также плезио-хронные, с независимым ГО при ограниченной точности (например, точность ГО Ethernet 10/100 BASE порядка + 100 ррм). Для борьбы с рассогласованием частот записи и считывания используется запись пакета в буферную память до считывания. Причем, как и в ЦСП ПЦИ, запись на приемной стороне проводится то тактам, согласованным с сигналом тактовой частоты ГО передающей стороны (для поддержания такой "локальной" тактовой синхронизации используется преамбула пакета или "синхронизирующий" код, например, манчестерский).
Но есть важные отличия плезиохронной передачи данных пакетами от плезиохронной работы ЦСП ПЦИ:
• благодаря разрыву потока данных на пакеты, такие сети допускают гибкую маршрутизацию при пересылке информации, а не только режим "точка — точка". Кроме этого, передача пакетами позволяет снизить требования к ГО до +100 ррм.
• На канальном уровне не поддерживается строгая периодичность передаваемых пакетов, то есть цикловая синхронизация, пакеты могут поступать во времени достаточно произвольно, а сообщение может восстанавливаться по фрагментам по меткам в пакетах. Такой режим передачи без поддержания циклов называется асинхронным (АРП).
В итоге пакетные технологии позволяют создавать экономически выигрышные решения в области коммуникаций, но платой за это оказывается плохо прогнозируемая величина времени задержки при передаче пакетов единого блока информации (дисперсия времени задержки фрагментов сообщения вызывает, так называемый, джиттер пакетов), тогда как ЦСП ПЦИ обеспечивают передачу информации в реальном масштабе времени с незначительной и практически неизменной величиной задержки.
Поэтому на данном этапе передача пакетами в произвольные моменты времени (АРП — асинхронный режим передачи [I.113]) использовалась для передачи данных, некритичных к задержкам, тогда как для передачи речи и видео использовался СРП.
Такое подробное изложение двух режимов передачи в плезиохронной сети необходимо, на наш взгляд, для понимания причин создания концепции тактовой сетевой синхронизации (ТСС) и коллизий, возникших при переходе сетей к NGN, а также направлений стандартизации ИК-15 МСЭ-Т.
2 этап. Сети с цифровой коммутацией каналов
Дальнейшее развитие цифровых сетей связано с появлением цифровых АТС (ЦАТС). Наряду с решением множества вопросов управления, сигнализации и т.д. следовало решить проблему согласования цифровых потоков плезиохронной сети с ГО ЦАТС. Многие блоки оборудования цифровых АТС в части доступа аналогичны блокам оборудования ЦСП с ИКМ, поэтому было логично использовать цифровую коммутацию каналов в структуре первичных цифровых потоков ИКМ — Е1. В этом случае использование методов согласования цифровых потоков различных источников пле-зиохронной сети, которые используются в ЦСП ПЦИ, связанного с увеличением скорости цифровых потоков, было экономически нецелесообразно и поэтому нашло ограниченное применение, а широкое распространение нашли ЦАТС, основанные на прямой коммутации каналов. Для предотвращения рассогласования скоростей цифровых потоков и потерь блоков информации в этом случае использованы: повышение точности ГО местных ЦАТС до величи-
ны порядка 0,01 ррм (это позволяет снизить частоту проскальзывания цикла до приемлемой величины, позволяющей сохранять цикловую синхронизации и соединения, а интервал времени между потерями единичного отсчета ИКМ увеличить ро нескольких часов), и установка буферных устройств емкостью, равной двум циклам потока Е1, для сглаживания расхождения частот записи и считывания.
Кроме этого, ГО ЦАТС начинают использовать в качестве ведущего устройства принудительной тактовой сетевой синхронизации, сначала только на местных сетях в ограниченном окружении подстанций, а затем, с развертыванием на местной сети нескольких ЦАТС, одна из них назначалась ведущей. При расширении сетей цифровой коммутации наиболее целесообразным оказалось использование дорогостоящего выделенного оборудования ГО, которое могло обеспечить точность тактовой частоты порядка 10-11, достаточную для взаимодействия национальных сетей на международном уровне. В этом случае теоретически частота проскальзывания цикла составляет почти полтора месяца, синхронизация по циклам и соединения абонентов — сохраняются.
