СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК H04L12/00 H04L7/00 H04J3/06 

Изобретение относится к области синхронизации телекоммуникационных сетей, а именно к системам построения тактовой сетевой синхронизации, имеющим иерархическую структуру, с принудительной синхронизацией по принципу “ведущий-ведомый”.

Известен способ синхронизации сети синхронной цифровой иерархии. (Патент ЕР 0910189, кл. H 04 J 3 3/06, H 04 J 3/14. 1999).

Способ заключается в том, что сигнал синхронизации передают от узла к узлу и маркируют его в каждом узле данными, идентифицирующими этот узел. Для синхронизации данного узла сигнал синхронизации используют только в случае, если он еще не проходил его, а также если число узлов, через которые прошел сигнал синхронизации, не превышает определенное число.

Недостатком такого способа является относительно низкое качество сигналов синхронизации (Толкование терминов, используемых в описании заявки на изобретение, приведено в Приложении 1), что обусловлено использованием для передачи сигналов синхронизации маршрутов, включающих линии связи, обладающие параметрами с более низкими показателями из числа имеющихся линий в системе связи.

Известен также способ построения иерархической системы синхронизации, реализуемый по патенту US 6185216, кл. H 04 Q 7/280, 2001.

Способ заключается в том, что сигналы синхронизации передают от узла к узлу, снабжая их уникальным кодом узла, передающего сигнал синхронизации, и сообщением, указывающим уровень качества генератора данного узла. Сигнал синхронизации, пришедший на узел, используют для синхронизации генератора только в случаях, если его уникальный код не совпадает с кодом, включенным в принятый сигнал, или если уровень качества полученного сигнала ниже уровня качества сигнала, полученного по другому входу синхронизации на данном узле.

Недостатком такого способа является также относительно невысокое качество сигналов синхронизации. Это вызвано тем, что при возникновении ошибок в сопроводительных сообщениях, идентифицирующих маршрут прохождения сигнала синхронизации, возможно возникновение замкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации, а также накопление фазовых блужданий, больших допустимой нормы.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ синхронизации телекоммуникационной сети по патенту US 6317475, кл. H 04 L 7/00, опубликованный 13.11.2001.

Способ-прототип заключается в том, что размещают генераторы сигналов синхронизации, имеющие различные уровни иерархии качества генерируемых сигналов синхронизации, формируют незамкнутые маршруты передачи сигналов синхронизации, образующих систему синхронизации, для которой первичным генератором сигналов синхронизации является один из генераторов системы синхронизации, имеющий наивысший уровень иерархии качества, выбирают наилучший маршрут по рассчитанному идентификатору, определяют приоритеты для входов узлов и направления распространения сигналов синхронизации, выбирают источник сигнала синхронизации, следующий по качеству за первичным генератором, находят маршруты от выбранного узла до уже существующей части системы и дополнительно рассчитывают идентификаторы для этих маршрутов, из которых включают наилучший маршрут в систему синхронизации, определяют возможности установления замкнутого маршрута, если нет незамкнутого, рассчитывают идентификаторы для найденных замкнутых маршрутов, выбирают из них маршрут с наилучшим идентификатором, после чего сигналы синхронизации передают на все узлы связи по системе синхронизации.

Известный способ-прототип частично устраняет недостатки аналогов, касающиеся снижения качества сигналов синхронизации, что обусловлено введением приоритетов качества сигналов синхронизации. Это позволяет по сравнению с известными способами синхронизации сети связи использовать сигнал более высокого качества.

Однако указанный способ-прототип имеет недостатки:

относительно невысокое качество сигналов синхронизации при существенном усложнении структуры системы синхронизации;

требует дополнительных ресурсов пропускной способности и дополнительного оборудования с тем, чтобы хранить таблицы приоритетов на каждом узле и обновлять их в случае возникновения изменений в сети.

