劉曉麗 李偉英 張家口供電公司調(diào)度所
多年來，華北電力集團(tuán)公司在通信方面投入了大量的資金，現(xiàn)已擁有國內(nèi)先進(jìn)的數(shù)字微波系統(tǒng)和交換系統(tǒng)，目前正在加緊建設(shè)光纖傳輸系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在未來的2～3年內(nèi)將建成一個(gè)覆蓋華北各地電力調(diào)度中心和重要電廠的以光纖為主體的華北電力通信傳輸網(wǎng)，來形成國家電力公司全系統(tǒng)、全國電通傳輸網(wǎng)的子網(wǎng)。而數(shù)字同步網(wǎng)是通信網(wǎng)的三大支撐網(wǎng)之一，通信網(wǎng)發(fā)展初期，需要同步的業(yè)務(wù)網(wǎng)種類較少，對(duì)同步的要求也并不高，網(wǎng)絡(luò)同步實(shí)現(xiàn)的方式均是以各業(yè)務(wù)內(nèi)碼流提取時(shí)鐘并采用主從同步的方式，隨著通信網(wǎng)的不斷發(fā)展擴(kuò)大，需要同步的業(yè)務(wù)網(wǎng)日益增多，尤其是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和SDH傳輸系統(tǒng)在網(wǎng)上的大量使用，對(duì)同步的性能提出了更高的要求。如仍然采用傳統(tǒng)的同步方式，將無法保證同步質(zhì)量及可靠性，因此，必須建立一個(gè)獨(dú)立于業(yè)務(wù)網(wǎng)之外的數(shù)字同步網(wǎng)來支撐整個(gè)華北電力通信網(wǎng)的通信質(zhì)量。為此，華北電力集團(tuán)公司的全系統(tǒng)同步網(wǎng)，已經(jīng)2001年下半年建成并投入運(yùn)行。
一、同步網(wǎng)技術(shù)探討
1．同步網(wǎng)的發(fā)展
數(shù)字同步網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段。第一，混合型同步網(wǎng)。此種同步網(wǎng)采用交換機(jī)時(shí)鐘作為同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘。早期的數(shù)字同步網(wǎng)目標(biāo)是使交換網(wǎng)同步，采用混合型組網(wǎng)。其結(jié)構(gòu)非常簡單，一般采用簡單的樹狀結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)中心設(shè)置了一個(gè)基準(zhǔn)鐘（一般由自主運(yùn)行的銫原子鐘組成），基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)經(jīng)傳輸網(wǎng)傳遞到各個(gè)交換中心，各級(jí)交換機(jī)時(shí)鐘成為同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘。可以認(rèn)為，同步網(wǎng)不是一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)，它的維護(hù)管理依賴于交換網(wǎng)。第二，獨(dú)立型同步網(wǎng)。隨著通信網(wǎng)由模擬向數(shù)字演進(jìn)，新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，對(duì)同步的要求越來越高，對(duì)同步網(wǎng)各級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘提出了新的要求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性也提出了更高的要求。這樣，同步網(wǎng)逐漸獨(dú)立出來，形成了各級(jí)時(shí)鐘（PRC，PRS，BITS）和傳輸鏈路組成的獨(dú)立型同步網(wǎng)，并建立了相應(yīng)的監(jiān)控管理網(wǎng)，形成一套運(yùn)行，維護(hù)和管理機(jī)制。下文將重點(diǎn)論述獨(dú)立同步網(wǎng)。
2．同步的必要性
在數(shù)字傳輸系統(tǒng)和數(shù)字交換設(shè)備構(gòu)成的綜合數(shù)字網(wǎng)內(nèi)，所傳遞的是離散脈沖信號(hào)，若兩個(gè)數(shù)字交換設(shè)備之間的時(shí)鐘頻率或相位不一致，或由數(shù)字比特流在傳輸中受相位飄移和抖動(dòng)的影響，就會(huì)在數(shù)字交換系統(tǒng)中的緩沖存儲(chǔ)器中產(chǎn)生碼元的丟失和重復(fù)，從而導(dǎo)致在交換節(jié)點(diǎn)中出現(xiàn)滑動(dòng)，而交換節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)滑動(dòng)時(shí)的影響取決于一次群碼流所傳送的業(yè)務(wù)，舉例如表1。
表1 一次群碼流所傳送的業(yè)務(wù)對(duì)滑動(dòng)時(shí)的影響
傳送的業(yè)務(wù) 滑動(dòng)產(chǎn)生的影響
話音通信業(yè)務(wù) 產(chǎn)生噪聲
C3類傳真業(yè)務(wù) 圖文垂直位置信息丟失
數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)包的丟失，可靠性降低
壓縮視頻業(yè)務(wù) 產(chǎn)生幀"定格"
SDH傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法正常工作
