3 .7 . Эксплуатационные измерения сетевого уровня

Назначение измерений сетевого уровня

Сетевой уровень цифровых систем передачи Е1, как было показано в п. 2.4, включает в себя различные сигналы о неисправностях, которые используются современными системами управле­ ния (СУ) первичной сетью, а также сигналы о возникновении ошибок в цифровых системах Е1, ис­ пользуемые системами самодиагностики.

Процедуры самодиагностики и управления используют перечисленные две группы сигналов. От спецификации (набора) реализованных в системе передачи сигналов о неисправностях зависит функциональность системы управления и самодиагностики. Действительно, поскольку программ­ ное обеспечение (ПО) системы управления обрабатывает данные о генерации и передаче сигналов неисправности в сети, то от количества передаваемых сигналов зависит уровень диагностики. Лю­ бое самое современное программное обеспечение окажется маломощным, если базовая специфи­ кация сигналов о неисправностях будет включать лишь несколько наиболее важных сигналов. По­ этому измерение параметров сетевого уровня важно не только для диагностики параметров сети, но и для анализа работы СУ первичной сетью.

Целью измерений сетевого уровня Е1 является проверка корректности генерации и передачи по сети сигналов неисправности перечисленных групп. Такие измерения должны проводиться на сети в целом, т.е. не в одной точке, а в нескольких ключевых точках сети.

Перечисленные выше группы специальных сигналов используются системами управления и самодиагностики. Можно отметить, что измерения сетевого уровня служат для анализа работоспо­ собности этих систем. Более глубокий анализ их работоспособности и функциональности сделать, скорее всего, невозможно, поскольку сами системы, как правило, индивидуальны и являются за­ крытыми разработками фирм-производителей. Единственное общее звено всех таких систем - это база сигналов о неисправностях сетевого уровня, которые они используют. Проанализировав кор­ ректность этой базы, можно косвенно проанализировать работу любой СУ первичной сетью вне зависимости от структуры последней. Вполне естественно, что при нарушениях генерации и пере­ дачи сигналов о неисправностях в сети, любая система управления и диагностики будет сбоить и давать неверную информацию. Таким образом, в ряде случаев измерения сетевого уровня являют­ ся важными для эксплуатации первичной сети.

Рассмотрим методы измерений сетевого уровня, связанных с каждой группой сигналов о не­ исправностях.

Измерения, связанные с анализом диагностики ошибок в первичной сети

К измерениям сетевого уровня в первую очередь относятся измерения по битам Е и сигна­ лам REBE (см. табл. 2.3), которые дают возможность проанализировать работу процедур диагно­ стики ошибок в сети.

Когда оборудование работает с использованием алгоритма CRC-4, возникает процедура взаимной передачи Е-битов. В настоящий момент в большинстве приборов существует возмож­ ность анализа работы этой процедуры. Оборудование генерирует бит Е, когда оно получает ин­ формацию об ошибке CRC-4. Эта процедура является довольно новой в практике передачи Е1, по­ этому не исключается вероятность ее некорректной работы. Для проверки работы процедуры об­ мена Е-битами в режиме сервисного мониторинга без отключения канала используется схема, по­ казанная на рис. 3.25.

Как видно из рисунка, измерения делаются на сети в целом, анализаторы могут подключаться в четырех точках сети (в реальной практике, конечно - в одной или двух). Суть процедуры генерации сиг­ налов неисправности достаточно проста: когда изучаемый тип терминального оборудования (линейное оборудование В) получает ошибку CRC-4, оно генерирует Е-бит или отдельный сигнал REBE в сторону оборудования А. Все анализаторы на рис. 3.25 включаются параллельно и регистрируют состояние ка­ нала. Анализатор 1 показывает отсутствие ошибок в выходном сигнале от оборудования А. Анализатор 2 обнаруживает ошибку, возникшую в канале (в реальной практике измерений такая ошибка может гене­ рироваться, поскольку обычно вместо оборудования А используется анализатор ИКМ в режиме стрессо­ вого тестирования). В результате анализатор выдает ошибку CRC (в нашем примере 5 ошибок). Анали­ затор 3 регистрирует сигнал REBE, генерируемый в направлении передачи. Заметим, что анализатор в этом случае не может регистрировать уровень кодовых ошибок, цикловых ошибок и ошибок CRC-4, ко­ торые вносятся в точке источника ошибок, он видит только бит ошибки Е (сигнал REBE), передаваемый терминалом В. Как следует из рисунка, количество генерируемых сигналов REBE за время измерения равно количеству полученных оборудованием В сигналов о неисправностях, что свидетельствует о кор­ ректности генерации сигнала об ошибке. В дальнейшем сигнал REBE передается по сети в направлении передачи. Анализатор 4 показывает, что сигнал REBE передается по сети корректно, количество гене­ рируемых сигналов равно количеству сигналов, принимаемых оборудованием А.

