همزمانی در شبکه SDH

1-1 هم‌زمانی در شبکه SDH

سيگنال اصلي در شبكه PDH سيگنال E1 با نرخ بيت Mbps 2048 است كـه شـامل32 كانـال Kbps 64 است. سيگنال­ هايي با سرعت­ هاي بالاتر از مالتی ­پلکسینگ سيگنال­ هاي E1 به دست مي­ آينـد. سـيگنال كـلاك لازم براي فريم­بندي و مالتی پلکس، از سيگنال­ هاي E1 تأمين نمي­ شود، بلكـه هـر مـولتي­ پلكسـر ايـن كـلاك را از اسيلاتور محلي خود دريافت مي­كند. بنابراين سيگنال ­هاي بالاتر از E1 با اين سيگنال سنكرون نيستند و براي تطابق سرعت­ هاي مختلف اسيلاتورها از تكنيك بيت ­هاي پرکننده اسـتفاده مـي‎شـود. ايـن مشـكل اساسـي در شبكه­ هاي PDH بود كه باعث مي­شد براي استخراج سيگنال رده‌پایین‌تر از يك جريان داده رده‌بالاتر لازم بود تمامي داده­ هاي مولتي ­پلكس­شده، دي­مالتي ­پلكس شده و داده مورد نظر اسـتخراج شـود و بـه همـين منظور توپولوژي­ ها به‌صورت نقطه‌به‌نقطه بود.

اگر هم‌زمانی در شبكه تأمين نشود، كيفيت شبكه افت زيادي خواهد داشـت و حتـي ممكـن اسـت عملكرد شبكه دچار اختلال شود. براي رفع اين نگراني، همه المان‌های شبكه با يك كلاك مركـزي هم‌زمان می‌شوند. برای سنکرون و هم‌زمان‌سازی شبکه، کلاک ­ها دارای سلسله‌مراتبی هستند. دست ه­ای از کلاک­ها، دقت بالاتری دارند و در موقعیت مهم­ تری قرار می­گیرند و دست ه­ای دقت کمتر و به‌ تبع آن در کاربردهای با اولویت پایین­ تر. در ادامه با این منابع کلاک کمی آشنا می­شویم.

1-1-1 کلاک مرجع اصلی[1]PRC

كلاك PRC يك كلاك با فركانس دقيق و با پايداري طولانی‌مدت است. در شرايط عادي تنها يـك PRC در شبكه وجود دارد. اما ممكن است براي امنيـت بيشـتر، يـك PRC ديگـر نيـز داشـته باشـيم تـا در شرايطي كه مرجع اصلي دچار اختلال شـد، از آن اسـتفاده كنـيم. خروجـي PRCهـا كـلاك MHz 2048 و يا سيگنال Mbps 2048 مي­باشد. دقت كلاك PRC در حد مي باشد. PRC در دو نوع مركزي و توزيـع شـده با امواج راديويي در شبكه هاي SDH به كار مي­رود كه در ادامه به توضيح مختصر آن مي پردازيم:

در PRC مركزي تولید کننده كلاك با نوسانات اتمي معمولاً براي توليد كـلاك از نوسـانات اتم­هـاي سزيم در يك ساختار پيچيده و كنترل شده استفاده می‌شود. در حالت استفاده از يک PRC مركزي سـاختار شبكه هم‌زمانی به صورتی خواهد بود كه منبع اصلي كلاك در هر گره قابل‌ردیابی تـا PRC مركـزي خواهـد بود. در PRC توليدكننده كلاك توزيع­شده با امواج GPS در اين حالت سيگنال­ هاي يـك PRC مركـزي به‌صورت از راه دور توسط سيگنال­ هاي راديويي مثلاً توسط شبكه GPS بـه گيرنـده­ هـاي ايـن سـيگنال ­ها در شبكه هم‌زمانی منتقل می‌شود و از روي اين سيگنال­ هاي راديويي كلاك مناسـب سـاخته شـده و در شـبكه توزيع مي­گردد. البته ممكن است تركيبي از هر دو حالت براي شبكه هم‌زمانی يك شبكه SDH در نظر گرفته شـده و به كار رود كه اين كار به‌ سهولت طراحي شبكه هم‌زمانی SDH مي­ انجامد.

1-1-2 کلاک هم‌زمانی SSU[2]

SSUهادر مرتبه دوم از سلسله‌مراتب هم‌زمان‌سازی هستند و براي اهداف زير در شبكه هم‌زمانی به كار گرفته مي­شوند:

• انتخاب سيگنال از ميان سیگنال‌های PRC و يا SEC و توزيع كلاك در شبكه بر مبناي سيگنال انتخاب شده و نظارت بر كيفيت سيگنال انتخاب شده و سيگنال‏هاي كمكي تأمین كلاك بادقت مناسب براي چندين روز در حالتي كه همه منابع ورودي از بين رفته باشند، اين قسمت از عملكرد SSU، حالت Hold Over نام دارد.
• بهبود كيفيت كلاك شبكه از نظر جيتر و وندر انباشته شده در مسير. وروديSSUهـا كـلاك بـا فركـانس MHz 2048 و يـا سـيگنال Mbps 2048 مـي­باشـد و خروجـي آنهـا نيـز با همین فرکانس خواهد بود. درحالی‌که دقت فركانس كلاك خروجي در حالت آزاد و در حالـت Holdover در هر روز مي باشد.

