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设备同步原则
各种通信设备的同步原则和方法
(暂行)
邮电部电信总局
1998.9
前言
我国省中心以上数字同步网已经建成,各省内数字同步网也已初具规模。
我国数字同步网对国家公用电信网已经具有一定的支撑能力。
但电信网上各种业务网的数字通信设备,在既要保证通信质量又节省网络资源的前提下,是否都需要或怎样接入同步网是一个值得研究的问题。
同步网是电信网的一个支撑网,通信设备接入同步网后,其节点时钟跟踪于同步基准信号,从概念上讲,它同时也就成了同步网的一个“节点”。
因此,进行通信设备接入同步网的工程实施,就不单是一个孤立的设备连线问题,而是一个网络功能的延伸。
从事这项工作,不仅要了解通信网、业务网的组织情况,同时也需要对同步网相关部分的情况有一定的了解。
鉴于我国电信网上运行的通信设备品种繁多对同步要求不同和目前同步网节点设备(BITS)是从PDH电路获取上游基准参考信号的特点,本文件试图通过对各种不同业务网从信息处理方式和原理的角度,分析他们对同步的要求,在此基础上提出各种通信设备接入同步网的原则和方法。
目前SDH系统在电路中所占比重越来越大,利用SDH传递同步网定时信号已是十分迫切,引起了各方面的关注。
但SDH传定时链路的网络组织十分复杂,需要有周密的同步网路规划,而这样的规划是一项涉及面广泛,工作量很大的任务,既不是这个文件所研究的主题内容,也不是这个文件可以顺便交待得清楚的。
CDMA为了实现“软切换”功能,需要“时间同步”,目前我国已建的同步网还不能提供时间同步信号,因此本文件也未涉及CDMA的时间同步问题。
同时目前依靠GPS同步的CDMA系统,应当考虑到一旦GPS不可用时的通信安全问题。
目录
一、概述
二、各种通信设备的同步要求
三、各种通信设备的同步实施原则
四、PDH条件下的同步连接方法和措施
五、SDH条件下的同步连接方法和措施
六、同步连接方法总结和各业务网同步后的监测
附录A:
数字同步网网路结构和网上性能
附录B:
关于SDH网元应具有从支路速率STM-n获取定时的情况分析
一、概述
经过几年建设,全国数字同步网(包括骨干网和省内网)已基本建成陆续投产运行,对已接入同步网的部分业务网起了良好的同步支撑作用。
同步的好坏影响到全程全网质量,在信息业务高速发展的今天,有必要全面做好各通信设备的同步。
现有通信网业务种类很多,网上运行着许多不同功能的业务设备,如程控交换机SPC、7号信令转接点STP、数字数据网DDN、PDH传输设备、SDH传输设备,等等。
哪些设备不必同步?
哪些设备需要同步?
怎样实施同步?
针对以上问题和各地在做通信设备的同步实施中遇到的问题,我们提出了各种通信设备同步的原则和方法,并详细给出了一些设备同步连接的方式和具体措施。
这些原则、方法和措施基于如下考虑:
1)我国数字同步网为分区等级主从同步,网路结构详见附录A。
网络可靠性高,配置的各级BITS时钟均优于ITU-T对相应级别通信节点的时钟要求,同步网节点间有可靠网路获取定时参考信号。
因此各通信楼内的通信设备可以放心使用BITS供给的定时而不必过多顾虑时钟等级。
2)全国DC1和DC2局基本上已建有BITS,一些本地网也建有BITS。
全国范围的数字同步网已基本建成能正常发挥支撑作用。
3)有BITS的局站原则上由BITS供给定时信号。
但不提倡所有通信设备都由BITS供定时,要合理使用BITS容量,某些设备可以从其他方面获取定时而又能保证同步性能和可靠性时,就可以不从BITS供定时。
4)全国仍有不少的局站无BITS设备,特别是市话局。
这些局站的同步需要按业务网内主从同步的方式做连接。
5)目前,业务网内主从同步仍以PDH链路传定时为基础。
局间中继为SDH系统时,业务网内的同步较为困难和复杂,对此,本文件提出了一些初步的意见和办法,有待工程实践中总结改进。