Определения и параметры ГО, характерные для данного этапа синхронизации, можно найти, например, в Рекомендациях МСЭ-Т
G.701 — термины (на сегодня действует Рекомендация 0.701 в редакции 1993 г. [4]), G.703 (1972, 1976) — стыки синхронизации, G.810 — термины, G.811 — первичное ГО и G.812 — ведомое ГО, опубликованных в 1988 году в редакциях "Синей книги" МККТТ (МККТТ
— Международный Консультативный Комитет по телеграфии и телефонии, позднее переименованный в МСЭ-Т). В "Оранжевой книге" МККТТ, изданной еще в 1980 г., также были определены некоторые требования в отношении синхронизации. Например, представлены стыки синхронизации в Рекомендации G.703, подробно изложены требования к процессам согласования и ГО ЦСП ПЦИ, определены режимы работы и взаимодействия сетей с точки зрения синхронизации, включая международные соединения G.811 (1976).
Зэтап. Сети с цифровой коммутацией и передачей (СЦИ и АТМ)
Этот этап, по нашему мнению, связан с появлением синхронной цифровой иерархии (СЦИ), представленной в Рекомендациях G.707, G.708 и G.708 "Синей книги". Следует отметить, что эти рекомендации не содержали требований по синхронизации.
Терминология, метрики и требования к ТСС
с синхронным режимом работы появились в Рекомендации МСЭ-Т G.810 (1996 год [5]). В этом же году были стандартизированы требования к встроенному генераторному оборудованию СЦИ (SEC — Synchronous Equipment Clock) — Рекомендация МСЭ-Т G.813 (1996), которая дорабатывались вплоть до 2004 г. Рекомендации МСЭ-Т G.811 и G.812, определяющие характеристики первичного эталонного генератора — ПЭГ и ведомых, вторичных генераторов — ВЗГ также были пересмотрены к 1997 г. В этот же период появляются рекомендация G.803 (1993 и новая редакция 2000), определяющая структуру сети синхронизации, и G.781 (1999), определяющая функции слоя синхронизации.
Все сказанное в этом этапе относится к синхронному режиму передачи сети (СРП). АРП получил развитие в технологии АТМ, которая служила технологической основой интенсивно разрабатываемой в этот период концепции B-ISDN (B-ISDN развивала принципы интегрированных цифровых сетей с интеграцией услуг
— ISDN, но уже для высокоскоростньх услуг). Предполагалось, что технология АТМ в будущем заменит СЦИ, поэтому в ней были тщательно проработаны вопросы эмуляции каналов, коммутации по меткам, градации качественных показателей, учитывающей вариации скорости передачи. Параметры генераторного оборудования (I.731 — ITU-T Recommendation I.731 Types and general characteristics of ATM equipment) соответствовали Рекомендации МСЭ-Т G.813, т.е. оборудованию СЦИ, а также G.781 (функции слоя синхронизации), предусматривалась возможность получения сигнала ТСС от ПЭГ или ВЗГ.
В этот же период параллельно с развитием и стандартизацией систем тактовой синхронизации велись и работы в области временной синхронизации, которые на том этапе ограничивались задачами согласования времени в компьютерных сетях. Так, в 1980-е годы появились известные алгоритмы Беркли и Кристиана, а в 1990-е — несколько версий сетевого протокола передачи времени NTP (Network Time Protocol) и его упрощенной версии — SNTP (Simple Network Time Protocol). В 1994 г. была введена в действие первая (и наиболее широко используемая до сегодняшнего дня) спутниковая навигационная система GPS, благодаря которой в любой точке Земли можно получить опорные сигналы тактовой частоты и метки точного времени. В свое время именно появление системы GPS наряду с необходимостью точной синхронизации активно внедрявшихся систем СЦИ стало ключевым фактором формирования современной концепции ТСС [9-11].
