庄再震 天津市长途通信局
摘 要：论述了在电信网络不断扩大，新业务不断发展情况下，网步网作为业务支撑网的重要性。介绍了数字网步网的要领和组织结构，特别是本地数字同步网的结构和工作原理，介绍了同步监控管理系统的维护和管理功能。
关键词：同步；时钟；区域基准源；二级时钟设备
1引言
在电信网中，时钟和定时同步一直到个引入注目的问题。随着诸如异步转移模式（ATM）、帧中继（FR）、图像和宽带视频业务的引入和传输速率的提高，对通信网时钟和同步性能的要求也越来越高。又由于网络结构在不断变化，对网络可靠性的要求也在不断提高，因此使得作为通信支撑网之一的同步网就显得越来越重要。
我国参考和借鉴国外同步网建设的基础上，根据本国的国情，于1994年制定了数字同步网建设的整体方案，之后，数字同步网的建设进展十分迅速，目前基本完成了覆盖C3级以上电话交换中心的全国骨干同步网的建设，并随之建立了一套完善的同步网监控、维护管理机制。
2 同步网的基本概念
2.1 同步及数字同步网
同步是指信号之间的频率或相位保持某种严格的特定关系，即在相对应的有效瞬间内以同一平均速率出现。“同步”包括有比特定时（Bit tim-ing）和帧定时（Frame timing）两种定义。
数字同步网是为数字通信网提供同步参考信号的物理网络，它由同步网节点设备和同步链路所组成，以同样的时钟频率进行工作。
2.2 数字同步网的作用
同步网是最终要解决的是采用频率或相位控制的方法，为数字通信网提供统一的时钟和定时，避免数字信号产生滑动。具体地说就是：
（1）解决节点间由于频差和过量漂动引起的滑帧和64kbit/s的滑码，实现网络各结点是的同步；
（2）限制指针调整频次，实现同步数字系统（SDH）节点的同步；
（3）满足一些对定时同步有特殊需要的操作，如对相位敏感的宽带视频业务，精密仪表的测量基准源等。
3 我国的数字同步网
3.1 结构和同步方式
我国的数字同步网采用三级节点时钟结构和主从同步的方式。全网分为31个同步区，各同步区域的基准源（LPR:Local Primary Reference）接收国家时钟基准源（PRC:Primary Reference Clocks）的时钟信息，而同步区内的各级时钟则同步于LPR，最终也同步于主用PRC。如图1所示。
（1）一级节点设置一级时钟——PRC，作为全网的基准时钟源，由铷钟组成，其频率准确度达到一级时钟指标的要求。
（2）二级节点设置二级时钟，即设置LPR及同步供给单元（SSU:Synchronous Supplying Unit）作为一级时钟的从钟。LPR由晶体振荡器组成，一般通过全球定位系统（GPS:Global Positioning Sys-tem）接收LPR的时钟信息，为区域内的同步提供基准时钟源，SSU具有频率基准选择，处理和定时分配的功能。
（3）三级节点设置三级时钟，即SSU，作为二级时钟的从钟。
在主从同步过程中，二级时钟始终跟踪基准时钟PRC，从与之相连的定时链路中提取定时信号，并滤除传输中产生的损伤，然后将基准信号向下级传递。三级时钟则从二级时钟LPR提取定时信号，开成主从三级同步网络。
另外，同步网通常采用树状结构，各节点时钟直接或间接提取PRC的定时信号，每个SSU只能从上级或同级的时钟节点来获取参考信号，因此各节点时钟至少接入两个不同路由的参考信号，避免形成定时环路，如图2所示。
3.2 局间定时基准链路的选取
（1）局间定时传送方式
局间定时传送主要有三种方式：
a.准同步数字系列（PDH）E1/2048MHz专线传送；
b.采用业务电路跨接方式；
c.利用同步数字系列（S-DH）线路码流传送定时信号。
（2）局间定时基准链路的选取
局间定时基准链路选取的原则是：
a.定时基准信号传输优先采用PDH制式；
b.在采用SDH传输系统作为局间定时基准链路时，只能利用SDH线路码型STM-N传送并从中提取定时基准信号；
c.局间定时基准链路原则上不得采用PDH/SDH混合链路。
3.3 局内定时基准分配
（1）避内定时分配是SSU向局内被同步的设备提供定时基准信号的过程。局内分配采用并行分配方法（星状结构）时，不允许在局内串接多个网元时钟进行串联分配，以避免输入网元的定时基准信号质量下降。如图3所示。
（2）具有一主一备外定时接口的设备应与SSU不同时钟信号输出卡上的两路定时基准信号进行同步，且两种信号的走线应尽可能分开，以提高同步分配的可靠性。
（3）如果设备只有一路外定时输入口，则应接受来自SSU 1：1时钟信号输出卡上的定时基准信号的同步。