Целью данного изобретения является разработка способа синхронизации сети связи, обеспечивающего повышение качества сигналов синхронизации и снижение ресурсов пропускной способности и оборудования, необходимых для функционирования системы синхронизации за счет формирования всей совокупности незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации и выбора из их числа маршрута, обладающего наилучшими показателями качества.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе синхронизации сети связи предварительно на узлах связи, входящих в структуру сети связи, размещают генераторы сигналов синхронизации, имеющие n≥1 уровни иерархии качества генерируемых ими сигналов синхронизации, формируют совокупность незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации, образующих систему синхронизации, для которой первичным генератором сигналов синхронизации является один из генераторов системы синхронизации, имеющий наивысший уровень иерархии качества, после чего сигналы синхронизации передают на все узлы связи по системе синхронизации, в качестве незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации выбирают N остовных деревьев сети связи. Каждое из остовных деревьев состоит из ребер, проходящих от его корневой вершины. Корневые вершины всех остовных деревьев расположены в месте установки первичного генератора сигналов синхронизации. Затем для каждого остовного дерева вычисляют общую протяженность его ребер L_i наибольшее число узлов связи n_imах в одном из его маршрутов и коэффициент качества используемых маршрутов h_i. После этого всю совокупность остовных деревьев упорядочивают по значениям L_i, n_imах, h_i. Затем вычисляют в каждой упорядоченной группе остовных деревьев частные показатели качества соответственно: длины k_Li, числа узлов связи k_ni и используемых линий k_hi. По полученным значениям частных показателей качества рассчитывают интегральный показатель качества kΣ для каждого остовного дерева по формуле kΣ_i=k_Li+k_ni+k_hi. После этого остовные деревья ранжируют по величине kΣ и затем выбирают для передачи сигналов синхронизации остовное дерево с наименьшим значением kΣ. Число остовных деревьев N вычисляют по формуле:

В₀=М×К - матрица инциденций сети связи, где М=М_р-1, К - соответственно число строк и столбцов матрицы, а М_р - число строк исходной матрицы инциденций;

BT0

Для графа сети связи строят все остовные деревья (ОД). Порядок и принципы построения ОД для графа сети связи известен (см., например, Кристофидес Н. Теория графов: Алгоритмический подход. Пер. с англ. - М.: Мир, 1978.- 432 с.).

Частный показатель k_Li для i-го остовного дерева вычисляют по формуле k_Li=L_i/L_max, где L_max - наибольшая протяженность ребер из всех L_i.

Частный показатель k_ni для i-го остовного дерева вычисляют по формуле k_ni=n_imах/n_mах, где n_mах - наибольшее значение из всех, n_imax.

Частный показатель k_hi i-го остовного дерева вычисляют по формуле k_hi=h_i/h_mах, где h_max - наибольшее численное значение из всех h_i.

Новая совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что система синхронизации создана как единая древовидная структура с определенными для каждого маршрута передачи сигналов синхронизации частными показателями качества, дает основание для реконфигурации системы синхронизации без использования таблиц приоритетов и сообщений о статусе источников синхронизации и существенно упрощает структуру системы синхронизации, обеспечивающую доставку сигналов синхронизации требуемого уровня качества для всех узлов сети связи без ее структурного усложнения при минимальном расходовании ресурса пропускной способности сети связи.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что в известных источниках информации аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности “новизна”.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”. Заявленный способ поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - общая структура сети связи;

на фиг.2 - вариант построения сети связи, для которой формируют систему синхронизации;

на фиг.3 - совокупность остовных деревьев графа сети связи;

на фиг.4 - таблица расчета частного показателя качества k_Li;

на фиг.5 - таблица расчета частного показателя качества k_ni;

на фиг.6 - таблица расчета частного показателя качества k_hi;

на фиг.7 - таблица расчета интегрального показателя качества kΣ и ранжирования ОД.

Заявленный способ синхронизации сети связи реализуется следующим образом.