Таблица 1
Краткий список рекомендаций МСЭ применительно к основным технологиям передачи и параметрам синхронизации
Основной параметр: Частота Время, фаза
Технологии ПЦИ СЦИ ОТС SyncE PTP РТР
Определения/метрики: G.701,G.810, G.780 TF.686-2**1 G.810, G.8260 G.8260, TF.686-2”’.
Архитектура G.803 G.8251 G.8261 G.8265 G.8275
Интерфейсы физического уровня (Ї.703: 2.048 Мбит/с (МГц). G.703 Amd.I.V.I 1.G.827I: 1 :ек
Принципы,функции G.781 G.8251 G.8261 G.8264 G.8261 G.8271
Сетевые нормы G.823 G.825 G.8251 G.8261 G.8261.1 G.8271.1
Генераторное оборудование G.811 PRC G.812 SSU G.813 SEC G.8251 G.8262 EEC G.8263 PEC' G.8272 PRTC G.8273 G.8273.x*
Профили (протокола РТР) G.8265 G.8265.1 G.8275.1 G.8275.2
Моделирование G.813 G.8251 G.8271.1
Измерения, тестирование G.810, G.812, 0.171, 0.172 G.8251, 0.173 G.8260, 0.174 G.8260, G.8261 G.8271.1
* х = 1: G.8273.1 - GM (Grandmaster - ведущее устройство) х = 2: G.8273.2 - ВС (Boundary Clock - промежуточное устройство) х = 3: G.8273.3 - ТС (Transparent Clock- "прозрачное" устройство) Рекомендация МСЭ-R: TF.686-2.02.02
1 PEC — Packet Equipment Clock (встроенное генераторное оборудование при частотной синхронизации пакетным методом — по протоколу РТР)
Основные Рекомендации МСЭ-Т, принятые в этот период, приведены в таблице 1 и отражают различные аспекты синхронизации (принципы построения и эксплуатации сетей ТСС, сетевые нормы на параметры фазовых искажений
— джиттера и вандера, требования к генераторному оборудованию). Они стали основой "классической" концепции тактовой сетевой синхронизации (ТСС), которая хорошо описана в литературе, например, в [9-11].
Концепцию B-ISDN сменила концепция NGN, а с ней и принципы АТМ в отношении синхронизации ушли в прошлое, а некоторые другие, например, коммутация по меткам, градация качественных показателей и тд нашли свое продолжение в технологии MPLS.
4этап. Сети с пакетным режимом перед ачи
В 2004 г. был задекларирован полный и окончательный переход к пакетной передаче в сети NGN. На начальном этапе внедрения пакетных систем передачи и коммутации вопросы синхронизации не принимались во внимание. Однако многочисленные опыты по обеспечению в новых пакетных сетях качества передачи классической сети СЦИ показали, что существовавшие на тот момент средства (режим эмуляции канала CES (Circuit Emulation Service), адаптивные методы и т.д.) не могли удовлетворить жестких требований к качественным показателям сети "операторского класса". Поэтому усилия экспертов МСЭ-Т были направлены на разработку для пакетных сетей простого и эффективного механизма тактовой синхронизации, который обеспечил бы для тех приложений, где это необходимо, стабильность тактовых сигналов на уровне традиционных сетей с СРП (СЦИ) [3], а также АТМ.
В результате появилась технология синхронного Ethernet—SyncE. Это означает фактический перенос на пакетную сеть классических подходов к синхронизации сети. В таблице 2 сведены показатели традиционного (несинхронного) и синхронного Ethernet, в сравнении с аналогичными показателями генераторного оборудования СЦИ (SEC). К 2008 г. стандартизация технологии SyncE была, в основном, завершена.
Параллельно с разработкой и стандартизацией технологии SyncE в последние годы активно развивалось и другое направление синхронизации пакетных сетей, основанное на использовании протокола РТР IEEE 1588 в качестве метода передачи времени и частоты в пакетных сетях. Первая версия протокола РТР появилась в 2002 г., а в 2008 г. вышла вторая версия, более адаптированная к задачам синхронизации телекоммуникационных сетей. С 2004 г.
