СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ВЕДОМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2022 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к области телекоммуникационных сетей связи, в частности, к системе тактовой сетевой синхронизации.

Для удобства описания системы синхронизации ведомых генераторов введем следующие понятия.

Система тактовой сетевой синхронизации (система ТСС) - технологическая система, предназначенная для формирования, распределения, приема и восстановления сигналов синхронизации в целях обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Первичный эталонный источник (ПЭИ) - техническое средство ТСС, формирующее эталонные сигналы синхронизации с помощью квантовых стандартов частоты или с помощью сигналов, поступающих от приемников спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Первичный эталонный генератор (ПЭГ) - техническое средство ТСС первого уровня иерархии, выполняющее функции формирования эталонных сигналов синхронизации и контроля их качества, выбора сигнала синхронизации от одного из ПЭИ, входящего в состав ПЭГ (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Вторичный задающий генератор (ВЗГ) - техническое средство ТСС второго уровня иерархии, выполняющее функции восстановления, размножения, резервирования и контроля входных сигналов синхронизации.

Сигнал тактовой сетевой синхронизации (далее сигнал синхронизации) - периодический сигнал тактовой частоты 2048 кГц или поток со скоростью 2048 кбит/с, структурированный по циклам и сверхциклам, формируемый задающим генератором для обеспечения синхронной работы средств связи (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Ошибка временного интервала (ОВИ) - разность между измеренным значением временного интервала, производимого задающим генератором, и измеренным значением того же самого временного интервала, производимого эталонным задающим генератором (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Максимальная ошибка временного интервала (МОВИ) - параметр блуждания фазы сигнала синхронизации, определяющий максимальные значения отклонений значащих моментов фазы в измеряемом сигнале относительно номинального значения для интервалов наблюдения различной длительности и характеризующий частотные ошибки в сигнале синхронизации (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Цепи синхронизации образуются техническими средствами ТСС и генераторами сетевых элементов средств связи синхронной цифровой иерархии (СЦИ), плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) или синхронного Ethernet (SyncE) (см. Приказ Минкомсвязь России №113 от 21.03.2016 г.).

Наличие в цифровой транспортной сети связи (ЦТСС) системы ТСС, является одним из условий обеспечения ее целостности, устойчивости функционирования и безопасности.

Основным элементом системы ТСС является сеть ТСС, представляющая собой территориально распределенный комплекс технических средств, включающий: ПЭИ, ВЗГ, ПЭГ, элементы восстановления, поддержания и распределения сигналов синхронизации, системы передачи (СП) и линии связи, систему управления сетью ТСС. Формирование сети ТСС осуществляется по принципу принудительной иерархической синхронизации элементов сети. Сигналы синхронизации, сформированные ПЭГ, передаются на ВЗГ по цепям синхронизации. ВЗГ являются ведомыми по отношению к ПЭГ. ВЗГ используют для синхронизации сигналы, создаваемые ПЭГ - нормальный режим работы ЦТСС, при котором проскальзывания (исключение или повторение в цифровом сигнале одного или нескольких бит) носят случайный характер. В аварийных ситуациях, когда отказывает ПЭГ, или отказывают все цепи синхронизации, ВЗГ переходит в режим удержания (holdover mode), при котором запоминается частота сети принудительной синхронизации. В зависимости от модели ВЗГ, используемых в ВЗГ типов генераторных блоков и качества их исполнения, точность запоминания частоты может составить от до отн. ед. Указанная точность может поддерживаться некоторое время по истечению которого, если не будет восстановлен отказавший ПЭГ или если не будет восстановлена хотя бы одна цепь синхронизации, то вследствие дрейфа частоты ВЗГ от величины зафиксированной в памяти ВЗГ в момент перехода в режим удержания, ВЗГ перейдет в режим свободных колебаний (free-run mode). Уход ВЗГ в режим свободных колебаний приведет к переходу цифровой сети в асинхронный режим работы. Этот режим считается аварийным и не допустим на ЦТСС.

Известен способ синхронизации линейной транспортной сети, построенной на базе системы передачи синхронной цифровой иерархии (патент RU 2405264 C2, опубликован 27.11.2010 г.). В способе синхронизации линейной транспортной сети, построенной на базе системы передачи синхронной цифровой иерархии предлагается в последовательной линейной транспортной сети, построенной на базе системы передачи СЦИ, включать последовательно, по меньшей мере, два ВЗГ, отдельно для каждого направления передачи сигналов синхронизации.