隨著各種新業(yè)務(wù)的引入，要求數(shù)字網(wǎng)具有一個(gè)高穩(wěn)定度、高精度、安全可靠的網(wǎng)絡(luò)同步環(huán)境。因此必須建立一個(gè)獨(dú)立于業(yè)務(wù)網(wǎng)之外的同步網(wǎng)來支撐整個(gè)通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。
3．同步時(shí)鐘等級(jí)
同步網(wǎng)由各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘和傳遞同步信息的同步鏈路組成。根據(jù)數(shù)字同步網(wǎng)的分級(jí)，其節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘等級(jí)可分為1級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘，2級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘和3級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘。其具體說明見表2。
表2 同步節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘等級(jí)分類和說明
節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘等級(jí) 應(yīng)用 指標(biāo)
1級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘
一般作為全網(wǎng)基準(zhǔn)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中心NPRC和區(qū)域基準(zhǔn)時(shí)鐘LPRC
長期精度應(yīng)優(yōu)于1X10-11，與UTC比對(duì)的時(shí)間精度應(yīng)≤300 ns，符合ITU-T G.811規(guī)定。
2級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘 作為同步網(wǎng)中一般匯接點(diǎn)有保持功能的高穩(wěn)時(shí)鐘 頻率準(zhǔn)確度以基準(zhǔn)時(shí)鐘為參考標(biāo)準(zhǔn)，在連續(xù)同步工作30天后，在保持一年時(shí)間的情況下，2級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±1.6 X10-8,其他指標(biāo)應(yīng)符合ITU-T G.812標(biāo)準(zhǔn)。
3級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘 作為SDH傳輸系統(tǒng)中的網(wǎng)元時(shí)鐘 以基準(zhǔn)時(shí)鐘為參考標(biāo)準(zhǔn)，在連續(xù)同步工作30天后，在保持一年時(shí)間的情況下，3級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的頻率準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±4.6X10-6。其他指標(biāo)應(yīng)符合ITU-T G.813規(guī)定的指標(biāo)。
4．同步網(wǎng)的組網(wǎng)原則
規(guī)劃數(shù)字同步網(wǎng)應(yīng)該遵守以下原則：（1）同步網(wǎng)應(yīng)保證安全可靠、高起點(diǎn)和高質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理軟件應(yīng)由國內(nèi)自主開發(fā)，且方便維護(hù)；（2）在同步網(wǎng)內(nèi)不應(yīng)形成環(huán)路，這是因?yàn)椋皇窃谕蕉〞r(shí)環(huán)路中所有時(shí)鐘與基準(zhǔn)時(shí)鐘應(yīng)隔離開來，二是由于定時(shí)參考的反饋會(huì)出現(xiàn)頻率不穩(wěn)定；（3）同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘應(yīng)從不同路由獲得主用和備用基準(zhǔn)；（4）同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘可以從其他同一級(jí)或高一級(jí)設(shè)備獲得基準(zhǔn)；（5）從基準(zhǔn)時(shí)鐘到末端局站的基準(zhǔn)傳輸之間介入的時(shí)鐘數(shù)量應(yīng)盡可能的少（其中二級(jí)時(shí)鐘不得多于2～3個(gè)，三級(jí)時(shí)鐘不得多于3～4個(gè)）；（6）選擇可用性最高的傳輸系統(tǒng)傳送同步基準(zhǔn)，并盡量縮短鏈路長度來提高可靠性。
5．基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)選擇傳輸系統(tǒng)的原則
（1）自上而下規(guī)劃主備用基準(zhǔn)傳輸系統(tǒng)路由。（2）基準(zhǔn)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)選順序分別為：有保護(hù)倒換的地下光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)；有保護(hù)倒換的架空光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)；有保護(hù)倒換的數(shù)字微波系統(tǒng)；一次群對(duì)稱電纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)。并且，當(dāng)同時(shí)具有PDH和SDH傳輸系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用PDH系統(tǒng)。（3）當(dāng)傳輸系統(tǒng)僅有SDH系統(tǒng)時(shí)應(yīng)通過STM-N信號(hào)直接提取時(shí)鐘同步網(wǎng)元時(shí)鐘。（4）基準(zhǔn)傳輸系統(tǒng)性能的選擇盡量選擇直達(dá)路由，且選擇高可靠性、低誤碼、低漂移的傳輸系統(tǒng)。