стандартизация протокола РТР (а именно, его "телеком-профиля") активно ведется в рамках МСЭ-Т. Продолжавшееся несколько лет "состязание" пакетных методов синхронизации закончилось компромиссом в виде внедрения комбинированных решений [3, 7, 8, 12]. Примером такого комбинированного решения может служить технология TSE (Time Synchronous Ethernet), предусматривающая передачу меток точного времени по протоколу РТР в одном из зарезервированных полей в структуре пакетов SyncE [8]. Практика эксплуатации пакетных телекоммуникационных сетей показывает, что чем больше новых услуг внедряется в современных сетях связи (особенно мобильных), тем востребованнее становится технология SyncE (или ее комбинация с протоколом РТР).
Краткий обзор Рекомендаций МСЭ-Т: синхронизации в сетях NGN
Учитывая актуальность вопросов частотной и временной синхронизации современных пакетных сетей, проанализируем основные документы, разработанные к настоящему времени (по результатам последнего заседания ИК-15, состоявшегося в июле 2013 г.). Отдельно выделены документы, касающиеся частотной синхронизации (серия G.826x) и фазовой (или временной) синхронизации (серия G.827x).
Следует отметить, что на данный момент Рекомендации по синхронизации пакетных сетей (серии G.826x и G.827x) ориентируются на следующие варианты реализации пакетной сети:
• Физический уровень — Ethernet (IEEE 802.3, IEEE 802.1DTM, IEEE 802.1QTM, IEEE 802.1QTM);
• Канальный/сетевой уровень — MPLS: IETF RFC 3031 (2001) Multiprotocol Label Switching Architecture, ITU-T G.8110/Y.1370
(2005) MPLS layer network architecture);
• Сетевой уровень — IP: IETF RFC 791 (1981) Internet Protocol (IP), IETF RFC 2460 (1998) Internet Protocol, Version 6 (IPv6).
Ниже приведена краткая характеристика Рекомендаций серий G.826x и G.827x
• G.8260 (02/2012 [6]) Термины и определения по синхронизации пакетных сетей (Definitions and terminology for synchronization in packet networks). Рекомендация содержит термины и определения, используемые в новых Рекомендациях серий G.826x (частотная синхронизация) и G.827x (согласование шкал времени), а также общую информацию о принципах синхронизации и методах измерений в пакетных сетях. В G.8260 даны математические определения новых метрик, предлагаемых для оценки качества синхронизации в пакетных сетях:
• PDV (Packet Delay Variation) — вариация задержки пакетов;
• Различные модификации параметра TDEV и т.д.
• G.8261 /Y.1361 (02/2012) Аспекты синхронизации в пакетных сетях (Timing and synchronization aspects in packet networks). Рекомендация описывает общие принципы и подходы к частотной синхронизации пакетных сетей:
• методы восстановления тактовой частоты;
• обзор технологий;
• влияние пакетной сети на качество передаваемого сигнала синхронизации;
• сетевые нормы на фазовые дрожания (джиттер и вандер) на физических стыках пограничного оборудования (перенос традиционных норм сетей ПЦИ и СЦИ в несколько смягченном варианте);
• сетевые модели и сценарии взаимодействия и др.
Таблица 2
Оборудование
Параметры Ethernet (обычный) SyncE (EEC1), Опция 1, С.8262 СЦИ (SEC), Опция 1, G.813
Прием по тактам из линии Да Да Да
Точность генераторного оборудования ± 100 ppm + 4,6 ppm/год, месяц ± 4,6 ррт
Поддержка режима работы сети: ± 100 ppm ± 4,6 ррт ± 4,6 ррт
- плезиохронного Да Да Да
- синхронного Нет Да Да
Возможность отслеживания тактовой частоты источника более высокого уровня, например, ПЭГ (PRC) по рабочему тракт)' (сигналу) Нет Есть Есть
через выделенный вход (ТЗ) Нет Есть Есть
Полоса пропускания 1 - 10 Гц
Джиттер на выходе: -для GbE G.826I, Amd.l (07/20 Ю) - 1,5 ЕИ в полосе 2,5 кГц + 10 МГц
-для lOGbE - 1,5 ЕИ в полосе 20 кГц + 80 МГц
1 EEC — Ethernet Equipment Clock (встроенное генераторное оборудование синхронного Ethernet)
• G.8262/Y1362 (07/2010) Характеристики синхронизации ведомого генераторного оборудования синхронного Ethernet (Timing characteristics of a synchronous Ethernet equipment slave clock). Рекомендация определяет параметры встроенного генераторного оборудования синхронного Ethernet (SEC), которые полностью совпадают с соответствующими нормами G.813 для генераторного оборудования СЦИ (SEC).