4 天津本地数字同步网
4.1 天津本地数字同步网的结构
目前，天津本地数字同步网为LPR+二级时钟+三级时钟结构，即在本地通信网中心设置一套区域基准钟（LPR），一套省级同步监控管理设备（SRM），一套TS（Acterna）公司的二级时钟设备（BITS）和一套在同步设备侧的接口设备（IM）；在长信中心设置一套AUSTRON公司的BITS及一套IM；在塘沽及各电话汇接局各设一套三级时钟设备。
4.2 同步网预期的目的
建设天津本地数字同步网主要有两个目的：
（1）为本地区光通信网及各业务网提供可接受的定时信号；
（2）在复杂情况下能保证同步安全可靠性。
4.3 区域基准源
天津本地数字同步网的区域基准源（LPR）是一种被广泛应的LPR，其结构如图4所示。
工作原理是，将接收到的优先锁定于上游的参考GPS信号作为主用参考信号，其长期准确度优于1×10-12。当GSP信号不可用时，可自动倒换到下一优先级的参考信号，即跟踪PRC信号。内部铷钟（Rb）一直进行时间与频率的比对，并滤除外参考信号的抖动和漂移。当所有信号均不可用时，可利用“学习积累”存储的数据，工作于保持模式。天津地区LPR输入参考信号中的两种GPS信号，直接来自卫星接收机PRC时钟源分别取自北京和武汉。
LPR输出信号格式可选择2Mbit/s和2MHz，可将时钟信号分配到局内各业务设备，并传输给下游局，作为BITS的输入参考信号。长信中心的BITS设备即属于二级时钟。
BITS的主要功能是跟踪和锁定LPR，将时钟信号分配给局内设备并传送给三级时钟设备。本地网各汇接局的时钟设备属于三级时钟。
5 数字同步网的监测控制和维护管理
为了保障同步网的运行质量，必须采取有效地措施和方法。主要包括：利用仪表定期对同步网设备性能和网络性能进行测试；建立同步网的监控管理网，对网络和设备进行实时的监测和控制，及时发现同步网运行中出现的问题；建立有效的维护管理体制，对同步网进行有效的管理和维护，及时地进行故障恢复。同步监控管理网及其功能如下。
5.1 监控管理网的组成与功能
监控管理网主要根据同步网的结构而定，一般由各级同步监控管理中心，监测链路，同步设备上的监测控制单元几部分组成，如图5所示。其功能是实时监测，控制同步网络的运行情况。
（1）同步监控管理中心
全国监控管理中心一般不直接对同步网设备（SSU）进行监测控制，而是对省监控管理中心进行管理，即从省监控管理中心收集数据，进行分析，或向省监控管理中心发送命令。这样形成了层次分明的管理结构。
省监控管理中心在同步网的监控中起着承上启下的使用，其直接监测控制SSU的运行情况和本地同步网运行情况，并接受全国监控管理中心的管理和控制，即起向上传送数据，向下发送命令的作用。
本地地监控管理中心负责监测控制辖区内SSU运行的情况，并可向上级传送数据。
（2）监测链路
同步网的监控管理是建立在对定时信号测量的基础上的，天津本地数字同步监控管理网对承载被测信号监测的链路采用的是集中测量的方式，即以上级时钟信号为基准，测量下级的时钟信号。因为采用这种监测方式结构简单、效果直观、能够及时发现下级时钟降质的情况。但须同时单独设置监测链路，将下级时钟的输出信号反馈到上级时钟的监测单元上，因而占用了传输资源。
（3）监测控制单元和数据传送
监测控制单元和终端管理软件共同完成对信号的测量、存储、基本分析，以及对设备、定时链路进行监视控制等功能，并通过公众分组交换数据网（X.25）完成各级监控管理中心数据的传送。
5.2 同步网管软件
目前，天津本地数字同步网使用的时钟设备有Austron和TS公司生产的，为了对不同厂家的设备兼容管理，邮电设计院在Microsoft Windows NT平台上开发了同步网监控管理软件。该软件分为监控管理中心和接口机两部分。天津省监控管理中心设在长信中心二楼，同时设有接口机软件，主要实现故障管理、性能管理、配置管理、安全管理和系统维护等基本功能：
（1）故障管理
故障管理包括对设备自身故障和定时故障的管理。设备故障主要有设备硬件和时钟降质故障，以及定时链路的损坏和定时链路传输性能的降质等等。
（2）性能管理
性能管理主要包括对时钟的性能的管理和对定时链路性能的管理。
性能管理是建立在对链路测量的基础上的，可以通过对时钟输出信号和输入定时链路上承载的定时信号进行测量，计算和分析，以及通过缓制各种参数的典线，来发现时钟降质和定时降质的故障。
（3）配置管理
配置管理主要包括几方面：
a.对设备主、备用卡板进行配置和倒换。由于通信网对时钟设备的可靠性要求很高，因此在时钟设备的设计中，对各种主要功能单元都进行了冗余配置，如时钟设备的输入卡板、时钟卡板等都是双配置、可以互为主备用的。