二、各种通信设备的同步要求
2.1信息交换的分类和同步要求
在通信网中,信息交换可分为模拟交换和数字交换。
数字交换中又可分为电路交换和包交换两大类。
──模拟交换:
在两电路端口之间建立一条实在的物理电路,以此实现交换功能。
过去网上大量使用的模拟交换机即属此类性质,现在网上已无此类设备。
此类设备无须同步。
──电路交换:
数字化信息在设备内部进行时隙交换,交换前后需维持时隙一一对应关系。
这种交换方式称为“电路交换”。
目前广泛使用的程控交换机(包括具有N-ISDN功能的交换机)、数字交叉连接设备DXC1/0属此类性质的设备。
为避免2048Kb/s滑帧丢失信息,电路交换需要网上节点时钟同步,即常称为“网同步”,即节点时钟同步。
──包交换:
数字化信息在设备内部采用“信息包交换”方式,交换前后的一连串信息包相互间的时间关系相对松散甚至无关,设备各端口间无须时隙一一对应,速率也可以不同。
属于这类性质的设备有分组节点机(X.25)、帧中继节点机(FR)、ATM交换机。
一般的包交换设备从原理上讲不需要网同步。
但是,当这些设备以64Kb/s经PMUX(一次群复用器)传输时要与PMUX设备同步,以2048Kb/s经DXC1/0要与DXC1/0设备同步,以STM-n经SDH传输时要与SDH网同步,与其它具有电路交换性质的设备(如STP)相连时,要与对端设备同步。
这类同步与电路交换的网同步在性质上有所不同,本文件将它称为“端口同步”。
实现端口同步的方式可以是:
①在端口上环回定时;或者②以网同步方式去同步设备内部时钟。
NO.7信令网节点机STP从原理上也属于包交换性质设备,但STP整体功能中还有电路交换性质的功能。
因此,NO.7信令网情况特殊需要节点间同步,即网同步。
2.2数字传输系统的同步要求
当前的传输系统有两大类:
PDH、SDH。
──PDH:
准同步系列,复用节点间无须同步。
但一次群复用器PMUX(即把64Kb/s复用到2048Kb/s)和卫星电路传输的2048Kb/s电路就需要某种程度的同步。
·PMUX需要向64Kb/s用户提供定时,因此PMUX发收设备之间要同步。
当局内有PMUX间背对背连接(即64Kb/s连接)时,则同步要求也随之扩大。
·卫星电路的特点是漂动量很大(达550μs),地球站收端将收到的2048Kb/s信息缓存于大容量缓存器中,然后以标称2048Kb/s匀速率取走。
这个标称速率的获得也是一种同步。
──SDH:
同步数字系列。
SDH节点设备一般指TM、ADM、和DXC。
SDH节点间若同步运行,则无(或极少)指针调节,(指针调节会影响一些业务,如宽带信息业务、高质量电视业务等),随着同步的降低,指针调节频次增加,在一定频次内不会引起误码。
频次加大则:
①严重时引起误码;②抖动、漂动累积使输出业务不满足G.823要求;
因此,SDH系统需要网同步。
DXC4/4的端口速率和交叉连接速率全为STM-1,一般设置在传输枢纽站,扮演着向四面八方分配定时的重要角色,因此DXC4/4的同步也就成为是必要的了。
2.3DDN的同步要求
DDN是由DXC1/0节点构成的网,DXC1/0最高接口速率为2048Kb/s,内部交叉连接以64Kb/s进行。
DXC1/0本质上属于电路交换性质,相当于一种“半永久连接”交换机。
因此DDN网需要网同步。
2.4智能网(IN)的同步要求
智能网设备主要有SSP、SCP(一般内含有SDP)、和SMP三种。
SSP和SCP需由NO.7网沟通信息,NO.7的STP间需要2048Kb/s端口同步。
SMP与NO.7网无关,不存在同步需要。
SSP一般在原有程控交换机上增加功能模块实现,由程控交换机的网同步保证了SSP所需的端口同步。
SCP的端口同步一般以“端口环回定时”的方式实现,若SCP配有外同步口的也可采用网同步方式实现。