• G.8263/Y1363 (02/2012) Характеристики синхронизации генераторного оборудования, использующего пакетные методы (Timing characteristics of packet-based equipment clocks). Рекомендация определяет параметры ведомого генераторного оборудования PEC-S-F (Packet-based Equipment Clock — Slave — Frequency) при частотной синхронизации пакетными методами (т.е. с использованием двухстороннего сетевого протокола передачи времени — обычно РТР).
• G.8264/Y.1364 (10/2008) Распределение сигналов синхронизации в пакетных сетях (Distribution of timing information through packet networks). Рекомендация определяет общие архитектурные аспекты распределения сигналов синхронизации в пакетной сети для случая частотной синхронизации с помощью синхронного Ethernet (SyncE) или пакетных методов (РТР). G.8264 устанавливает требования к реализации алгоритма обмена сообщениями о статусе сигналов синхронизации — SSM (Synchronization Status Message) в оборудовании SyncE.
• G.8265/Y.1365 (10/2010) Архитектура и требования к распределению частоты в пакетных сетях (Architecture and requirements for packet-based frequency delivery)
• G.8265.1/Y. 1365.1 (10/2010) "Теле-ком-профиль" протокола точного времени РТР для частотной синхронизации (Precision time protocol telecom profile for frequency synchronization). Рекомендация содержит требования к настройке протокола РТР ("профилю") для обеспечения частотной синхронизации в пакетных телекоммуникационных сетях. К настоящему времени такой профиль определен только для одноадресного режима (в дальнейшем возможно расширение на другие варианты).
• G.8271 /Y.1366 (02/2012) Аспекты временной и фазовой синхронизации в пакетных сетях (Time and phase synchronization aspects of packet networks). Рекомендация описывает общие принципы и подходы к временной и фазовой синхронизации пакетных сетей:
• методы согласования шкал времени;
• обзор технологий;
• источники шумов в цепочке распределения сигнала времени;
• параметры интерфейса передачи "секундной метки" -1 pps (pulse per second);
• сетевая модель и др.
• G.8271.1/Y1371.1 (02/2012) Сетевые нормы при временной синхронизации в пакетных сетях (Network Limits for Time Synchronization in Packet Networks). Рекомендация определяет сетевые нормы на фазовую и временную ошибку при временной синхронизации пакетными методами (т.е. с использованием двухстороннего сетевого протокола передачи времени — обычно РТР).
• G.8272/Y.1367 (10/2012) Характеристики синхронизации первичных эталонных генераторов времени (Timing characteristics of primary reference time clocks). Рекомендация определяет параметры первичных эталонных генераторов времени PRTC (Primary Reference Time Clock), предназначенных для временной синхронизации пакетными методами (т.е. с использованием двухстороннего сетевого протокола передачи времени — обычно РТР).
• G.8273/Y1368 (08/2013) Обзор генераторного оборудования для синхронизации по фазе и времени (Framework of phase and time clocks). Рекомендация содержит общую информацию о генераторном оборудовании, используемом для временной синхронизации пакетными методами (т.е. с использованием двухстороннего сетевого протокола передачи времени — обычно РТР). Для более подробного описания различных типов генераторного оборудования разрабатывается семейство новых Рекомендаций:
• G.8273.1/Y. 1368.1 (08/2013) Telecom Grandmaster
• G.8273.2/Y. 1368.2 (08/2013) Telecom Boundary Clock
• G.8273.3/Y. 1368.3 (08/2013) Telecom Transparent Clock.