Известен также способ синхронизации транспортной сети связи, который описан в руководящем документе отрасли РД 45.230-2001, а также в Европейском стандарте ETSI EG 201793 V.I.1.1 (2000-10) и применяемый на существующих транспортных сетях связи. Для обеспечения требуемого качества сигналов синхронизации при появлении неисправностей каждый участок цифровой сети связи, в котором системы передачи СЦИ имеют линейную структуру, должен получать сигналы синхронизации с двух сторон. При относительно большом количестве сетевых элементов в последовательную цепь синхронизации такой сети требуется устанавливать ВЗГ. В соответствии с нормативными документами (РД 45.230-2001, ETSI EG 201793 V.I.1.1 (2000-10)) количество сетевых элементов СЦИ между ПЭГ и ВЗГ и между двумя ВЗГ не должно превышать 20.

Наиболее близкой по технической сущности (реализации) к заявляемой системе и выбранной в качестве прототипа является «Система синхронизации первичных эталонных генераторов» (патент RU 2270518 C2 опубликован 20.02.2006 г.), которая содержит ведущий первичный эталонный генератор, соединенный через систему передачи синхросигнала на базе синхронной цифровой иерархии или плезиохронной цифровой иерархии с ведомым первичным эталонным генератором, содержащим устройств измерения фазовых отклонений, первичных эталонных источников, устройств синхронизации с фазовой автоподстройкой частоты и вторичный задающий генератор, где - любое целое число больше 2, при этом первые входы устройств измерения фазовых отклонений соединены с системой передачи синхросигнала, вторые входы устройств измерения фазовых отклонений подключены к выходам соответствующих эталонных источников и первым входам соответствующих устройств синхронизации с фазовой автоподстройкой частоты, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих устройств измерения фазовых отклонений, а выходы устройств синхронизации с фазовой автоподстройкой частоты соединены со входами вторичного задающего генератора.

Технической проблемой является низкое качество системы тактовой сетевой синхронизации, характеризуемое большим значением фазовой ошибки сигнала синхронизации, выраженной в единицах измерения времени - ОВИ, поступающего на вход ВЗГ, и приводящее цифровую сеть связи к аварийному режиму работы. Причиной большого значения ОВИ сигнала синхронизации является прохождение сигнала синхронизации по единственной цепи от ведущего ПЭГ, отсутствие дополнительных цепей синхронизации от ведущего ПЭГ, а также отсутствие устройств выбора сигнала синхронизации и оперативного переключения на сигнал синхронизации от ПЭГ с меньшей ОВИ. В свою очередь, большое значение ОВИ сигнала синхронизации приведет к переходу ВЗГ в режим свободных колебаний, вследствие чего произойдет переход цифровой сети в асинхронный - аварийный режим работы.

Создание системы синхронизации ведомых генераторов направлено на решение данной технической проблемы, которое позволит повысить качество системы тактовой сетевой синхронизации, уменьшить значение ОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ, за счет того, что дополнительно введены N-1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель модифицированной максимальной ошибки временного интервала (ММОВИ), запоминающее устройство ММОВИ.

Раскрытие изобретения

В заявленной системе синхронизации ведомых генераторов техническая проблема решается тем, что дополнительно введены N-1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель ММОВИ, запоминающее устройство ММОВИ, при этом первые выходы N устройств систем передачи синхросигнала, соединены с первыми входами устройства выбора сигнала синхронизации, вторые выходы устройств систем передачи синхросигнала соединены с входами устройств измерения ОВИ, выходы устройств измерения ОВИ соединены с входами параллельно-последовательного преобразователя, выход параллельно-последовательного преобразователя соединен с первым входом вычислителя ММОВИ, первый выход вычислителя ММОВИ соединен с входом запоминающего устройства ММОВИ, выход запоминающего устройства ММОВИ соединен со вторым входом вычислителя ММОВИ, второй выход вычислителя ММОВИ соединен с -м входом устройства выбора сигнала синхронизации, выход устройства выбора сигнала синхронизации, соединен со входом ВЗГ.

Новая совокупность существенных признаков обеспечивает уменьшение значения ОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ за счет того, что дополнительно введены N-1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель ММОВИ, запоминающее устройство ММОВИ.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленной системы, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

«Промышленная применимость» разработанной системы синхронизации ведомых генераторов обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данную систему с достижением указанного в изобретении результата.