三、各种通信设备的同步实施原则
3.1同步目的
1)实现网络各节点间的同步,解决节点间由于频差和过量漂动而引起的滑帧问题和64Kb/s的滑码问题。
2)实现SDH节点同步,限制指针调整频次。
3)满足一些对定时有特殊需要的操作,如相位敏感的宽带视频业务、精密仪表的测量基准源,等等。
3.2同步实施原则
3.2.1PDH条件下的同步实施原则
(1)数字同步网是各业务网的同步平台,各业务网以此平台为基础实现业务网的同步。
(2)有两种方式可获得同步信号:
①从业务码流中获取;②由楼内BITS直接供给。
为减少实施麻烦并合理使用BITS容量,对那些可由BITS直供也可从业务中提取,且两种做法的优劣不明显的,应从2048Kb/s业务码流中提取。
例如,卫星电路的同步,会议电视网的同步等。
若同楼内存在多级交换机,上下级交换机又有电缆直连的局间中继,则应以高级局交换机同步于楼内BITS,低级局交换机从局间中继2048Kb/s码流中提取定时同步于高级局。
(3)对于某些重要性很高的特殊设备(如STP设备),当该设备所在大楼无BITS时,可以考虑从同一城市另一大楼的BITS接出2048Kb/s定时经PDH专线传输至该设备。
(4)直接由BITS供给同步的楼内通信设备应配有两个外同步口,分别接BITS两块输出卡的两路信号。
对个别只具有一个外同步口的通信设备,接BITS内部有1+1保护输出口信号。
当从BITS引接同步后,不宜再以业务码流为备用同步基准(SDH系统除外)。
BITS输出卡连接到业务设备的方式见图3.1。
本文涉及BITS供出定时的连接若无特别说明均表示以图3.1(b)形式给出,即每一线都代表BITS双卡供出(两个输出口)或1+1方式供出(1个输出口)
(5)由业务码流中提取同步信号的节点,应尽量从不同的物理路由上分别获取主、备用同步基准。
(6)我国采用2048kb/s和2048kHz两种信号作为我国同步网标准的接口信号,优先采用2048Kb/s。
2048kHz信号应符合G.703建议,2048kb/s信号应同时符合G.703和G.704建议。
(7)同步接口质量要求:
BITS直接供给的定时信号质量要满足G.812钟输出质量,各业务设备从业务码流获取的同步信号质量也要满足G.812钟对输入质量的要求。
(8)对输入定时信号的规定:
当以电缆连接BITS输出至业务设备的同步输入时,BITS输出至业务设备输入间的传输衰减为:
对2048kb/s信号在1024kHz频率点不应大于6dB;对2048kHz信号在2048kHz频率点不应大于6dB,参见图3.2。
(9)数字同步网与各业务网的同步连接接口界面在楼内同步专用DDF上,即DDF至BITS段由同步网负责,DDF至业务设备段由相应业务网负责。
特殊情况下(例如,DDF端口阻抗与业务设备阻抗不同)可以允许直接从BITS连线至业务设备而不经过DDF,此情况下的接口界面在BITS输出端口处。
(10)BITS直接向各业务网提供的同步信号的性能和安全可靠性由数字同步网保证。
在无BITS的地方各业务网一般以网内主从同步解决,此情况下的同步性能和安全可靠性(特别是业务网内避免定时自环)由各业务网保证。
(11)目前网上运行着的业务种类繁多,其通信设备的同步功能各异,在做同步联网过程中对具体设备要弄清操作方法,必要时请设备厂家给以配合。
(12)为了充分利用BITS的监测能力,各业务网在实现同步后应维护好本业务网的网内同步。
可以利用数字同步网BITS中多余的监测端口来监测一些重要通信设备的同步情况,为此,在做同步连接时,应把局内重要的通信设备反馈信号给BITS监测。
应接入监测的通信设备可以是:
长途交换机TSPC、信令转接点STP和SDXC。
3.2.2SDH条件下的同步实施原则
(1)SDH系统有自己的特殊性,SDH的同步较为复杂。