b.对定时输入信号的配置和倒换。
c.对性能监测和故障监测门限的设置及修改。即可以对传输性能参数AIS,BPV,CRC,OOF,LOS等进行监测，及对门限值进行设置和更改。
d.对告警级别设置。根据故障对网络造成的实际影响，为故障设置告警级别。
（4）安全管理
安全管理主要包括：对系统操作权限的规定：口令的设置、修改和保护；对运行中的软件模块进行保护等。
6 各业务网同步的原则和方法
数字同步网是各业务网同步的平台，各业务网以此平台为基础实现业务网的同步。目前在通信网上运行的业务网种类很多，所需要的同步功能各异。由于天津本地光传输系统主要采用的是PDH和SDH体系，因此在这时耐人寻味PDH和SDH两种传输体系下的同步实施原则和方法。
6.1 PDH条件下的同步实施原则
（1）PDH网获得同步信号的方法有两种，一种是从业务码流中获取，另一种是由楼内BITS直接供给。
a.从业务码流中提取同步信号的节点，应尽量从不同的物理路由上分别获得主、备用同步基准信号。
b.直接由BITS供给同步的楼内通信设备应配有两个外同步口，分别接BITS两块输出卡的同步信号。对个别只有一个外同步口的通信设备，接BITS内部1+1保护输出口的信号。当从BITS引接同步信号后，不宜再以业务码流为备用同步基准信号（SDH系统除外）。
（2）我国采用2048kbit/s和2048kHz两种信号作为同步网标准的接口信号。2048kHz信号应符合G.703建议，而2048kbit/s则应同时符合G.703和G.704建议。
（3）对同步接口的质量要求是：由BITS直接供给的定时信号的质量应满足G.812种输出的质量，各业务设备从业务码流中获取的同步信号的质量亦应满足G.812钟对输入质量的要求。
（4）为了充分利用BITS的监测能力，各业务网在实现同步后应维护好本业务网的网内同步，可以利用数字同步网BITS中多余的监测端口来监测一些重要通信设备的同步状况。为此，在做同步连接时，应把局内重要通信设备的反馈信号送给BITS监测。接入监测的通信设备可以是：长途电话交换机（TSPC），信令转接点（STP）和同步数字交叉连接（SDXC）设备。
6.2 PDH条件下的同步连接方法和措施
不同的业务网，同步连接的方法是不同的，这里具体介绍程控电话交换机（SPC）、异步转移模式（ATM）、因特网（IP）、帧中继（FR）和数字数据网(DDN:Digital Data Network)等网络同步连接的方法和措施：
（1）程控交换网
现有的公共电话交换网（PSTN）和窄带综合业务数字网（N-ISDN）都是窄带电路交换网络。在程控电话交换机上以时隙交叉连接实现交换功能，需要全网各交换节点同步运行。具体方法和措施是：
长途交换节点可从楼内BITS取同步信号，其它端局和远端模块局和未设BITS的汇接局原则上需用“业务网内主从同步”的方法，即从业务码流内获取同步基准信号。
引进的电话交换机绝大部分制式在结构上都可配置2048kHz外同步口卡板。但在引进时并未考虑同步的需要，因而有部分设备未配置外同步口卡板。在这种情况下需要由BITS提供同步信号，简单易行的办法是：从程控电话交换机中拿出两个中继端口（DTM）专门用于接收BITS信号，即将BITS提供的2Mbit/s的同步信号连接至专用的DTM口。这种连接方法适用于各种制式的电话交换机，但也存在浪费两个DTM端口的缺点。
（2）DDN
DDN是一个由监控管理网控制的64kbit/s信道交叉连接的数据业务网，本质上是电路交换的网络，与程控电话交换网相类似，也需要节点间的同步，而且因为其主要业务是数据通信，对同步的问题更为敏感。
DDN骨干网的节点分为核心层和接入层两类设备，核心层是DACSII（DXC）设备，接入层是N3600设备。DACSII设备一般配有2Mbit/s外同步口，在有BITS的局中应从BITS接出两种外同步信号。而N3600设备，一般配有2048kHz的外同步口，可以连接外同步信号。当N3600与DACSII设备同处一楼时，二者的中继为局内电缆连接，共同组成一个网络节点，因此宜从本节点DACSII输出的中继码流中获取同步信号，如图6所示。
如局站内无BITS，则DACSII可从上级局（或同级局）经PDH传送来的2Mbit/s中继上提取定时，实现DDN内节点的主从同步。在这种情况下，DDN的网络管理者要有网内同步规划和路由组织安排，以获得良好的同步性能和避免定时自环。
（3）ATM、FR和IP网
