第7章定时与同步

SDH原理第七章定时与同步7-1第7章定时与同步.................................................................27.1同步方式......................................................................27.2主从同步网中从时钟的工作模式..................................57.3SDH的引入对网同步的要求........................................67.4SDH网的同步方式.......................................................77.4.1SDH网同步原则...................................................77.4.2SDH网元时钟源的种类........................................97.4.3SDH网络常见的定时方式....................................97.5S1字节和SDH网络时钟保护倒换原理.....................151.S1字节工作原理.................................................152.工作实例............................................................17小结..................................................................................22习题..................................................................................22SDH原理第七章定时与同步7-2第7章定时与同步目标：掌握数字网的同步方式。掌握主从同步方式中，节点从时钟的三种工作模式的特点。了解SDH的引入对网同步的要求。知道SDH网主从同步时钟的类型。数字网中要解决的首要问题是网同步问题，因为要保证发端在发送数字脉冲信号时将脉冲放在特定时间位置上（即特定的时隙中），而收端要能在特定的时间位置处将该脉冲提取解读以保证收发两端的正常通信，而这种保证收/发两端能正确的在某一特定时间位置上提取/发送信息的功能则是由收/发两端的定时时钟来实现的。因此，网同步的目的是使网中各节点的时钟频率和相位都限制在预先确定的容差范围内，以免由于数字传输系统中收/发定位的不准确导致传输性能的劣化（误码、抖动）。7.1同步方式解决数字网同步有两种方法：伪同步和主从同步。伪同步是指数字交换网中各数字交换局在时钟上SDH原理第七章定时与同步7-3相互独立，毫无关联，而各数字交换局的时钟都具有极高的精度和稳定度，一般用铯原子钟。由于时钟精度高，网内各局的时钟虽不完全相同（频率和相位），但误差很小，接近同步，于是称之为伪同步。主从同步指网内设一时钟主局，配有高精度时钟，网内各局均受控于该全局（即跟踪主局时钟，以主局时钟为定时基准），并且逐级下控，直到网络中的末端网元——终端局。一般伪同步方式用于国际数字网中，也就是一个国家与另一个国家的数字网之间采取这样的同步方式，例如中国和美国的国际局均各有一个铯时钟，二者采用伪同步方式。主从同步方式一般用于一个国家、地区内部的数字网，它的特点是国家或地区只有一个主局时钟，网上其它网元均以此主局时钟为基准来进行本网元的定时，主从同步和伪同步的原理如图7-1所示。至国外国际局伪同步MS：主从同步MSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMS国际局国际局市内局市内局国内局国内局国内局国内局市内汇接局市内汇接局市内汇接局市内汇接局端局端局端局端局……图7-1伪同步和主从同步原理图SDH原理第七章定时与同步7-4为了增加主从定时系统的可靠性，可在网内设一个副时钟，采用等级主从控制方式。两个时钟均采用铯时钟，在正常时主时钟起网络定时基准作用，副时钟亦以主时钟的时钟为基准。当主时钟发生故障时，改由副时钟给网络提供定时基准，当主时钟恢复后，再切换回由主时钟提供网络基准定时。我国采用的同步方式是等级主从同步方式，其中主时钟在北京，副时钟在武汉。在采用主从同步时，上一级网元的定时信号通过一定的路由——同步链路或附在线路信号上从线路传输到下一级网元。该级网元提取此时钟信号，通过本身的锁相振荡器跟踪锁定此时钟，并产生以此时钟为基准的本网元所用的本地时钟信号，同时通过同步链路或通过传输线路（即将时钟信息附在线路信号中传输）向下级网元传输，供其跟踪、锁定。若本站收不到从上一级网元传来的基准时钟，那么本网元通过本身的内置锁相振荡器提供本网元使用的本地时钟并向下一级网元传送时钟信号。数字网的同步方式除伪同步和主从同步外，还有相互同步、外基准注入、异步同步（即低精度的准同步）等。下面讲一下外基准注入同步方式。外基准注入方式起备份网络上重要节点的时钟的作用，以避免当网络重要结点主时钟基准丢失，而本身内置时钟的质量又不够高，以至大范围影响网元正常工作的情况。外基准注入方法是利用GPSSDH原理第七章定时与同步7-5（卫星全球定位系统），在网元重要节点局安装GPS接收机，提供高精度定时，形成地区级基准时钟（LPR），该地区其它的下级网元在主时钟基准丢失后仍采用主从同步方式跟踪这个GPS提供的基准时钟。7.2主从同步网中从时钟的工作模式主从同步的数字网中，从站（下级站）的时钟通常有三种工作模式。正常工作模式——跟踪锁定上级时钟模式此时从站跟踪锁定的时钟基准是从上一级站传来的，可能是网中的主时钟，也可能是上一级网元内置时钟源下发的时钟，也可是本地区的GPS时钟。