主要以STM-N作为SDH网内定时分配方式并以SSM信息防止定时自环。
SDH系统的基本同步方法见本文件4.9节:
SDH系统的同步连接方法。
(2)“从2048Kb/s业务码流获取同步”主要适用于PDH环境,当此链路经由SDH传输则应谨慎判别能否采用。
可参阅本文件第五部份“SDH条件下的业务网同步方法”。
除此之外,3.2.1条下的同步实施原则在SDH条件下同样适用。
图3.1由BITS供给楼内业务设备的连接方法
≤6dB(1024KHz频点)
BITS
业务设备
业务设备
2048Kb/s
2048KHz
图3.2局内定时连接传输衰减示意图
DDF
≤6dB(2048KHz频点)
四、PDH条件下的同步连接方法和措施
4.1程控交换网的同步连接方法和措施
现在的公用电话交换网(PSTN)和窄带综合业务数字网(N-ISDN)都是窄带电路交换。
在程控交换机SPC上以时隙交叉连接实现交换功能,需要全网各交换节点同步运行。
1)同步连接方式
长途交换节点从楼内BITS取得同步,其它端局和远端模块局和未设BITS的汇接局原则上采用“业务网内主从同步”的方法,即从业务码流中获取同步基准信号。
同步连接例子如图4.1所示。
DDF
同步网
图4.1交换局同步连接例子
2)SPC无外同步口情况下的连接方法
我国引进的交换机绝大部份制式在结构上都可配置2048KHz外同步口接受外同步信号。
但是当时并未考虑同步需要,极少设备配置外同步接口卡板。
在SPC无适当外同步口又需由BITS提供同步信号时最简单易行的办法为:
程控交换机拿出两个中继端口DTM作为接收BITS信号专用,即BITS供出2048Kb/s同步信号连接至同步专用DTM,如图4.2所示。
这种连接方法可以适用于各种制式的交换机,缺点是浪费了两个DTM的话务中继功能。
在由BITS提供外同步信号的地方,新装交换机最好配上外同步口,外同步口为2048Kb/s,也可以采用2048KHz。
2048Kb/s(单路)
BITS
DTM
DTM
SPC
2048Kb/s(单路)
图4.2以DTM作为外同步口
3)S1240的同步连接
S1240是我国广泛使用的交换机,它外同步连接可以有图4.3几种方法。
2048Kb/s(单路
BITS
DTM
BA21
BA27
DTM
BA21
BA27
BA08
BA14
BA20
BA26
钟卡
(1C)
BA08
BA14
BA20
BA26
钟卡
(1D)
2048KHz
(G.703)
S1240
(a)
卡A
卡B
2048Kb/s
卡B
(c)
图4.3(a)是占用DTM的做法,图4.3(b)的SCDA卡是上海贝尔公司近来开发出来的,可从厂家购置装于交换机的EJ01、JB00和JJ00机架的CLTD空槽位,形成工程上易操作的外同步口。
图4.3(c)的方法不用任何接口部件而把BITS信号以交换机内模块间布线的同等方式直接接到交换机时钟模块上。
由于这种接法以机外连接代替机内布线且对4路信号的相位一致性要求很高,故不推荐这种方式。
建议在同步实施中优先采用图4.3(a)、(b)的接法。
4)多级交换机共处同一大楼的同步连接方法
楼内若存在多个交换机,且交换机间以楼内电缆为中继连接,则最高级局交换机直接同步于BITS,其他各低级局交换机依次以主从同步方式从2048Kb/s中继中提取定时同步于该高级局交换机,如图4.4。
由于是楼内主从同步,其同步质量和同步可靠性都有保证。
此方式可以减少同步实施的复杂性,且节省BITS容量。
BITS
DC2
DC1
LS
TM
BITS
DC2
DC1
LS
TM
(a)
(b)
图例:
局内电缆直连
电缆直连供定时
中继业务码流获取定时
图4.4楼内多级交换机的同步接法例子
4.2ATM、帧中继(FR)和分组交接(X.25)的同步方法
ATM、FR、X.25都属于包交换性质,原理上无须节点间同步。