• G.8273.3/Y.1368.3 (в работе) Telecom Time Slave Clock.
• G.8274 — Резерв на будущее
• G.8275/Y1367 (07/2013) Распределение времени и фазы в пакетных сетях (Time and phase distribution through packet networks)
• G.8275.1/Y. 1367.1 (07/2013) "Теле-ком-профиль" протокола точного времени РТР для фазовой/временной синхронизации (Precision time protocol telecom profile for phase/time synchronization) — поддержка тактовой синхронизации.
• G.8275.2/Y.1367.2 (2014) 'Телеком-профиль" протокола точного времени РТР для фазовой/временной синхронизации (Precision time protocol telecom profile for phase/time synchronization) — частичная поддержка тактовой синхронизации.
Если проанализировать перечень Рекомендаций по исследовательскому вопросу синхронизации и распределения времени — Q13/15, которые были утверждены! на последнем заседании ИК-15 в июле этого года, то можно видеть, что все они относятся к серии G.827x, т.е. к фазовой (или временной) синхронизации. Это говорит об актуальности данного направления, которое продолжает активно стандартизироваться, в то время как в вопросах частотной синхронизации пакетных сетей (серия G.826x) можно констатировать определенную стабильность — основные Рекомендации этой серии были приняты в период 2008-2010 гг.
Та же тенденция прослеживается и в перечне документов, подлежащих доработке к следующему заседанию ИК-15. Для каждой из этих Рекомендаций составлен перечень вопросов, по которым необходим научная проработка (так называемый "Living List"). Все заинтересованные эксперты могут подавать редакторам соответствующих Рекомендаций свои предложения, которые будут рассмотрены на следующем заседании. Большинство Рекомендаций относящихся к вопросу Q13/15, на которые составлен перечень актуальности — "Living List*', касаются передачи точного времени.
Актуальные направления исследований
Анализ деятельности ИК-15 МСЭ-Т в рамках исследовательского вопроса Q13/15 позволяет говорить об актуальности вопросов ЧВО и стандартизации соответствующих технических решений. Эти решения активно внедряются, взаимодействуют и конкурируют в современных сетях связи. Базовыми методами ЧВО в пакетных сетях стали технология синхронного Ethernet (SyncE) и протокол точного времени РТР (IEEE1588v2). Все большую популярность приобретает комбинированный сценарий, предусматривающий совместное использование синхронного Ethernet для передачи тактовой частоты и протокола РТР для передачи точного времени, что становится актуальным в связи с постепенным вытеснением систем передачи СЦИ и полным переходом на пакетные методы передачи.
Процесс стандартизации средств и методов ЧВО для современных пакетных сетей связи еще не завершен, многие из недавно принятых Рекомендаций пока носят рамочный характер и нуждаются в доработке и уточнении многих параметров и технических деталей.
Для этого необходимо продолжать научноисследовательские и экспериментальные работы в следующих направлениях:
• моделирование процессов синхронизации в пакетных сетях;
• отработка методов измерений параметров синхронизации;
• планирование сетей синхронизации (включая комбинированные варианты БупсЕ + РТР).
Литература
1. Бирюков Н.Л., Триска Н.Р. Синхронизация транспортных технологий при переходе к NGN // Электросвязь, 2009, № 10. — С.30-35.
2. Бирюков Н.Л., Коновалов ГВ., Триска НРР Современные тенденции развития и стандартизации частотно-временного обеспечения сетей связи // Электросвязь, 2011, № 11. — С.45-48.
3. Бирюков Н.Л., Триска Н.Р. Синхронный Ethernet как основа частотно-временного обеспечения современных и будущих сетей связи // Электросвязь, 2013, № 2. — С.8-12.
4. ITU-T Recommendation G.701 (03/93) Vocabulary of digital transmission and multiplexing, and pulse code modulation (PCM) terms.