Известно, что система тактовой сетевой синхронизации цифровой сети служит для установления и поддержания определенного значения тактовой частоты цифровых сигналов, которые предназначены для цифровой коммутации, цифрового транзита и синхронного объединения цифровых сигналов с тем, чтобы временные соотношения между этими сигналами не выходили за определенные пределы.

Для синхронизации в сети необходим наилучший источник синхронизации -тактовый генератор, или таймер, для всех узлов сети. При этом необходимо иметь не только высокоточный тактовый генератор, но и надежную систему передачи синхронизирующего сигнала на все узлы сети, т.е. систему синхронизации.

Так сеть связи (см. фиг.1) в общем виде включает узлы связи 1 с установленными на них генераторами сигналов синхронизации 2, линии сети связи 4, линии системы синхронизации 5. Физически сигналы синхронизации передают по линиям сети связи, по которым передают информационные сигналы, т.е. линии (пунктир) передачи сигналов синхронизации обозначены условно. Для сети связи на основе известного метода (см., например, Фрэнк Г., Фриш И. Сети, связь и потоки. Пер. с англ. / Под ред. Д.А.Поспелова. - М.: Связь, 1978. - 448 с.) определяют наиболее центрально расположенный узел (на фиг.1 - УС 3). В анализируемом примере он один. На нем размещают первичный генератор сигналов синхронизации, имеющий наивысший уровень (n=1) иерархии качества генерируемых сигналов 3. Генераторы, имеющие другие степени иерархии качества (на фиг.2 n=2 и n=3), устанавливают на других узлах связи 2.

Последовательность действий заявленного способа ниже рассмотрена на варианте системы связи, показанной на фиг.2. Сеть связи включает четыре узла связи УС1 - УС4. Первичный генератор с уровнем иерархии качества n=1 размещен на УС2, а используемые линии связи включают:

линии волоконно-оптической связи (протяженностью L₁ и L₂);

радиорелейной связи - L₄,

проводной связи - с симметричным (Z/з) и коаксиальным (Ls) кабелями связи.

Заявленный способ синхронизации сети связи основан на структурировании совокупности остовных деревьев (ОД), вершины которых находятся на узле связи, где размещен первичный генератор (в рассматриваемом примере на УС 2 (фиг.2)). С учетом известной теории графов (см., например, Кристофидес Н. Теория графов: Алгоритмический подход. Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 432 с.) для рассматриваемой сети предварительно строят совокупность ОД (на фиг.3 ОД₁ - ОД₈). В каждом ОД выделены корневая вершина (на фиг.3 обозначена жирной точкой) и ребра. Каждое ребро любого ОД - это участок линии связи между примыкающими узлами связи. При этом маршрут может состоять из одного (например, ОД₅, фиг.3) или совокупности (например, ОД₁, фиг.3) последовательно включенных ребер так, что последнее ребро оказывается незамкнутым (с висячей вершиной).

Общее число ОД может быть определено различными методами. В заявленном способе общее число ОД находят с использованием матрицы инциденций. Для этого составляют матрицу инциденций графа рассматриваемого варианта (фиг.2) сети связи. Число строк такой матрицы равно числу узлов графа сети связи, а число столбцов - числу ребер. При этом если ребро инциденций узлу (т.е. ребро подключено к этому узлу связи), то на пересечении данного столбца матрицы и строки записывают “1”, в противном случае - “0”.

Для рассматриваемого графа сети связи матрица инциденций имеет вид:

Далее, удаляя любую строку матрицы, например, строку 1, получают матрицу b₀ и транспонированную к ней BT0

Порядок получения транспонированной матрицы известен и описан (см, например, Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1977 г.

Число ОД получают путем произведения матриц b₀ и BT0

Построение маршрутов доставки сигналов синхронизации на основе остовных деревьев обеспечивает их незамкнутость, т.е. исключает неприемлемые в системе синхронизации замкнутые маршруты.

