Сети связи и системы коммутации

Так, например, система межузловой синхронизации ВСС РФ состоит из 5 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 МСщ-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

âСС». щто 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 клю- чевых 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 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 необходи-

мости 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.

5.2.2. Структура системы внутриузловой синхронизации

СВС имеет локальное значение в системе связи. селью СВС является достижение синхронной работы цифровых устройств в составе узла сети.

На этапе, когда количество цифровых устройств, входящих в состав узла невелико, применима концепция СВС «по цепи». Синхросигнал от CMC приходит на оборудование системы, принимается аппаратурой передачи, затем от него по цепи синхронизируется все остальное оборудование узла. Для повышения стабильности синхросигналов и увеличения надежности СВС предусматриваются как прямые, так и резервные каналы передачи синхросигналов «по цепи». Такая концепция оказывается эффективной, когда на узле размещается небольшое количество цифровых устройств. В случае увеличе- ния количества последних удлиняются, соответственно, цепочки распределения синхрочастот, в результате оконечное устройство в цепочке получает синхросигнал низкого качества.

Усиление требований к параметрам синхронизации (и, в первую оче- редь, к частоте проскальзываний) во вторичных сетях, привело к тому, что концепция синхронизации «по цепи» оказалась неприменимой для современных систем связи. Ей на смену пришла концепция BITS в СВС: изменение топологии от синхронизации «по цепи» к синхронизации радиальной топологии.

В этом случае в составе узла размещается специализированный источ- ник BITS, от которого синхронизируется все остальное оборудование узла прямыми каналами передачи синхросигналов. В качестве источника BITS может использоваться как специализированный генератор TSG (Timing Signal Generator), так и встроенный генератор одного из цифровых устройств. В последнем случае рекомендовано выбирать в качестве генератора BITS наилучший по параметрам генератор, входящий в состав узла. Однако такое внедрение требует изменения топологии СВС. Некоторые устаревшие модели оборудования передачи и коммутации не были подготовлены к внедрению такой концепции, поскольку они синхронизируются от входящего цифрового потока. В случае концепции BITS принцип работы оборудования меняется: оно должно работать в режиме принудительной синхронизации от внешнего источника. В результате нашли применение различные комбинированные схемы СВС, когда часть оборудования синхронизируется старым методом по цепи, а часть — новым, через TSG. В этом случае TSG становится одним из элементов цепи.

5.2.3. Подсистемы QoS и TMN

Третьей составной частью современной интегрированной СС является подсистема контроля и анализа качества QoS. щта подсистема включает в себя две основных части: систему управления СС и систему измерений параметров СС. Разветвленная топология современных СС не позволяет полностью прогнозировать их поведение в случае возникновения одного или нескольких сбоев. При реконфигурации СС могут образовываться «петли» в СС, в результате чего СС может деградировать на каком-либо участке или полностью. Для борьбы с такими нежелательными последствиями используется мониторинг параметров синхронизации в режиме реального времени,

âрезультате чего QoS входит как неотъемлемая часть в концепцию современных интегрированных СС.

Измерения параметров СС включают в себя две группы: анализ параметров частоты передачи/приема на всех участках сети, а также ее девиации,

âпервую очередь вандера, и стрессовое тестирование узлов СС.

Первая группа измерений производится обычно параллельно с проведением мониторинга по параметрам ошибки. сель организации измерений — обнаружение некорректностей в работе узлов СС, наличия «петель» в ней, а также поиск точек деградации качества. Стрессовое тестирование СС выполняется с целью оценки устойчивости ее работы в случае отказа или нарушения параметров работы того или иного узла. В практике эксплуатации стрессовое тестирование делается крайне редко.

Мониторинговые измерения параметров СС могут проводиться на всех ее участках (на выходе генераторов различных уровней, в каналах системы распределения синхросигналов). По своей сути измерения представляют собой частотные измерения. Выделяются два основных метода измерений: прямые и с использованием анализаторов систем передачи. Кроме того, существуют косвенные методы, позволяющие выявить точки нарушений в СС и оценить ее общее качество (например, анализ количества проскальзываний в системах PDH или анализ активности указателей в системах SDH), но не обеспечи- вают измерения ее параметров.