但是,这些设备与传输系统相连,则要满足传输接口同步要求。
如果分组交换设备以64Kb/s速率与PCM传输设备接口,则必须接受PCM的端口同步。
图4.5示出分组节点设备与PCM复用设备间的一种端口同步方法,即以64Kb/s同向接口接受PCM的定时并环回给PCM。
这里无须单独做什么同步连接,这样的同步关系应是在建立分组节点之初就正确设立的。
当ATM(或帧中继FR)以STM-1(或STM-n)与SDH接口时,须做端口同步。
一般做法是使ATM(或FR)在STM-1端口上环回定时。
当ATM(或FR)以PDH端口(例如34Mb/s)与传输系统接口时,则无须做端口同步。
当ATM(或FR)节点机之间2048Kb/s中继电路经过DXC1/0设备连接时,则须做端口同步。
可以用“网同步”的方式解决,也可以仅在2048Kb/s端口环回定时。
2048Kb/s
2048Kb/s
PCM
分
组
节
点
机
PCM
64Kb/s
64Kb/s
64Kb/s
图4.5分组节点各端口与PCM的同步
4.37号信令STP节点的同步连接方法和措施
7号信令系统为电话网的接续服务,也为移动通信和智能网的信息转接服务,是一种特殊业务的数据网,本质上属于包交换性质,从这一角度看,可以不要同步。
但是,由SP(信令点)和HSTP(信令转接点)构成的7号信令网有如下特点:
1)大量的SP属于交换机内模块,使这些SP处于同步状态;
2)非独立型的STP点与交换机共一设备,使这些STP处于同步状态;
3)大量的独立型STP是以程控交换机硬件为基础发展而来的,依然带有“电路交换”的性质,例如仍然有64Kb/s半永久连接的功能。
4)7号信令网以64Kb/s为一条信令链路,使之2048Kb/s接口仍需帧结构、帧缓冲器,再加上同时为话务信道做半永久连接,因此,STP节点设备同时具有“包交换”和“电路交换”功能。
5)STP常以2048Kb/s与DXC1/0相连,由DXC1/0分配各64Kb/S信令信道的方向。
这样,STP必须与DXC1/0同步以消除滑码。
所以具有以上特点的STP设备需要网同步。
需要网同步的STP的同步方法与SPC交换机一样,其局内同步连接例子见图4.6。
由于7号信令网的重要性,STP点拟直接由楼内BITS供给同步信号,并返回信号供BITS监测.
图4.6STP节点上相关设备的同步连接
监测
注:
1.DXC节点也可不用BITS供给定时而从与HSTP2048Kb/s链路中获取
2.BITS一般供出定时给SDH最高速率的设备(如STM-16),由高速率设备带动低速率设备同步,参见图4.17。
加拿大北电公司生产的独立型STP是另外一类STP,该类STP属于纯包交换操作,以64Kb/s与外界相连,不存在半永久连接等电路交换功能。
因此该类STP与分组交换节点机相似,仅要求端口同步。
关于端口同步的方法见4.2节图4.5。
4.4DDN的同步方法
DDN网是一个由网管控制的以64Kb/s信道交叉连接的一个数据业务网,它本质上是电路交换型网络,与程控交换网类似,也需要节点间同步,而且因为主要业务是数据,对同步问题较为敏感。
DDN骨干网节点内分为核心层和接入层两类设备,核心层是DACSII设备,接入层是N3600设备。
DACSII设备一般配有2048Kb/s外同步口,在有BITS的局应从BITS连接两路外同步信号。
N3600一般配有2048KHz外同步口,可以接外同步信号。
骨干网中N3600与DACSII同处一楼时,二者的中继为局内电缆连接,共同组成一个网路节点,因此N3600应从本节点DACSII来的中继码流中获取同步,如图4.7所示。
图4.7DDN节点内设备间的同步
局站内若无BITS,DACSII可以从上级局(或同级局)经PDH传来的2048Kb/s中继上提取定时,实现DDN网内节点间主从同步。
这种情况下,DDN网的网络管理者要有网内同步规划和路由组织安排,以获得良好的同步性能和避免定时自环。