Для обоснования и объективного выбора маршрута, обеспечивающего наилучшее из всех маршрутов качество, далее находят совокупность частных показателей их качества.

Одним из показателей качества маршрута передачи сигналов синхронизации является его протяженность. Для оценки остовного дерева по данному показателю рассчитывают общую протяженность его ребер. В рассматриваемом примере длины ребер принимают в условных, относительных, безразмерных единицах. Причем относительная длина тем больше, чем протяженнее физическая длина ребра. В рассматриваемом примере принято: L₁=1, L₂=4, L₃,=2, L₄=4, L₅=5 (фиг.4). Так, например, для ОД 1 сумма длин входящих в него ребер равна 11. Это наибольшее и, следовательно, худшее значение из всех ОД. Затем все показатели, полученные для других остовных деревьев, нормируют относительно этого наихудшего значения по формуле k_Li=L_i/L_max, где L_max - наибольшая (наихудшая) протяженность ребер в ОД]. Вычисленные нормированные значения k_Li, представленные на фиг.4-б, дают основания для ранжирования всех ОД по частному показателю качества k_Li (фиг.4-а).

Качество маршрута, используемого для передачи сигналов синхронизации, определяют также числом узлов, содержащихся от корневого узла до оконечного в маршруте передачи сигналов синхронизации. В связи с этим в каждом остовном дереве выбирают маршрут, содержащий наибольшее число узлов (т.е. наихудший по данному показателю маршрут). Так, например, для ОД 1 таким является следующий маршрут УС2 - УС4 - УС3 - УС1 (фиг.5а). Этот маршрут содержит четыре узла связи. Это максимальный результат для всей совокупности ОД. Аналогичным образом выбирают маршруты, содержащие максимальное число узлов для каждого остовного дерева. Затем все показатели, полученные для других остовных деревьев, нормируют относительно наихудшего значения по формуле k_nj=n_imax/n_mах, где n_mах - максимальное значение числа узлов в маршруте ОД] (n_mах=4). Вычисленные нормированные значения k_ni, представленные на фиг.5-б, дают основания для ранжирования всех ОД по частному показателю качества k_Li (фиг.5-а).

Далее для учета качества используемых типов линий связи (волоконно-оптические, проводные или радиорелейные) вычисляют третий частный показатель качества k_h.

Для этого предварительно вычисляют показатель качества h всех входящих в ОД ребер (фиг.6). С учетом того, что наиболее высококачественной являются линии оптической связи, им присвоен наивысший показатель качества (h=1). Наихудшими по ряду показателей (в т.ч. помехозащищенности) являются радиорелейные линии связи. Поэтому для нее принят показатель качества h=4. Для коаксиальной и симметричной кабельных линий связи приняты соответственно h=2 и h=3 (см. фиг.6).

С учетом указанных показателей рассчитывают качество всех маршрутов, входящих в остовное дерево (см. фиг.6-б). Так, например, ОД1 содержит следующие маршруты:

1: УС2 - УС4 - УС3 - УС1;

2: УС2 - УС4;

3: УС2 - УС4 - УС3.

Эти маршруты включают в себя ребра с симметричным кабелем (L₃), с коаксиальным кабелем (L₅) и радиорелейную линию (L₄). С учетом указанных выше показателей для этих линий значение h данных маршрутов ОД₁ равно 10. Аналогично вычисляют частные показатели остальных маршрутов для всех ОД, которые сведены в таблицу (фиг.6-б). Наихудший показатель h_min=10 имеет ОД 1. Поэтому все показатели, полученные для других остовных деревьев, нормируют к h_min. Вычисленные нормированные значения k_hi, представленные на фиг.6-б, дают основания для ранжирования всех ОД по качеству используемых линий (фиг.6-а).

Таким образом, вычисленные частные показатели качества всесторонне учитывают все параметры, влияющие на качество передачи сигналов синхронизации.