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные объекты системы поясняются чертежами, на которых показаны:

Фиг. 1 - структурная схема системы синхронизации ведомых генераторов.

Фиг. 2 - распределение дискретных значений функции фазовой ошибки сигналов синхронизации, по цепям передачи сигнала синхронизации от ведущего ПЭГ, выраженное в ММОВИ.

Расшифровка элементов, представленных на Фиг. 1:

1 - ведущий первичный эталонный генератор;

2-1, 2-2, …, 2-N - система передачи синхросигнала на базе синхронной цифровой иерархии, плезиохронной цифровой иерархии или синхронного Ethernet;

3 - устройство выбора сигнала синхронизации;

4-1, 4-2, …, 4-N - устройства измерения ошибки временного интервала;

5 - параллельно-последовательный преобразователь;

6 - вычислитель модифицированной максимальной ошибки временного интервала;

7 - запоминающее устройство модифицированной максимальной ошибки временного интервала;

8 - вторичный задающий генератор.

Система синхронизации ведомых генераторов (фиг.1), функционирует следующим образом: сигналы синхронизации от ведущего ПЭГ, например, VCH-001 (https://www.vremya-ch.com) (блок 1) передаются по СП синхросигнала СЦИ, например ОСМ-К (https://www.supertel.nt-rt.ru), ПЦИ, например МП-8 (https://www.supertel.nt-rt.ru), SyncE, например ACX-1000 (https://www.juniper.net) (блоки 2-1, 2-2, …, 2-N) в строгом соответствии с ограничениями наложенными на эталонную цепь синхронизации (Рекомендация отрасли Р 45.09-2001 «Присоединение сетей операторов связи к базовой сети тактовой сетевой синхронизации»). С первых выходов устройств СП синхросигнала СЦИ, ПЦИ, SyncE (блоки 2-1, 2-2, …, 2-N) сигналы синхронизации подаются на первые входа устройства выбора сигнала синхронизации, например, ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html) (блок 3). Со вторых выходов устройств СП синхросигнала СЦИ, ПЦИ, SyncE (блоки 2-1, 2-2, …, 2-N) сигналы синхронизации подаются на входы устройств измерения ОВИ сигнала синхронизации, например ИВО-2 (https://www.alto@.metropost) (блоки 4-1, 4-2, …, 4-N). Устройства измерения ОВИ сигнала синхронизации (блоки 4-1, 4-2, …, 4-N) измеряют значения функции фазовой ошибки сигналов синхронизации, выраженное в единицах измерения времени - ОВИ. Далее в расчетах ОВИ сигнала синхронизации используются дискретные значения этой функции - (дискретное значение функции фазовой ошибки сигналов синхронизации выраженное в единицах измерения времени - ОВИ по -ой цепи на -м интервале наблюдения). ОВИ сигналов синхронизации вычисляется по формуле

где - -й отсчет ОВИ сигналов синхронизации по -ой цепи, - номер интервала наблюдения, - число отсчетов на интервале наблюдения. Полученные сигналы, содержащие значения ОВИ сигнала синхронизации - с выхода устройства измерения ОВИ сигнала синхронизации (блоки 4-1, 4-2, …, 4- N), подаются на входы параллельно-последовательного преобразователя, например ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html) (блок 5). В параллельно-последовательном преобразователе (блок 5) сигналы, содержащие значения ОВИ - ранжируются по времени в соответствии с номером цепи передачи. С выхода параллельно-последовательного преобразователя (блок 5), ранжированные сигналы, содержащие значения ОВИ сигнала синхронизации - , подаются на первый вход вычислителя модифицированной максимальной ошибки временного интервала (ММОВИ), например ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html) (блок 6). В вычислителе ММОВИ (блок 6) производятся вычисления ММОВИ - по формуле

