СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВЕДОМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
SLAVE GENERATORS SYNCHRONIZATION METHOD

Изобретение относится к области телекоммуникационных сетей связи, в частности, к системе тактовой сетевой синхронизации.
Для удобства описания способа синхронизации ведомых генераторов введем следующие понятия.
Система тактовой сетевой синхронизации (система ТСС) – технологическая система, предназначенная для формирования, распределения, приёма 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.).
Ethernet
SyncE
Цепи синхронизации образуются техническими средствами ТСС и генераторами сетевых элементов средств связи синхронной цифровой иерархии (СЦИ), плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) или синхронного  () (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 (holdovermode), 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 истечении 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-runmode). Переход 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 (RU 2405264 C2). 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 близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является «Система синхронизации первичных эталонных генераторов» (патент RU 2270518 C2 от 05.05.2004 г.).
Способ заключается в том, что определяют отклонения усредненной частоты и возникающей при этом временной ошибки между сигналом от ведущего ПЭГ и сигналами каждого ПЭИ в ведомом ПЭГ за большой временной интервал (порядка месяца) и по результатам измерения проводят корректировку частоты и фазы синхросигнала на входе ВЗГ.
Технической проблемой являетсянизкое качество системы тактовой сетевой синхронизации, характеризуемое большим значением фазовой ошибки сигнала синхронизации, выраженным в единицах измерения времени – МОВИ (далее МОВИ) поступающего на вход ВЗГ, приводящее цифровую сеть связи к аварийному режиму работы. Причиной большого значения МОВИ сигнала синхронизации является то, что в прототипе определяют отклонения усредненной частоты и возникающей при этом временной ошибки – МОВИ сигнала синхронизации за большой временной интервал (порядка месяца). При этом более значимыми окажутся текущие значения МОВИ сигнала синхронизации, вычисленные в настоящий момент времени. В свою очередь, большое значение МОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ, приводит к переходу ВЗГ в режим свободных колебаний, вследствие чего произойдет переход цифровой сети связи в асинхронный – аварийный режим работы.
Техническим результатом являетсяповышение качества системы тактовой сетевой синхронизации, оцениваемого значениями МОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ, за счет вычисления модифицированной максимальной ошибки временного интервала (ММОВИ) и введения коэффициента памяти ММОВИ сигнала синхронизации, который позволяет учесть значения ММОВИ сигнала синхронизации, вычисленное в настоящий момент времени.
Техническая проблема решается за счет разработки способа синхронизации ведомых генераторов, который позволяет повысить качество системы тактовой сетевой синхронизации, оцениваемое значениями МОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ.
Техническая проблема решается тем, что в способе синхронизации ведомых генераторов выполняется следующая последовательность действий:
Передают сигналы синхронизации с выхода ПЭГ на вход системы передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ.
Передают сигналы синхронизации со вторых выходов устройств систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ на входы устройств измерения ошибки временного интервала.
При этом дополнительно:
Принимают сигналы синхронизации в устройстве измерения ОВИ.
N
N-
Передают сигналы синхронизации со 2-го по -й выход ПЭГ на входы 1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE.
Передают сигналы синхронизации с первых выходов устройств систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE на  входа устройства выбора сигнала синхронизации.
Принимают сигналы синхронизации в устройстве измерения ОВИ.
Измеряют значения ОВИ сигналов синхронизации в устройстве измерения ОВИ.
Вычисляют значение МОВИ в устройстве измерения ОВИ.
Передают сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации с выходов устройств измерения ОВИ на вход параллельно-последовательного преобразователя.
Принимают сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации в параллельно-последовательном преобразователе.
Ранжируют сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации в параллельно-последовательном преобразователе по времени в соответствии с номером цепи передачи.
Передают ранжированные сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации с выхода параллельно-последовательного преобразователя на вход вычислителя ММОВИ.
Принимают ранжированные сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации в вычислителе ММОВИ.