4.5PMUX、PCM的同步方法
PMUX是指由若干个64Kb/s数据信道复用成2048Kb/s速率的设备。
过去使用的PCM主要是传模拟话音,以模拟音频接口把话音编码后合成2048Kb/s传输,无同步要求,也没关注到PCM中预留的个别64Kb/s数据信道的同步需要。
现在PMUX设备中已接纳了较多的数据专线用户,应注意PMUX间的同步问题。
不同于2M-8M-34M-140M的PDH准同步复接,64Kb/s到2048Kb/s的复接是完全的同步复接,64Kb/sX32路=2048Kb/s。
因此支路64Kb/s一定要与集合速率2048Kb/s同步,否则用户送出的数据在传输设备PMUX中就造成滑码。
图4.8是一对PMUX和它们的用户的同步关系。
64Kb/s
图4.8PMUX和用户的同步关系
PMUX
PMUX
用户
64Kb/s
用户
外同步
A
B
2048Kb/s
图4.8所示的同步关系是以A局的PMUX为主钟形成的。
A局时钟可以独立运行。
但是,当2048Kb/s电路的传输环境变化之后(例如,插入有DXC1/0设备),同步关系就应另外考虑了。
当DXC1/0介入2048Kb/s链路中,DXC1/0以自已的时钟对通过的2048Kb/s“重定时”,使得B局PMUX跟踪着的是DXC1/0的时钟而不再跟踪A局PMUX时钟,造成A、B局失步引起2048Kb/s滑帧。
所以有DXC1/0介入之后,要调整PMUX系统的原有同步关系,即A局PMUX时钟不再允许独立运行,需与DXC1/0同步,即与整个网络同步。
调整后的同步例子如图4.9。
DXC1/0
如图所示,DXC1/0具有多个方向多条2048Kb/s链路,所以应由BITS供给定时,而两端的PMUX设备应从业务码流获取定时,因为定时与业务同一通道,若通道中断则业务电路也同时中断,对业务的应用来说,这样做法的定时可靠性是可以保证的。
80年代用得较多的专线PCM设备中一般拿出1~2路开64Kb/s数据。
与PMUX一样,有数据信道的PCM设备也应按PMUX的方式做好同步连接。
4.6卫星电路的同步方法
我国卫星通路系统有TDMA、IDR和VSAT等几种,其中IDR和VSAT是以modem调制形成地球站之间(经卫星)的传输电路,不存在站与站间的严格同步要求;TDMA系统各站需严格的同步,但都是以接收并跟踪主控站的信号来达到各站间的同步,大量的非主控站并不需要外同步源。
因此TDMA、IDR和VSAT等地球站一般都不需要外同步信号。
但是,卫星地球站与地面进城电路之间存在2048Kb/s链路的同步需要。
这是因为卫星电路的日漂动很大(达550μs),地球站要将此漂动经由一个大容量的缓冲器吸收掉,然后再平稳送往用户(例如SPC交换机),这个2048Kb/s必须按用户(SPC交换机)速率送往用户。
卫星地球站只需从用户端来的2048Kb/s中环路定时即可完成端口同步,无须外定时供给,如图4.10。
同步网
缓冲
缓冲
同步信号
图4.10卫星电路的同步
2048Kb/s
SPC
2048Kb/s
SPC
注意,经卫星电路连接的SPC间应通过同步网另行解决二者的同步问题,否则二者卫星电路间仍会产生滑码。
4.7移动通信网的同步方法
1)模拟A网、B网
模拟移动网分为A网和B网,对应于莫托罗拉设备和爱立信设备。
模拟移动网的主要设备是交换机MSC和基站BTS。
MSC和BTS之间为0.3~3.4KHz模拟信号,无须同步,MSC之间、MSC与程控电话交换机之间是2048Kb/s中继,需要同步。
由于MSC也是一种程控交换机,因此MSC的同步方法与一般的电话程控交换机的同步方法完全一样。
2)GSM网
GSM是全球标准化的一种数字移动通信网制式,GSM网的典
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