Первый, наиболее распространенный подход, предусматривает фиксирование сигналов о неисправностях фиксированной структуры. В качестве примеров результатов таких измерений на рис. 3.26 представлены три экрана анализа сигналов о неисправностях, связанных с процедурами мультиплексирования, передачи и анализом тестовой ПСП соответственно.

Разделение всех основных сигналов о неисправностях на три перечисленных категории с практической точки зрения оправдано, поскольку в состав сигналов о неисправностях, регистри­ руемых анализаторами ИКМ, помимо сигналов, генерируемых в системе, включаются сигналы о неисправностях, генерируемые самими приборами и используемые для отображения ключевой информации.

Рис. 3.26. Примеры результатов измерений фиксированных сигналов о неисправностях

Так, из представленных на рис. 3.26 сигналов о неисправностях мультиплексорной секции системы передачи сигналы RAI, CRC (CRC-LOM), CAS (CAS-LOM), MRAI, MAIS могут генерироваться в системе передачи, а сигнал LOF генерируется анализатором. Из сигналов неисправности в сек­ ции системы передачи AIS используется в системе Е1, a LOS и LOC - для отображения анализато­ ром состояния тракта ИКМ. Наконец, все сигналы о неисправностях, связанные с тестовой ПСП, используются анализатором и в системе передачи не применяются.

Как следует из описания в п. 2.4, анализ фиксированных сигналов о неисправностях не дает возможности проанализировать внутренние протоколы самодиагностики типа описанных в приме­ рах 2.1 и 2.2.

пространение, поскольку он оказывается эффективным в случаях, когда необходимо тестирование нестандартных сигналов о неисправностях. Действительно, возможность задавать значения битов Sn вручную дает возможность адаптировать анализатор ко всем существующим и перспективным сигналам о неисправностях. Это повышает гибкость анализатора и его функциональность на сете­ вом уровне.

3 .8 . Параллельный анализ результатов измерений. Трассы измерений

Условно можно разделить все эксплуатационные измерения на две группы:

измерения нормативные, которые выполняются в процессе сдачи и приемке канала и предна­ значены для проверки параметров качества каналов цифровых систем передачи;

измерения по поиску причины ухудшения качества цифровой передачи.

Если результатом первой группы измерений является простой вывод о соответствии или не­ соответствии канала заданным нормам, то измерения второй группы довольно трудно формализо­ вать и представить в виде стандартных алгоритмов проведения измерений и интерпретации ре­ зультатов. Действительно, поиск неисправностей в цифровых системах передачи представляет со­ бой работу с элементами творчества, поэтому часто трудно дать готовые рецепты по поиску и уст­ ранению причины неисправности или ухудшения качества.

Выше рассмотрены принципы организации измерений физического, канального и сетевого уровней Е1. Из перечисленных наибольшее значение для нормативных измерений имеет анализ канального уровня цифровых систем передачи, поскольку этот уровень наиболее стандартизирован и именно к нему относятся отечественные и международные нормы на качество цифровых систем передачи. Эксплуатационные измерения, выполняемые на других уровнях, имеют своей целью не нормирование качества цифровой передачи, а скорее поиск причины возможного ухудшения этого качества.

В настоящем разделе рассмотрим важный метод, применяемый для поиска причин неис­ правностей и ухудшения качества, а именно метод параллельного анализа результатов изме­ рений канального и сетевого уровней. Суть метода состоит в том, чтобы помимо интегральных ха­ рактеристик (например, среднего параметра ошибки за время измерения)' следует анализировать также параметры дифференциальные, такие как распределение ошибок и сигналов о неисправно­ стях по времени измерения и т.д., а также проводить параллельный анализ полученной информа­ ции. Сопоставление данных дает возможность не только ответить, когда во время измерений воз­ никали ошибки, но и по какой причине они возникали. Рассмотрим более подробно предлагаемый метод, но сначала введем несколько определений.