Вычисляют ММОВИ сигнала синхронизации в вычислителе ММОВИ.
Передают сигналы, содержащие вычисленные значения ММОВИ сигналов синхронизации с первого выхода вычислителя ММОВИ на вход запоминающего устройства ММОВИ.
Передают сигналы, содержащие вычисленные значения ММОВИ сигналов синхронизации, на второй вход вычислителя ММОВИ.
Сравнивают вычисленные значения ММОВИ сигналов синхронизации, полученные на предыдущем такте работы вычислителя ММОВИ со значениями ММОВИ, вычисленными в настоящий момент времени в вычислителе ММОВИ.
Ранжируют сигналы синхронизации в порядке убывания качества в вычислителе ММОВИ.
Выбирают в качестве основного сигнала синхронизации ВЗГ, сигнал синхронизации с меньшей ММОВИ в вычислителе ММОВИ.
Формируют команду выбора основного сигнала синхронизации в вычислителе ММОВИ.
N+1
Передают сигнал, содержащий команду выбора основного сигнала синхронизации со второго выхода вычислителя ММОВИ на -й вход устройства выбора сигнала синхронизации.
Коммутируют сигнал синхронизации с меньшей ММОВИ сигнала синхронизации на вход ВЗГ.
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».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ с достижением указанного в изобретении результата.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:
Фиг.1 - обобщенная структурно-логическая последовательность способа синхронизации ведомых генераторов.
Фиг.2 - функции зависимости фазовой ошибки сигналов синхронизации, выраженные в ОВИ, МОВИ и ММОВИ от времени.
Реализация заявленного способа синхронизации ведомых генераторов (фиг. 1) заключается в следующем:
1. Передают сигналы синхронизации с выхода ПЭГ, например, VCH-001(https://www.vremya-ch.com) 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»)) на вход системы передачи синхросигнала на базе СЦИ, например, ОСМ-К (https://www.supertel.nt-rt.ru), ПЦИ, например МП-8 (https://www.supertel.nt-rt.ru).
2. Передают сигналы синхронизации со вторых выходов устройств систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ на входы устройств измерения ОВИ сигнала синхронизации, например, ИВО-2 (https://www.alto@.metropost).
Дополнительно:
N
N-
3. Передают сигналы синхронизации со 2-го по -й выход ПЭГ на входы 1 систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE, например, ACX-1000 (https://www.juniper.net).
4. Передают сигналы синхронизации с первых выходов устройств систем передачи синхросигнала на базе СЦИ, ПЦИ или SyncE на  входа устройства выбора сигнала синхронизации например, ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html).
5. Принимают сигналы синхронизации в устройстве измерения ОВИ.
6. Измеряют значения ОВИ сигналов синхронизации в устройстве измерения ОВИ.
7. Вычисляют значение МОВИ в устройстве измерения ОВИ. В расчетах МОВИ сигналов синхронизации используют дискретные значения –  (дискретное значение МОВИ сигналов синхронизации по  – ой цепи на – м интервале наблюдения). МОВИ сигналов синхронизации вычисляют по формуле
N'
где  – -й отсчет ОВИ сигналов синхронизации по  – ой цепи,  – номер интервала наблюдения, – число отсчетов на интервале наблюдения,  – общее число отсчетов ОВИ сигналов синхронизации.
8. Передают сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации – с выходов устройств измерения ОВИ на вход параллельно-последовательного преобразователя, например, ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html).
9. Принимают сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации – в параллельно-последовательном преобразователе.
10. Ранжируют сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации –  в параллельно-последовательном преобразователе по времени в соответствии с номером цепи передачи.
11. Передают ранжированные сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации –  с выхода параллельно-последовательного преобразователя на вход вычислителя МОВИ, например, ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html).
12. Принимают ранжированные сигналы, содержащие вычисленные значения МОВИ сигналов синхронизации –  в вычислителе ММОВИ.