Эти показатели дают основание для объективной интегральной оценки качества всех ОД, которая определяется интегральным показателем качества kΣ, рассчитываемым по формуле kΣ_i=k_Li+k_ni+k_hi.

Полученные результаты kΣ всех ОД сведены в таблицу на фиг.7-а и ранжированы (фиг.7-б).

Таким образом, полученные данные являются основанием для выбора наилучшего (т.е. с минимальным численным значением kΣ) ОД, обеспечивающего наивысшее качество передачи сигналов синхронизации в данных условиях функционирования сети связи. В рассмотренном примере лучшим является маршрут ОД₅.

В случае выхода из строя отдельных элементов в выбранном маршруте передачи сигналов синхронизации производят переход на следующий по качеству маршрут ОД₆, затем на ОД₆ и т.д.

При использовании заявленного способа синхронизации обеспечивается при любых условиях функционирования сети связи передача сигналов синхронизации по маршрутам наилучшего качества, т.е. реализуется сформулированная цель создания заявленного способа.

Изобретение относится к области синхронизации телекоммуникационных сетей, а именно к системам построения тактовой сетевой синхронизации, имеющим иерархическую структуру, с принудительной синхронизацией по принципу “ведущий-ведомый”. Технический результат - повышение качества сигналов синхронизации и снижение ресурсов пропускной способности и оборудования, необходимых для функционирования системы синхронизации за счет формирования всей совокупности незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации и выбора из их числа маршрута, обладающего наилучшими показателями качества. Для этого в заявленном способе реализуется формирование совокупности незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации, образующих систему синхронизации. Новая совокупность существенных признаков заключается в том, что система синхронизации создается как единая древовидная структура с определенными для каждого маршрута передачи сигналов синхронизации частными показателями качества, что дает основание для реконфигурации системы синхронизации без использования таблиц приоритетов и сообщений о статусе источников синхронизации и существенно упрощает структуру системы синхронизации, обеспечивающую доставку сигналов синхронизации требуемого уровня качества для всех узлов сети связи, без ее структурного усложнения при минимальном расходовании ресурса пропускной способности сети связи. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ синхронизации сети связи, заключающийся в том, что предварительно на узлах связи, входящих в структуру сети связи, размещают генераторы сигналов синхронизации, имеющие n≥1 уровни иерархии качества генерируемых ими сигналов синхронизации, формируют совокупность незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации, образующих систему синхронизации, для которой первичным генератором сигналов синхронизации является один из генераторов системы синхронизации, имеющий наивысший уровень иерархии качества, после чего сигналы синхронизации передают на все узлы связи по системе синхронизации, отличающийся тем, что в качестве незамкнутых маршрутов передачи сигналов синхронизации выбирают N остовных деревьев графа сети связи, каждое из которых состоит из ребер, проходящих от его корневой вершины, причем корневые вершины всех остовных деревьев расположены в месте установки первичного генератора сигналов синхронизации, затем для i-го остовного дерева, где i=1, 2, ..., N, вычисляют общую протяженность его ребер L_i, наибольшее число узлов связи n_{i mах} в одном из его маршрутов и коэффициент качества используемых маршрутов h_i, после чего, всю совокупность остовных деревьев упорядочивают по значениям L_i, n_imах, h_i, вычисляют в каждой упорядоченной группе остовных деревьев частные показатели качества соответственно длины k_Li, числа узлов связи k_ni и используемых линий k_hi, по значениям которых рассчитывают интегральный показатель качества kΣ i-го остовного дерева по формуле kΣ_i=k_Li+k_ni+k_hi, ранжируют остовные деревья по величине kΣ, затем выбирают для передачи сигналов синхронизации остовное дерево с наименьшим значением kΣ. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число N остовных деревьев вычисляют по формуле

B₀=M×K - матрица инциденций сети связи, где М=М_р-1, К - соответственно число строк и столбцов матрицы, а М_р - число строк исходной матрицы инциденций; - транспонированная матрица к В₀.