5. ITU-T Recommendation G.810 (08/96) Definitions and terminology for synchronization networks.
6. ITU-T Recommendation G.8260 (04/08) Timing and synchronization aspects in packet networks.
7. J.-L Ferrant, S. Ruffni Evolution of the standards for Packet Network Synchronization. — IEEE Communication Magazine, February 2011, pp. 132-138.
8. K. Hann, S. Jobert, S. Rodrigues Synchronous Ethernet to Transport Frequency and Phase/Time. — IEEE
Communication Magazine, August 2012, pp. 152160.
9. Брени С. Синхронизация цифровых сетей связи: Пер. с англ. — М.: Мир, 2003. — 465 с.
10. Давыдкин П.Н, Колтунов М.Н, Рыжков А.В. Тактовая сетевая синхронизация. — М.: Эко-Трендз, 2004. — 205 с.
11. Колтунов М.Н, Леготин Н.Н, Шварц М.Л. Сетевая синхронизация в системах связи. — М.: SYRUS SYSTEMS, 2007. — 240 с., ил.
12. R. Sabella, F Testa, P lovanna, G. Boltari. Flexible Packet-Optical Integration in the Cloud Age: Challenges and Opportunities for Network Delayering. — IEEE Communication Magazine, January 2014, pp. 35-42.
ITU Research overview of communications networks frequency-time support
N.L. Biriukov, associate professor, ITS "KPI", Kiev, Ukraine, Ph.D., Senior Scientist, nlbir@mail.ru N.R. Triska, Head of Laboratory SE " UNIIS ", Kiev, Ukraine, Ph.D., Senior Scientist,
N.N. Khudyntsev, associate professor, Odessa State University of Environment, Odessa, Ukraine, PhD in physics&mathematics
Abstract
The article presents an analytical overview of the main activities of ITU-T SG15 in the synchronization and distribution of precise time area. The ITU-T Recommendations concerning the synchronization of telecommunication networks with synchronous and asynchronous transfer mode constructed based on different transport technologies are analyzed. Particular attention is paid to standardization of new technical solutions proposed for the frequency and timing of modern packet networks (synchronous Ethernet technology and Precision Time Protocol PTP (IEEE1588v.2).
Keywords: synchronization, time-frequency support, ITU Recommendation, synchronous Ethernet.
References
1. Biryukov N.L, Triska N.R. Synchronization transport technologies in the transition to NGN / Elektrosvyaz, 2009, No10. pp.30-35.
2. Biryukov N.L, Konovalov G.V, Triska N.R. Modern trends in the development and standardization of the frequency-time support networks / Elektrosvyaz, 2011, No 11. pp.45-48.
3. Biryukov N.L., Triska N.R. Synchronous Ethernet as the basis of the frequency-time support of current and future networks / Elektrosvyaz, 2013, No 2. pp.8-12.
4. ITU-T Recommendation G.701 (03/93) Vocabulary of digital transmission and multiplexing, and pulse code modulation (PCM) terms.
5. ITU-T Recommendation G.810 (08/96) Definitions and terminology for synchronization networks.
6. ITU-T Recommendation G.8260 (04/08) Timing and synchronization aspects in packet networks.
7. J.-L. Ferrant, S. Ruffini Evolution of the standards for Packet Network Synchronization. — IEEE Communication Magazine, February 2011, pp. 132-138.
8. K. Hann, S. Jobert, S. Rodrigues Synchronous Ethernet lo Transport Frequency and Phase/Time. — IEEE Communication Magazine, August 2012, pp. 152-160.
9. Breny S. Synchronization of digital communication networks. Moscow, 2003. 465 p.
10. Davidkin PN., Koltunov M.N., Ryzhkov A.V Clock network synchronization. Moscow 2004. 205 p.
11. Koltunov M.N.,Legotin N.N., Schwartz M.L. Network synchronization in communication systems. Moscow, SYRUS SYSTEMS, 2007. 240 p.
12. R. Sabella, F. Testa, P. Iovanna, G. Bottari. Flex'ble Packet-Optical Integration in the Cloud Age: Challenges and Opportunities for Network Delayering. — IEEE Communication Magazine, January 2014, pp. 35-42.