与从时钟工作的其它两种模式相比较，此种从时钟的工作模式精度最高。保持模式当所有定时基准丢失后，从时钟进入保持模式，此时从站时钟源利用定时基准信号丢失前所存储的最后频率信息作为其定时基准而工作。也就是说从时钟有“记忆”功能，通过“记忆”功能提供与原定时基准较相符的定时信号，以保证从时钟频率在长时间内与基准时钟频只有很小的频率偏差。但是由于振荡器的固有振荡频率会慢慢地漂移，故此种工作方式提供的较高精度时钟不能持续很久。此种SDH原理第七章定时与同步7-6工作模式的时钟精度仅次于正常工作模式的时钟精度。自由运行模式——自由振荡模式当从时钟丢失所有外部基准定时，也失去了定时基准记忆或处于保持模式太长，从时钟内部振荡器就会工作于自由振荡方式。此种模式的时钟精度最低，实属万不得已而为之。7.3SDH的引入对网同步的要求数字网的同步性能对网络能否正常工作至关重要，SDH网的引入对网的同步提出了更高的要求。当网络工作在正常模式时，各网元同步于一个基准时钟，网元节点时钟间只存在相位差而不会出现频率差，因此只会出现偶然的指针调整事件（网同步时，指针调整不常发生）。当某网元节点丢失同步基准时钟而进入保持模式或自由振荡模式时，该网元节点本地时钟与网络时钟将会出现频率差，而导致指针连续调整，影响网络业务的正常传输。SDH网与PDH网会长期共存，SDH/PDH边界出现的抖动和漂移主要来自指针调整和净负荷映射过程。在SDH/PDH边界节点上指针调整的频度与这种网关节点的同步性能密切相关。如果执行异步映射功能的SDH输入网关丢失同步，则该节点时钟的频SDH原理第七章定时与同步7-7偏和频移将会导致整个SDH网络的指针持续调整，恶化同步性能；如果丢失同步的网络节点是SDH网络连接的最后一个网络单元，则SDH网络输出仍有指针调整会影响同步性能；如果丢失同步的是中间的网络节点，只要输入网关仍然处于与基准时钟（PRC）的同步状态，则紧随故障节点的仍处于同步状态的网络单元或输出网关可以校正中间网络节点的指针移动，因而不会在最后的输出网关产生净指针移动，从而不会影响同步性能。7.4SDH网的同步方式7.4.1SDH网同步原则我国数字同步网采用分级的主从同步方式，即用单一基准时钟经同步分配网的同步链路控制全网同步，网中使用一系列分级时钟，每一级时钟都与上一级时钟或同一级时钟同步。SDH网的主从同步时钟可按精度分为四个类型（级别），分别对应不同的使用范围：作为全网定时基准的主时钟；作为转接局的从时钟；作为端局（本地局）的从时钟；作为SDH设备的时钟（即SDH设备的内置时钟）。ITU-T将各级别时钟进行规范（对各级时钟精度进行了规范），时钟质量级别由高到低分列于下：基准主时钟——满足G.811规范。SDH原理第七章定时与同步7-8转接局时钟——满足G.812规范（中间局转接时钟）。端局时钟——满足G.812规范（本地局时钟）。SDH网络单元时钟——满足G.813规范（SDH网元内置时钟）。在正常工作模式下，传到相应局的各类时钟的性能主要取决于同步传输链路的性能和定时提取电路的性能。在网元工作于保护模式或自由运行模式时，网元所使用的各类时钟的性能，主要取决于产生各类时钟的时钟源的性能（时钟源相应的位于不同的网元节点处），因此高级别的时钟须采用高性能的时钟源。在数字网中传送时钟基准应注意几个问题：(1)在同步时钟传送时不应存在环路。例如图7-2所示。NE1NE2NE3图7-2网络图若NE2跟踪NE1的时钟，NE3跟踪NE2，NE1跟踪NE3的时钟，这时同步时钟的传送链路组成了一个环路，这时若某一网元时钟劣化，就会使整个环路上网元的同步性能连锁性的劣化。SDH原理第七章定时与同步7-9(2)尽量减少定时传递链路的长度，避免由于链路太长影响传输的时钟信号的质量。(3)从站时钟要从高一级设备或同一级设备获得基准。(4)应从分散路由获得主、备用时钟基准，以防止当主用时钟传递链路中断后，导致时钟基准丢失的情况。(5)选择可用性高的传输系统来传递时钟基准。7.4.2SDH网元时钟源的种类外部时钟源——由SETPI功能块提供输入接口。线路时钟源——由SPI功能块从STM-N线路信号中提取。支路时钟源——由PPI功能块从PDH支路信号中提取，不过该时钟一般不用，因为SDH/PDH网边界处的指针调整会影响时钟质量。设备内置时钟源——由SETS功能块提供。同时，SDH网元通过SETPI功能块向外提供时钟源输出接口。7.4.3SDH网络常见的定时方式SDH网络是整个数字网的一部分，它的定时基准应是这个数字网的统一的定时基准。通常，某一地区的SDH网络以该地区高级别局的转接时钟为基准定时源，这个基准时钟可能是该局跟踪的网络主时钟、GPS提供的地区时钟基准（LPR）或干脆是本SDH原理第七章定时与同步7-10局的内置时钟源提供的时钟（保持模式或自由运行模式）。那么这个SDH网是怎样跟踪这个基准时钟保持网络同步呢？首先，在该SDH网中要有一个SDH网元时钟主站，这里所谓的时钟主站是指该SDH网络中的时钟主站，网上其它网元的时钟以此网元时钟为基准，也就是说其它网元跟踪该主站网元的时钟，那么这个主站的时钟是何处而来？因为SDH网是数字网的一部分，网上同步时钟应为该地区的时钟基准时，该SDH网上的主站一般设在本地区时钟级别较高的局，SDH主站所用的时钟就是该转接局时钟。我们在讲设备逻辑组成时，讲过设备有SETPI功能块，该功能块的作用就是提供设备时钟的输入/输出口。主站SDH网元的SETS功能块通过该时钟输入口提取转接局时钟，以此作为本站和SDH网络的定时基准。若局时钟不从SETPI功能块提供的时钟输入口输入SDH主站网元，那么此SDH网元可从本局上/下的PDH业务中提取时钟信息（依靠PPI功能块的功能）作为本SDH网络的定时基准。注意：后一种方法不常用，因为SDH/PDH网络边界处（也即是PDH踎SDH处）指针调整较多，信号抖动较大，影响时钟信号的质量。SDH原理第七章定时与同步7-11此SDH网上其它S