Последней подсистемой, входящей в состав современных СС, является подсистема управления TMN, которая осуществляет контроль состояния элементов СС и управление параметрами СС в режиме реального времени. Наиболее полно эти функции получили развитие с внедрением технологии SDH, поскольку SDH обеспечивает передачу специальных служебных сигналов о параметрах синхронизации линейного тракта. В составе байта S1 секционного заголовка SOH систем SDH передается информация о параметрах СС, получившая название сигналов SSM (System Synchronization Message). Современные системы управления позволяют контролировать параметры сигналов в режиме реального времени и устанавливать те или иные параметры SSM для каждого тракта. В результате система синхронизации SDH оказывается контролируемой в полной мере.

Контрольные вопросы

1.Какое название носит высокочастотное фазовое дрожание хронирующего сигнала в СПД?

2.В чем заключается механизм управляемых проскальзываний при работе СПД?

3.Является ли режим выравнивания скоростей объединяемых цифровых потоков режимом, стабилизирующим процесс синхронизации сети?

4.Какой вид проскальзываний (битовый или цикловой) наиболее нежелателен с точки зрения нарушения цикловой синхронизации?

5.Каковы последствия появления кратковременных проскальзываний синхронизации при осуществлении телефонной связи?

6.Предусмотрено ли одновременное параллельное функционирование всех трех подсистем синхронизации (межузловой, внутриузловой и QoS)?

7.Отличается ли топология сети межузловой синхронизации (СМС) от топологии сети связи?

8.Какой вариант построения системы межузловой синхронизации обеспечивает наибольшую стабильность работы системы?

9.В какой режим переходят системы межузловой синхронизации независимо от структуры при повреждении их тактовых генераторов?

10.Допускается ли наличие замкнутых петель в топологии систем синхронизации?

11.Какая модель топологии межузловой синхронизации выбрана в качестве концептуальной: кольцевая, ячеечная или радиально-узловая?

12.Какая модель топологии внутриузловой синхронизации принята

âнастоящее время: кольцевая, радиальная, «по цепи» или радиальноузловая?

13.В каких случаях выполняется стрессовое тестирование системы сигнализации?

14.В каком режиме должна работать сеть внутриузловой синхронизации современной вторичной сети согласно концепции BITS: в режиме «по цепи»; в режиме принудительной синхронизации от внешнего источника;

âрежиме принудительной синхронизации от входящего цифрового потока?

Глава 6. Принципы коммутации в сетях связи

6.1. Основные понятия и определения. Обзор методов коммутации

Ïîä коммутацией (Switching) в сетях связи понимают метод выбора направления передачи данных [1]. Основой технологии сети с маршрутизацией данных является использование коммутации. В зависимости от задач, поставленных перед коммуникационной сетью, используют несколько методов коммутации (табл. 6.1) [26, с. 12].

Таблица 6.1

Режимы коммутации каналов, указанные в левой части таблицы, отли- чаются простотой, лучше приспособлены для обеспечения источников с постоянной скоростью передачи. При движении по таблице вправо возрастает сложность обработки в узлах коммутации, но возрастает и возможность использования источников с изменяющейся скоростью передачи и большой пачечностью — отношением среднего времени сеанса связи к среднему времени передачи информации.

Рассмотрим основные особенности методов и их взаимные отличия.

Коммутация каналов

Коммутация каналов (Сircuit Switching) — коммутация, обеспечивающая предоставление каждой паре абонентов последовательности каналов сети для монопольного использования. Происходит сквозная коммутация между взаимодействующими абонентскими системами либо административными системами. Созданная таким образом последовательность логических каналов используется монопольно взаимодействующей через нее парой абонентов.

Логические каналы коммуникационной сети в результате коммутации каналов чаще всего предоставляются только на время сеанса между системами и в этом случае называются коммутируемыми. Коммутация осуществляется только в начале сеанса взаимодействия. Для этого система-инициатор сеанса формирует и посылает ближайшему к ней узлу вызов-запрос на прокладку через коммуникационную сеть последовательности каналов, которая свяжет систему-инициатора с системой-адресатом. Преимуществами коммутируемых каналов являются гибкость и небольшая стоимость передачи при малом объеме трафика. Высокая гибкость означает предоставление прозрачного доступа

для пользователя через интерфейс «пользователь — сеть», т.е. отсутствие ограничений на структуру кадра или пакета и способ синхронизации.

