Поделиться
Синхронизация в сетях нового поколения: три пути решения проблем
Основная проблема в транспортных сетях нового поколения - то, что технология Ethernet изначально проектировалась для локальных вычислительных сетей и никогда не была предназначена для передачи сигналов синхронизации. В сетях с коммутацией каналов в последние десятилетия как транспортная среда доминирует технология синхронной цифровой иерархии (SDH), в ее основу заложена передача синхросигналов. Но даже эта надежная и хорошо себя зарекомендовавшая технология не отвечает требованиям современных приложений.В целом принципы синхронизации призваны обеспечить работу цифровых систем сети в единых временных интервалах. Сбои в синхронизации всегда приводили к снижению качества предоставляемых услуг. В статье рассматриваются три метода организации передачи синхронизации в пакетных сетях нового поколения: частотная, фазовая и временная. Данная тема актуальна, так как на основе транспортной пакетной сети появляется все больше сервисов, критичных к строгим нормам по синхронизации.
Сравнение трех видов синхронизации
Частотная подразумевает, что у всех элементов сети значащие моменты соответствуют одной и той же средней частоте. В развитие этой идеи можно предположить, что частоты всех сетевых элементов равны в точности до фазы. Это называется фазовой синхронизацией, и добиться ее в жизни обычно сложнее, чем представить. И следующее, еще более строгое требование – привязать фазу к какой-то временной шкале. На практике обычно используют шкалу всемирного координированного времени (UTC), не привязанную к вращению Земли, а соотносящую с атомным стандартом времени.
Требование по синхронизации в современных сетях
До недавнего времени потребности в синхронизации по фазе и времени в сетях связи не было, поэтому транспортные сети SDH проектировались только с требованием передачи частоты. Строгих требований, изложенных в рекомендациях G.810, G.811, G.812, G.813, хватало на реализацию любых существующих на тот момент сервисов. Широкое распространение сети CDMA стандарта мобильных сетей, в котором, кроме частотного мультиплексирования (FDD), используется и временное (TDD), а так же специальные способы кодирования, открыли пути широкого использования и фазово-временной синхронизации на сетях электросвязи.
Следует отметить, что передача синхросигнала любого типа осуществляется с некоторой точностью, которая должна подчиняться требованиям технологий новых сервисов или нормативным документам. Таким образом, требования к синхронизации определяются в итоге приложениями и сервисами, которые предоставляются операторами связи, но транспортная сеть должна иметь возможность удовлетворить все потребности и соответствовать даже очень строгим нормам. В таблице представлены разные сетевые элементы, используемые для разных приложений, и соответствующие требования по синхронизации.
Нормы синхронизации для современных сетевых технологий
| Сетевой элемент | Нормы по частотной синхронизации | Нормы по фазовой синхронизации |
| cdma2000 BS | 5*e-8 | 3 мкс |
| GSM | 5*e-8 | - |
| UMTS-TDD BS | 5*e-8 | 1,25 мкс |
| UMTS-FDD BS | 5*e-8 | - |
| WiMax BS | 5*e-8 | 1 мкс* |
| LTE BS | 5*e-8** | 1 мкс** |
| APON/GPON OLT | 1*e-11 | - |
| SDH/SONET, ATM | 1*e-11 | - |
** - некоторые сервисы, предоставляемые в сети LTE, требуют более строгих норм - как по частотной, так и по фазовой синхронизации.
Как видно из таблицы, нормы по синхронизации достаточно строгие. На рисунке ниже показаны типовые примеры: имеется транспортная сеть мобильного оператора, сеть доступа PON или оператор кабельного телевидения. Встает вопрос о распространении синхронизации через транспортную среду Ethernet.
Пример типовой сети оператора
Сегодня можно сказать о трех способах решения этой проблемы - с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), стандарта Sync Ethernet или протокола PTP. Хотя каждому методу может быть посвящена отдельная статья, вкратце остановимся на них и рассмотрим каждый метод на типовом примере bakhaul сети мобильного оператора. Другие примеры идентичны и не нуждаются в дополнительных пояснениях.
Использование глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS)
По сути, используя GNSS, мы строим распределенную систему тактовой сетевой синхронизации. Каждая базовая станция и контроллеры базовых стаций имеют приемник GNSS. Из передаваемой информации о времени приемник может получить синхросигнал, который удовлетворяет всем самым строгим требованиям, причем как для частотной, так и для фазово-временной синхронизации. К преимуществам метода можно отнести и то, что метод достаточно старый, и, следовательно, на рынке представлены различные модели приемников разных производителей. Помимо приемников, работающих с американской системой определения местоположения GPS, сейчас все большее распространение получают устройства, поддерживающие и ГЛОНАСС.
Типовая схема синхронизации с использованием GNSS
В ближайшем будущем появятся также китайская и европейская системы. Поэтому метод GNSS не будет сильно зависеть от политической обстановки или военных конфликтов (что важно, т.к. все системы используются для военных нужд). К недостаткам можно отнести обязательное использование антенны и то, что система не может работать в закрытых помещениях. Кроме того, резервирование может быть осуществлено только установкой двух приемников на каждую базовую станцию, что удорожает решение.
Короткая ссылка