,

где - коэффициент памяти ОВИ (при ММОВИ соответствует МОВИ, вычисляемой в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.810 (08/96), чем меньше , тем более значимыми оказываются текущие измерения ОВИ и, соответственно, более значимыми оказываются текущие вычисления ММОВИ. С первого выхода вычислителя ММОВИ (блок 6), сигналы, содержащие вычисленные значения ММОВИ - поступают на вход запоминающего устройства ММОВИ, например ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html) (блок 7). С выхода запоминающего устройства ММОВИ (блок 7), сигналы, содержащие значения ММОВИ, полученные на предыдущем такте работы вычислителя ММОВИ (блок 6) - поступают на второй вход вычислителя ММОВИ (блок 6). В вычислителе ММОВИ (блок 6), значения сравниваются со значениями ММОВИ, полученными в настоящий момент времени - . По результатам сравнения значений ММОВИ - с значениями ММОВИ , сигналы синхронизации ранжируются в порядке убывания ММОВИ. Сигнал синхронизации с меньшей ММОВИ выбирается в качестве основного сигнала синхронизации ВЗГ, например, VCH-002 (https://www.vremya-ch.com) (блок 8). В вычислителе ММОВИ (блок 6) вырабатывается команда выбора основного сигнала синхронизации, которая передается с его второго выхода на вход устройства выбора сигнала синхронизации (блок 3). Устройство выбора сигнала синхронизации (блок 7) коммутирует сигнала синхронизации с меньшей ММОВИ на вход ВЗГ (блок 8).

Благодаря новой совокупности существенных признаков достигается указанный технический результат за счет того, что введены N-1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель ММОВИ, запоминающее устройство ММОВИ.

Количественная величина ожидаемого технического эффекта от использования предложенной системы синхронизации ведомых генераторов проводилась путем экспериментальных исследований согласно фиг. 1. В качестве устройства измерения ОВИ сигнала синхронизации выбран измеритель временных отклонений ИВО-2.

Количественная величина ожидаемого технического эффекта от использования предложенной системы синхронизации ведомых генераторов представлена на фиг. 2, где - номер цепи передачи сигнала синхронизации от ведущего ПЭГ, - дискретное значение функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по - ой цепи на -м интервале наблюдения, выраженное в ММОВИ, - дискретное значение функции фазовой ошибки сигнала синхронизации по единственной цепи на -м интервале наблюдения, выраженное в ММОВИ, - минимальное дискретное значение функции фазовой ошибки сигнала синхронизации по -ой цепи на -м интервале наблюдения, выраженное в ММОВИ.

Из анализа фиг. 2 следует, что появляется возможность выбора сигнала синхронизации с меньшей ММОВИ - , а следовательно, и с меньшей ОВИ.

На основании этого, следует вывод, что заявленная системы синхронизации ведомых генераторов обеспечивает повышение качества системы тактовой сетевой синхронизации.

Изобретение относится к области информационных технологий, в частности к системе тактовой сетевой синхронизации. Техническим результатом является уменьшение фазовой ошибки сигнала синхронизации. Для этого предложена система синхронизации ведомых генераторов, в которую введены N-1 систем передачи синхросигнала, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель модифицированной максимальной ошибки временного интервала, запоминающее устройство модифицированной максимальной ошибки временного интервала. 2 ил.

Система синхронизации ведомых генераторов, содержащая ведущий первичный эталонный генератор, соединенный через систему передачи синхросигнала на базе синхронной цифровой иерархии, плезиохронной цифровой иерархии с ведомым генератором, содержащим N устройств измерения ошибки временного интервала, вторичный задающий генератор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит N-1 систем передачи синхросигнала на базе синхронной цифровой иерархии, плезиохронной цифровой иерархии или синхронного Ethernet, устройство выбора сигнала синхронизации, параллельно-последовательный преобразователь, вычислитель модифицированной максимальной ошибки временного интервала, запоминающее устройство модифицированной максимальной ошибки временного интервала, при этом первые выходы N устройств систем передачи синхросигнала соединены с первыми N входами устройства выбора сигнала синхронизации, вторые выходы устройств систем передачи синхросигнала соединены с входами устройств измерения ошибки временного интервала, выходы устройств измерения ошибки временного интервала соединены с входами параллельно-последовательного преобразователя, выход параллельно-последовательного преобразователя соединен с первым входом вычислителя модифицированной максимальной ошибки временного интервала, первый выход вычислителя модифицированной максимальной ошибки временного интервала соединен с входом запоминающего устройства модифицированной максимальной ошибки временного интервала, выход запоминающего устройства модифицированной максимальной ошибки временного интервала соединен со вторым входом вычислителя модифицированной максимальной ошибки временного интервала, второй выход вычислителя модифицированной максимальной ошибке временного интервала соединен с N+1-м входом устройства выбора сигнала синхронизации, выход устройства выбора сигнала синхронизации соединен со входом вторичного задающего генератора.