В сети коммутации каналов могут быть предоставлены также постоянные некоммутируемые каналы, выделяемые в аренду на определенный срок, например на год. Выделенные каналы называются также арендуемыми каналами. щти каналы характеризуются высоким качеством передачи и всегда готовы к передаче данных, однако слишком дорого стоят.

Достоинством коммутации каналов по сравнению с коммутацией пакетов является относительная дешевизна используемых для этой цели узлов. Кроме того, все передаваемые во время сеанса блоки данных доставляются адресату с одинаковой задержкой во времени, определяемой скоростными характеристиками узлов и каналов. щто упрощает передачу через коммуникационную сеть речи.

Однако коммутация каналов имеет и ряд существенных недостатков. Во время сеанса последовательность используемых каналов загружена потоками битов относительно небольшое время. Остальное время каналы простаивают, особенно во время диалога пользователей с прикладными процессами, когда первые анализируют полученные результаты, а вторые ищут необходимые сведения либо проводят математические расчеты. Другим недостатком метода коммутации каналов являются относительно большое время ожидания соединения, возможность блокировки («занято»).

щто связано с необходимостью дожидаться освобождения нужной последовательности каналов. При коротких сеансах время создания последовательности может превышать продолжительность сеанса.

Многоскоростная коммутация каналов

Системы передачи с многоскоростной коммутацией каналов MRCS (Multirate Circuit Switching) используют тот же метод временного разделения TDM (Time Division Multiplexing), что и системы с обычной коммутацией каналов. Однако в одном соединении могут использоваться n (n > 1) основных цифровых каналов. Таким образом, скорость канала в каждом соединении, как правило, кратна скорости основного канала. Примером может служить организация видеотелефонии в У-сСИО. Видеокодеки, разработанные согласно Рекомендации Н.261, могут работать на скорости n 64 êáèò/ñ ïðè n < 30. Системы коммутации, обеспечивающие многоскоростную коммутацию каналов, становятся более сложными по сравнению с системами с обычной коммутацией каналов, т.к. все каналы отдельных звеньев, образующих соединение, должны быть синхронными.

Системы коммутации, разработанные для многоскоростной коммутации каналов, содержат набор отдельных коммутаторов, каждый из которых производит коммутацию каналов с определенной скоростью. Каждый коммутатор может быть разработан и изготовлен отдельно. Система контроля, управления и технического обслуживания может быть общей.

Быстрая коммутация каналов (БКК)

С целью повышения эффективности использования сетевых ресурсов для служб с изменяющейся скоростью передачи и высокой пачечностью трафика была предложена концепция быстрой коммутации каналов FCS (Fast Circuit Switching). Ресурсы в сети с быстрой коммутацией каналов используются только при передаче информации. Способ БКК позволяет лучше использовать сетевой ресурс (полосу частот канала) благодаря возможности предоставления

Ретрансляция кадров

Ретрансляция кадров (Frame Relay) [1] — технология аппаратной скоростной коммутации данных. Ретрансляция кадров отличается от коммутации пакетов тем, что в рассматриваемом случае в коммуникационной сети отсутствуют пакеты. Фрагменты данных, передаваемые прикладным процессом, помещаются непосредственно в кадры, которые передаются не только между смежными системами, но и ретранслируются через всю коммуникационную сеть.

Передача больших потоков информации через коммуникационную сеть потребовала резкого увеличения скоростей передачи данных. В результате появились сети ретрансляции кадров. Технология ретрансляции заключается в сквозной коммутации, обеспечивающей аппаратное распределение в каждом узле интегральной коммутации проходящих кадров по адресам их назна- чения. При этом в промежуточных узлах коммутации ради получения высоких скоростей не осуществляется контроль достоверности и целостности данных, он возлагается на оконечные узлы коммутации. Последние создают на канальном уровне соединения и управляют потоками данных, выявляют и исправляют ошибки.

В узлах интегральной коммутации над канальным и физическим уровнем располагаются канальные процессы, связывающие каналы передачи данных. При возникающих ошибках и перегрузках узлы выбрасывают мешающие им кадры. Сетевого уровня здесь нет.

Ретрансляция кадров обеспечивает передачу данных в реальном времени. На физическом уровне ретрансляция поддерживается временным мультиплексированием (TDM). Контроль и устранение ошибок, возникающих при передаче данных через коммуникационную сеть, осуществляются на транспортном уровне. Кадры имеют специальный заголовок, определяемый идентификатором соединения канала передачи данных (DLCI).