CC BY
11СПОСОБЫ СИНХРОНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ОПТОВОЛОКОННЫХ СИСТЕМ
Вексельман М.И.
Федеральное государственное автономное научное учреждение. Центр информационных технологий и систем
органов исполнительной власти, г. Москва * E-mail: mv@maxnavi.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-70-71
С каждым новым поколением сетей связи требования к качеству тактовой сетевой синхронизации только возрастают. Если раньше на сетях связи достаточно было иметь частотную синхронизацию для всех элементов сети, что легко обеспечивалась передачей в сетях синхронной цифровой иерархии -SDH, то сейчас требуется фазовая и временная синхронизация. Частотно-временное обеспечение сетей связи необходимо не только в телекоммуникациях, но и в банковской и финансовой сферах, в телевидении, в энергетике и т.д.
С задачей получения частотной, фазовой и временной синхронизации очень хорошо справлялись приемники Глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС). Стоимость приемников не очень высокая, что позволяло создать стабильную распределенную систему синхронизации [1]. Точность фазовой синхронизации может достигать +\-100 нс в случае хорошего расположения антенны. Однако в последние годы надежность получаемых на основе ГНСС координатно-временных определений стала подвергаться сомнению. Основная проблема заключается в том, что сигналы ГНСС могут быть легко подавлены или, что еще хуже, подменены, что может привести к неправильной работе систем синхронизации и, как следствие, неработоспособности системы связи в целом [2]. Один из эффективных способов избежать этих проблем - это передавать сигналы синхронизации с использованием наземных оптоволоконных каналов связи. С этой целью были разработаны следующие стандарты и протоколы для передачи синхросигнала в пакетных сетях: Синхронный Ethernet (SyncE) и IEEE 1588-2008 (PTP версии 2).
Основой частотного-временного обеспечения сетей связи являются Первичные эталоны времени и частоты - ПЭВЧ (PRTC). ПЭВЧ является усовершенствованным Первичным эталонным генератором -ПЭГ (PRC). Требования к ПЭВЧ определены в рекомендации G.8272, и составной частью этого комплекса являются ведущие часы в прецизионном протоколе времени - PTP. Эти часы называются Grand Master (GM). При этом, согласно рекомендации, G.8272 GM должен обеспечивать точность шкалы времени не ниже +/- 100 нс [3]. После формирования синхросигнала следующей задачей является передать его через наземную оптоволоконную сеть с необходимым качеством. Если, например, взять мобильные сети 3-го поколения, то норма по фазовой синхронизации для базовых станций была 5 мкс, в то время как в сетях LTE или 4-го поколения это точность уже должна равняться 1,1 мкс.
Стандарт SyncE, как в прошлом SDH, очень эффективно используется для распространения частотной синхронизации на сети. Современные сети OTM/DWDM могут прозрачно передавать клиентские потоки SDH/SyncE с сохранением информации о тактовой частоте [4]. Стандарт SyncE предполагает, что каждый коммутатор Ethernet должен поддерживать синхронный Ethernet. Для передачи фазовой и временной синхронизации используется стандарт IEEE 1588-2008 (PTP версии 2). Протокол работает в режиме ведущий - ведомый (Master-Slave) и ориентирован на использование различных профилей в зависимости от требований к передачи синхросигнала. Международным союзом электросвязи ITU-T были разработаны три профиля для применения в телекоммуникационных сетях (так называемые телеком профили):
• G.8265.1 частотный профиль, использует одноадресную трансляцию пакетов, работает на третьем уровне модели OSI;
• G.8275.1 фазовый профиль, использует многоадресную рассылку пакетов, работает на втором уровне модели OSI;
• G.8275.2 фазовый профиль, использует одноадресную трансляцию пакетов, работает на третьем уровне модели OSI.
Основными факторами, влияющими на качество синхросигнала по фазе при передаче по оптоволоконной сети, будут:
70 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023vv» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
• Постоянная асимметрия, являющаяся следствием того, что распространение сигнала в оптическом канале в одном направлении может отличаться от распространения сигнала в канале в обратном направлении;
• Переменная асимметрия, являющаяся следствием работы транзитных узлов и особенностями их работы в пакетных сетях.
Постоянная асимметрия может быть компенсирована на стороне ведомого устройства, но переменная асимметрия будет постоянным следствием ошибок при передаче синхросигнала. Использование профиля G,8275.1 предполагает, что каждый транзитный узел сети будет поддерживать протокол PTP как пограничные часы (Boundary Clock -BC) или как прозрачные часы (Transparent Clock -TC). Также в рекомендации G.8275.1 в качестве транспорта рекомендуется использовать SyncE. К оборудованию на транзитных узлах предъявляются очень высокие требования (к чему операторы связи не всегда готовы), но выполнение всех требований может дать очень хорошие результаты при передаче синхросигнала, даже с учетом высокой нагрузки на сети. Необходимо отметить, что поддержка SyncE при использовании профиля G.8275.1 носит рекомендательный характер и очень сильно зависит от реализации оборудования транзитных узлов. В том случае, если на оборудовании реализуются алгоритмы восстановления частоты, например Adaptive Clock Recovery, использование SyncE будет избыточным. Но в случае отсутствия механизма восстановления частоты в пакетной сети присутствие SyncE будет необходимо для качественной передачи синхросигнала. Профили G.8265.1 и G.8275.2 не предполагают модернизацию сети, при этом качество передачи синхросигнала очень сильно зависит от загрузки сети, которая приводит к резкому изменению переменной асимметрии в задержке сигнала. В связи с этим данные профили могут быть эффективно использованы в выделенных для синхронизации оптических каналах (Optical Timing Channel - OTC), но это приводит к неэффективному использованию оптического ресурса и пропускной способности каналов. Некоторые производители оборудования для передачи синхросигнала используют каналы управления (Optical Supervisory Channel -OSC) сетями OTN/DWDM, и так как загрузка этого канала незначительная, могут быть использованы профили, не требующие модернизации сети.
Использование ГНСС-приемников является ненадежным способом обеспечения синхронизации сети, поэтому в настоящее время для этой цели предлагается использовать оптоволоконные сети. При этом очень многое зависит от технических условий и конкретных задач, и в каждом случае ищется свое оптимальное техническое решение.
Литература
1. Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. - М.:Техносфера, 2002 - 400 с.
2. Вексельман М.И. Безопасность систем синхронизации на основе ГНСС. Мониторинг качества навигационных систем. Радионавигация и время, Том 18, №10-2022 стр. 21-28
3. Шварц М.Л, Рыжков А.В., Аладин В.М. Перспективный эталон времени и частоты для систем частотно-временного обеспечения сетей связи. T-Comm Том16, №8-2022 стр. 12-20 DOI: 10.36724/2072-8735-202216-8-12-20
4. Коган С.С. Сети 5G: распределение сигналов синхронизации на сетевом оптическом транспортном уровне. Часть 1. Первая Миля, №4-2022 стр 50-59 DOI: 10.22184/2070-8963.2022.104.4.50.59
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 71