1-1-3 کلاک هم‌زمانی داخلی SEC/SETS

همان‌طور كه قبلاً ذكر شد در سطح سوم سلسله‌مراتب شبكه هم‌زمانی كه به نام SEC[3] ناميده می‌شود واحد هم‌زمانی داخلي دستگاه ­هاي SDH يا همان SETS[4] قرار دارد كه اين واحد، سيگنال هم‌زمانی را از منابع مختلف شبكه دريافت مي­كند كه اين منابع شامل كلاك ­هاي بازیافت شده از خطـوط ديتـاي SDH، PDH، اسيلاتور داخلي و ورودي خارجي BITS[5] است. انتخاب از بـين ايـن منـابع برعهـدة SETS است كه اين انتخاب بر اساس جدول اولویت‌بندی منابع و كيفيت آنها انجام مي­گيرد. شکل 1 سلسله‌مراتب منابع کلاکی که تا اینجا معرفی شده‌اند را نشان می­دهد.

شکل 1 سلسله‌مراتب منابع کلاک همزمان­ سازی شبکه

همان‌طور که در شکل 1 ملاحظه می­کنید PRC در رأس این ساختار قرار گرفته است و پس از آن SSUها و SEC قرار دارند. در شبکه در صورت خراب‌شدن PRC و جلوگیری از نداشتن کلاک مرجع PRC ، PRCهایی به‌عنوان جایگزین در نظر می­گیرند. این نکته هم باید در نظر داشت که کلاک مرتبه پایین­تر لزوماً کلاک خود را از کلاک یک‌مرتبه بالاتر خود نمی­گیرد و می­تواند از کلاک مرتبه‏های بالاتر نیز دریافت کند؛ به طور مثال یک دستگاه SEC لزوماً کلاک خود را از SSU نمی­ گیرد؛ بلکه می­تواند از کلاک PRC به طور مستقیم و یا حتی دستگاه SEC دیگری دریافت کند. همان‌طور که گفته شد، PRC دقیق­ ترین کلاک را به دستگاه­ های شبکه می‌دهد؛ اما توزیع و ردوبدل‌شدن این کلاک ­ها در شبکه ممکن است دچار مشکلاتی شود و سطح کیفیت سیگنال به دلیل جیتر، وندر[6] و یا نویز کلاک افت کند که به همین دلیل از SSUها برای تمیزکردن و بهبود کیفیت سیگنال کلاک استفاده می­شود. شکل 2 این نکته را توضیح می­دهد.

شکل 2 توزیع کلاک در شبکه SDH و عملکرد SSU

اگر برای هر زنجیره از دستگاه­ ها یک PRC در نظر بگیریم، بر طبق استاندارد G-803 تعداد ماکزیمم SECها بین دو SSU، 20 عدد، تعداد ماکزیمم SSUها در هر زنجیره 10 عدد و تعداد کل SECها در زنجیره 60 تا قرارداد شده است.

شکل 3 نحوه توزیع کلاک و تعداد آنها در شبکه

در شکل 3 منظور از G.812 ، SSU و G.813، SEC می­باشد. PRC را نیز با G.811 نشان می ­دهند.

منابع کلاک برای دستگاه SDH می­تواند مختلف باشد. همان‌طور که اشاره شد انتخاب از بین منابع کلاک بر اساس یک جدول اولویت­ بندی انجام می­شود که اساس کار، دقت آن منبع می­ باشد. اطلاعات مربوط به اولویت­ بندی منابع کلاک، دقتشان و استفاده از کدام‌یک در بایت SSM[7] جای­داده شده است. این بایت در قسمت سرباره­های فریم SDH قرار دارد. اما منابع اصلی کلاکی که هر دستگاه SDH از آن استفاده می­کند می­تواند یکی از موارد زیر باشد (شکل 4):

• کلاک از منبع خارجی که می­تواند شامل هر یک از منابع کلاکی باشد که در بالا معرفی شدند اعم از کلاک­ های PRC، SSU و SEC .
• کلاک استخراج ­شده از سیگنال STM-N ورودی
• کلاک به‌دست‌آمده از سیگنال­ های مرتبه پایین­تر PDH .
• اسیلاتور داخلی دستگاه SDH (حالت hold over)

شکل 4 منابع کلاک دستگاه SDH

توزیع کلاک در شبکه SDH می­تواند ساختار و توپولوژی­ های مختلفی داشته باشد. یعنی هم می­توان از ساختار درختی با یک PRC استفاده کرد و یا ساختاری بر اساس PRC توزیع­شده رادیویی داشت و اینکه از هر دو روش به‌صورت ترکیبی بهره برد. شکل 5 ترکیب استفاده از ای دو روش را نشان می­ دهد.

شکل 5 ساختار شبکه همزمانی با استفاده از PRC مرکزی و توزیع­ شده رادیویی

[1] Primary Reference Clock

[2] Synchronization Supply Unit

[3] SDH Equipment Clock

[4] Synchronous Equioment Timing Source

[5] Building Integrated Timing Supply

[6] Wander

[7] Sychronization Status Message