在ATM、FR、IP网络设备中，信息采用分组交换的方式，交换前后的分组信息可以相互无关，而且各设备端口无须与时隙一一对应，速率也不必相同。就是说具有异步传递特性，仅需要收端和发端同步即可，而不需要使终端、业务与网络保持同步。
ATM、FR和IP设备内部的时钟一般符合三级时钟的要求，且ATM、FR和IP设备有外时钟输入/输出口，能够支持外定时和业务定时两种同步方式，即外定时同步方式可直接接受同步网的定时，而业务定时则从业务码流中提取定时信号。
但对于VOICE OVER ATM/IP的实时业务，需要良好的同步（PRS），一般应首选外定时的方式。
6.3 SDH条件下的同步连接方法和措施
PDH对2Mbit/s信号采用的是正码速率调整异步复用的传输方式，链路在传送业务的同时也可以传送定时信号。而SDH则对2Mbit/s信号采用+/0-码速调整和将信号适配进VC12的方式，在传输中会受到链路抖动、漂移或不同步等因素的影响产生指针调整，使得SDH 2Mbit/s链路不合适传送定时信号。因此ITU-T建议不采用业务链路传送定时信号，而以STM-N传送定时信号的方式。
在SDH条件下，各设备主要从楼内BITS获取定时同步信号。当楼内无BITS时，可采取从SDH网上获取定时信号的方式，即用STM-N传送的方式。当以上条件都难实现时，可以根据条件，采用“从业务链路获取定时”的方法。
下面描述“从SDH网获取定时”和“从业务链路获取定时”的有关方法。
（1）从SDH网元外同步输出口的2MHz/2Mbit/s信道获取定时
SDH网元一般配有外同步输出口，可提供经SDH网元STM-N传送的定时信号，即SDH网上同步信号，有关设备可直接从SDH网元同步输出口连接到本设备的外同步输入口。如果SDH网元同步输出口送出的是2Mbit/s信号，则相关设备也可以划出一个2Mbit/s业务中继口作为同步专用接口。
（2）为2Mbit/s业务码流换定时
经过SDH传输后的2Mbit/s业务码流会受适配处理和指点针调节的影响，因此采用换定时（Retiming）的方法可以获取同步。所谓换定时就是让2Mbit/s的业务码流读出。这时2Mbit/s业务码流即具有了SDH网上的确良定时信号，可为相关设备定时和同步。但不是2Mbit/s业务码流与上游业务节点的同步，而是与SDH网的同步。
（3）从2Mbit/s业务码流获取定时
在两个SDH网元端到端使用的特殊情况下，不存在适配抖动和指针调节的问题，这是因为：
a. 2Mbit/s固定路由仅经过一对SDH网元端到端连接，不必迂回改路由；
b.SDH的定时与2Mbit/s业务“同源同路由”。因此B局业务设备可以从A局来的任一2Mbit/s业务码流中获取定时，如图7所示。
（4）以高次群的速率在SDH中传送定时
指针调整对140Mbit/s的影响仅约为150ns,相关设备一般都能接受这样小幅度跃变的定时信号。但VC12一次指针调整所引起的信号改变则约为3.6μs,相关设备是不能容忍如此大的幅度跃变的。所以为了传定时，可以把多个2Mbit/s集合在一起，形成一个整体在SDH中传输，到相关设备的收端局后再分出各自的2Mbit/s。这一般也有两种方法。
（1）以PDH方式复用到140Mbit/s后再适配到VC4，然后在SDH中传输。
（2）将2Mbit/s适配到VC12，再在SDH网元内同步复用到VC4，然后进行相关设置，使SDH沿途各节点能把该VC4作为整体处理，使VC4不被分解（如果出现指针调整也仅在VC4级进行调整）。
相比较，第一种比第二种PDH复用器，好莱坞处是140Mbit/s码流能适合到VC4，适配的抖动小。而第二种方式则是将2Mbit/s的码流适配入VC12，适配中的抖动较大。
7 各业务网的同步监测要求
各业务网在建立同步之后，应把同步运行情况纳入日常维护日程，随时监测业务节点的同步状态和滑码情况。对业务网内重要的节点设备还可以反馈信号给辖区内的BITS，监测其同步性能。利用BITS的监测能力和同步监控管理网的能力来帮助业务网发展或诊断同步中出现的问题。
[参考文献]
[1] 程根兰.数字同步网.北京:人民邮电出版社,2000.
[2] ITU-T建议.G.810.关于同步网的定义和术语.1995.
[3] ITU-T建议.G.811.PRC的定时要求,1996.
[4] ITU-T建议,G.812.关于节点从钟的定时要求,1997.
摘自 北极星电技术网
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