Назовем гистограммой график возникновения ошибок (битовых, кодовых, блоковых и т.д.) по времени. Для этого весь период измерений разобьем на несколько интервалов малой длительности (например, 1 мин., 15 мин. или 1 час для долговременных измерений). В каждом интервале будем измерять основные параметры ошибок - количество битовых, кодовых и блоковых ошибок, ошибок CRC, ошибок по битам Е и т.д. Гистограмма строится на основании результатов этих измерений и имеет вид графика, где по оси X откладывается абсолютное время, а по оси У - уровень ошибки. Гистограмма может также иметь вид таблицы, где в первой колонке будут указаны временные от­ счеты, а в остальных - измеренные параметры.

Назовем хронограммой график возникновения и исчезновения в системе передачи неис­ правностей и появления сигналов сетевого уровня. Как будет показано ниже, хронограмма может быть также представлена в виде таблицы.

Назовем трассой измерений в системе передачи Е1 отчет, включающий в себя интегральные результаты измерений (например, результаты измерений по G.821, G.826 и М.2100), гистограмму и хронограмму, объединенные единой осью времени.

Рассмотрим различные методы представления трасс и методы их анализа.

В качестве первого примера на рис. 3.28 представлена трасса в виде графического пред­ ставления данных (анализатор VICTOR). Справа представлен экран меню анализатора с парал­ лельным представлением гистограммы (снизу) и хронограммы (сверху). Соответствующие распе­ чатки гистограммы и хронограммы представлены на рисунке слева.

Из рисунка наглядно видно назначение гистограмм. Использование гистограммы позволяет оценить природу возникновения ошибок и найти связь между различными процессами, протекаю­ щими в цифровой системе передачи. Так, в примере на рис. 3.28 ошибки возникают "пакетами" При этом интегральные характеристики канала (например, параметры BER, ES, SES и т.д.) могут находится не в норме, однако наличие в канале ошибок с распределением, отличным от случайно­ го, дает основание предположить неисправность, часто устранимую.

Использование хронограммы в этом случае дает возможность уточнить причину ухудшения качества цифровой передачи. Так, на рис. 3.30 показан случай возникновения "пакетных" ошибок на гистограмме. Ошибки возникают не случайным образом, а "пакетами", показатель BER в этом случае не постоянный, а значительно увеличивается в течении определенных интервалов измере­ ний. В остальное время ошибок практически нет. Параллельный анализ хронограммы (сверху) по­ казывает, что периоды возникновения "пакетных" ошибок совпадают с периодами пропадания ли­ нейного сигнала (сигнал о неисправности LOS). Из этого можно сделать важный вывод о возмож­ ной причине возникновения неисправности. Ей может быть неисправность в линейном оборудова-

нии или неисправность физического уровня: плохой контакт в соединительных кабелях, нарушения в среде передачи (например, неисправности спутникового и радиорелейного тракта в составе сис­ темы передачи, если таковые имеются), а также несоответствие параметров физического уровня определенным для них нормам. Большая часть перечисленных неисправностей легко может быть устранена в процессе эксплуатации. Для определения конкретной причины необходимо сделать несколько измерений параметров физического уровня в предположительных точках возникновения неисправности. После ликвидации неисправности можно гарантировать довольно высокие показа­ тели по параметру ошибки, поскольку параметр ошибки вне интервалов пропадания линейного сигнала (см. рис. 3.28) довольно низкий.

Рис. 3.28. Принципы анализа гистограммы и хронограммы

Пример 3.2. И с п о ль з о в а н и е ги стогра м м ы п р и п р о в е д е н и и и зм ерен и й . Оператор предоставляет в качест­