13. Вычисляют ММОВИ сигнала синхронизации –  в вычислителе 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.
14. Передают сигналы, содержащие значения ММОВИ – сигналов синхронизации с первого выхода вычислителя ММОВИ на вход запоминающего устройства ММОВИ, например, ПЛИС фирмы Xilinx семейства Virtex-7 (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-7.html).
15. Передают сигналы, содержащие значения ММОВИ сигналов синхронизации, на второй вход вычислителя ММОВИ.
16. Сравнивают значения ММОВИ – сигналов синхронизации, полученные на предыдущем такте работы вычислителя ММОВИ, со значениями ММОВИ, полученными в настоящий момент времени –  в вычислителе ММОВИ.
17. Ранжируют сигналы синхронизации в порядке убывания качества в вычислителе ММОВИ.
18. Выбирают в качестве основного сигнала синхронизации ВЗГ, сигнал синхронизации с меньшей ММОВИ в вычислителе ММОВИ.
19. Формируют команду выбора основного сигнала синхронизации в вычислителе ММОВИ.
N+
20. Передают сигнал, содержащий команду выбора основного сигнала синхронизации, со второго выхода вычислителя ММОВИ на 1-й вход устройства выбора сигнала синхронизации.
21. Коммутируют сигнал синхронизации с меньшей ММОВИ сигнала синхронизации на вход ВЗГ.
Количественная величина ожидаемого технического эффекта от использования предложенного способа синхронизации ведомых генераторов представлена на фиг. 2, где  – время, 1 – график функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по – ой цепи на – м интервале наблюдения со значениями МОВИ сигналов синхронизации (МОВИ совпадает с ММОВИ при ) (используется в прототипе), 2 –  график функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по – ой цепи на – м интервале наблюдения со значениями ММОВИ сигналов синхронизации при , 3 – график функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по – ой цепи на – м интервале наблюдения со взвешенными значениями МОВИ сигналов синхронизации на предыдущем такте,  – дискретное значение функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по – ой цепи на – м интервале наблюдения, выраженное в ММОВИ,  – дискретное значение функции фазовой ошибки сигналов синхронизации по – ой цепи на – м интервале наблюдения, выраженное в МОВИ.
w
Из анализа графика 1 следует, что в случае улучшения качества сигнала синхронизации (снижения МОВИ), значения МОВИ, измеренные ранее текущего момента времени (порядка месяца), все равно влияют на вывод относительно текущего качества сигнала синхронизации. Уменьшение интервала измерения не позволяет учитывать историю процесса установления синхронизма между устройствами. В то же время введение коэффициента  (график 3), по сути, указывающего на степень важности предыдущих измерений, позволяет с одной стороны снизить степень влияния более ранних сведений, что приводит к увеличению скорости реакции на рост качества сигнала синхронизации, а с другой – все же прогнозировать возможные последующие интервалы деградации качества сигнала синхронизации на основе имеющейся истории развития процесса синхронизации и не фиксировать короткие, возможно часто встречающиеся, интервалы повышенного качества, не отличающиеся должной надежностью. В итоге получается сохранить баланс между своевременностью реакции на повышение качества сигнала синхронизации и невосприимчивостью к кратковременным, но неустойчивым интервалам снижения МОВИ.
Таким образом, предложенный способ синхронизации ведомых генераторов предоставляет возможность выбора сигнала синхронизации с меньшей ММОВИ, отражающей устойчивое увеличение его качества с учетом анализа предыстории развития процесса синхронизации.
На основании этого следует вывод, что заявленный способ синхронизации ведомых генераторов обеспечивает повышение качества системы тактовой сетевой синхронизации, оцениваемое значениями МОВИ сигнала синхронизации, поступающего на вход ВЗГ, за счет вычисления ММОВИ и введения коэффициента памяти ММОВИ, который позволяет учесть значения ММОВИ сигнала синхронизации, вычисленное в настоящий момент времени.