ве услуги цифровые каналы международного качества. В процессе приемо-сдаточных испытаний оказалось, что канал несколько не "дотягивает" до нормы, хотя все составные участки канала были промерены, а сама схема была выполнена безупречно. Тем не менее результаты измерений по параметру BER оказывались на порядок хуже указанной в контракте нормы. Выход из положения оказался в анализе гистограммы. Дело в том, что для проверки канала на соответствие нормам G.821/G.826 необходимы измерения порядка суток. Анализ гистограм­ мы показал, что в канале возникает всего один "пакет" ошибок - ровно в 8.00, т.е. за полчаса до начала рабоче­ го дня. В остальное время ошибок не было. В течении нескольких дней результаты подтвердились - "пакет" ошибок возникал ровно в 8.00 с небольшой вариацией в несколько минут. В результате удалось обнаружить причину "ухудшения" качества канала - электромагнитные помехи при выключении датчиков охраны помещения. Естественно, со схемой организации связи в канале эта причина не была связана, поскольку помеха возникала в соединительном кабеле между прибором и системой передачи, однако это позволило сократить время и экс­ плуатационные затраты по поиску несуществующей причины ухудшения качества связи. Этот пример важен еще и тем, что показывает, насколько важно при измерениях пользоваться калиброванными кабелями для подключе­ ния приборов к системе передачи.

Помимо описанного выше графического представления трасса, включающая в себя гисто­ грамму и хронограмму, может быть представлена также в виде таблицы. Оба метода представления - графический и табличный - в равной степени имеют право на существование. Действительно, в современных сравнительно дорогих приборах, имеющих широкие возможности графического пред­ ставления результатов измерений на экране (см. рис. 3.28), с высокой эффективностью использу­ ется графическое представление. В более простых и дешевых приборах с малыми возможностями дисплея трасса имеет обычно вид распечатки, и здесь использование табличного представления вполне оправдано. Рассмотрим несколько примеров представления трасс в виде таблиц.

параллельный анализ требуется только в определенные периоды времени. В этом случае анализ трассы р - но начать с анализа именно второй части трассы для того, чтобы сначала определить те категории ошибо , которые возникают в исследуемой системе передачи (так, данные второго участка трассы подтверждают дан­

ные первого участка трассы, т.е. в системе передачи возникают только ошибки ECOD, ETTFA^п аос/

EBIT и ECRC практически не возникают) и определить общие параметры ошибок в ней по G.821/G.826/ М.2100.

3 .9 . Методы поиска неисправностей в системах Е1

Как уже было сказано выше, поиск неисправностей представляет собой эксплуатационную процедуру с элементами творчества, поэтому он не может быть формализован до конкретного ал­ горитма. Тем не менее, можно говорить о различных подходах к поиску неисправностей, получив­

ших развитие в мировом опыте эксплуатации систем передачи Е1 • В настоящее время имеется два подхода к организации таких эксплуатационных измерений

(рис.3.29). Оба подхода объединяются группой измерений, связанных с измерением параметров канального уровня систем Е1 на соответствие или несоответствие заданным нормам по парамет­ рам рек. G.821/G.826/M.2100. В результате проведения этих измерений делается вывод о прием­ лемости параметров качества измеряемого канала системы передачи. В случае несоответствия параметров ошибки заданным нормам - необходима дополнительная диагностика с целью поиска причины неисправности в системе передачи и локализации точки ухудшения качества. Здесь име­ ется два подхода.

Рис. 3.29. Подходы к организации поиска неисправностей в системе передачи Е1

Подход представленный слева, предусматривает полный анализ параметров физического и канального уровней тестируемой системы передачи. В первую очередь, анализируются параметры физического уровня, поскольку наиболее часто причина неисправности находится на физическом уровне. Затем более детально анализируются параметры канального уровня. Для этого использу­ ется описанный в предыдущем разделе метод построения гистограммы. В мировой практике экс­ плуатации этот подход в настоящее время является наиболее распространенным и считается клас­ сическим.

Альтернативным подходом является описанный выше новый метод параллельного анализа параметров канального и сетевого уровней. В результате анализа гистограммы и хронограммы оператор получает указание на причину возникновения неисправности и точку локализации неис­ правности. Действительно, если рассмотреть систему передачи Е1 (рис. 2.10), то можно разделить систему передачи на три секции: мультиплексорную секцию, регенераторную секцию и секцию пе­ редачи. Все сигналы о неисправностях сетевого уровня, описанные в разделе 2.4, могут быть так­ же разделены на три уровня, каждому сигналу соответствует неисправность в какой-либо секции тракта Е1. В результате при анализе хронограммы можно не только получить указание на причину возникновения неисправности, как было показано в примерах предыдущего раздела, но и локали­ зовать неисправность, т.е. определить, к какой секции она относится. Полученные данные о при­