6 . SDH傳輸系統(tǒng)接入方法
以SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)為局間定時(shí)傳輸鏈路組織和規(guī)劃數(shù)字時(shí)鐘同步具有相當(dāng)大的難度，這方面的應(yīng)用還不是十分成熟。根據(jù)ITU-T對(duì)SDH的研究進(jìn)展和國外的研究成果，只有在SDH系統(tǒng)內(nèi)利用同步狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)了對(duì)SDH系統(tǒng)的管理控制并能防止出現(xiàn)定時(shí)環(huán)路時(shí)，才能在SDH系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置主備用定時(shí)鏈路。在不能通過同步狀態(tài)信息對(duì)SDH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能管理之前，為防止出現(xiàn)定時(shí)環(huán)路，只能利用線路定時(shí)方式并且不設(shè)備用定時(shí)鏈路。只設(shè)主用定時(shí)鏈路以后，一旦SDH系統(tǒng)發(fā)生故障，如中斷，將會(huì)出現(xiàn)SDH系統(tǒng)時(shí)鐘（低級(jí)鐘）長時(shí)間去同步下游綜合定時(shí)供給設(shè)備，從而導(dǎo)致綜合定時(shí)供給時(shí)鐘較長時(shí)間降質(zhì)，其結(jié)果是上游中斷故障向下游擴(kuò)散，同步質(zhì)量下降。
由于SDH傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)，不能用2Mbit/s來傳基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)，但可以用STM-N線路信號(hào)傳送定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)。由于STM-N線路信號(hào)終端接入影響多路業(yè)務(wù)，必須采用高阻跨接方式直接從線路信號(hào)提取時(shí)鐘。圖1（見同步網(wǎng)圖1）為大唐電信公司采用高阻跨接方式在不影響同步業(yè)務(wù)的情況下提取時(shí)鐘，同步被同步設(shè)備（BITS）的方式圖解。
二、 華北電力通信網(wǎng)的同步網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
華北電力通信同步網(wǎng)的設(shè)備均采用大唐電信科技公司的GNSS-97同步設(shè)備。
1．華北電力數(shù)字同步網(wǎng)建網(wǎng)出發(fā)點(diǎn)
（1）建設(shè)一個(gè)性能優(yōu)良、安全可靠、便于擴(kuò)容升級(jí)、方便維護(hù)，并且性價(jià)比較高，盡量一步到位的全華北電網(wǎng)數(shù)字同步網(wǎng)； （2）隨著SDH傳輸網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，SDH傳輸系統(tǒng)本身會(huì)對(duì)同步信號(hào)的傳遞帶來新的問題，SDH網(wǎng)內(nèi)傳送定時(shí)信號(hào)有不少困難，必須避免采用2Mbit/s傳送定時(shí)信號(hào)，應(yīng)從STM-N線路碼流中提取定時(shí)信號(hào)，以免產(chǎn)生相位躍變影響下行方向的從時(shí)鐘；（3）隨著華北電力通信網(wǎng)的發(fā)展，將來將開通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)等各種新業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)對(duì)同步必將提出更高的要求；（4）同步網(wǎng)必須方便升級(jí)擴(kuò)容，能夠適應(yīng)以后華北電力通信事業(yè)的發(fā)展。
2．華北電力通信同步網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) （見圖2）
該網(wǎng)絡(luò)工程分別在北京、廊坊、唐山、秦皇島、承德、張家口和大同等市級(jí)電力公司和天津、河北、山西內(nèi)蒙等省級(jí)電力公司設(shè)立一級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘LPR，包括全球定位系統(tǒng)GPS和同步供給單元系統(tǒng)SSU/BITS。這些節(jié)點(diǎn)與先期建立的華北局PRC將組成華北電力通信網(wǎng)主網(wǎng)同步時(shí)鐘網(wǎng)。區(qū)域基準(zhǔn)時(shí)鐘LPR平時(shí)同步于GPS（或GPS、GLONASS雙星系統(tǒng)），在GPS（或GPS、GLONASS雙星系統(tǒng)）不可用時(shí)，能使其同步于來自基準(zhǔn)時(shí)鐘PRC的定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)。
同步供給單元SSU/BITS是受控鐘（即從時(shí)鐘），它對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行跟蹤與過濾整形，并提供多路輸出，為通信樓內(nèi)的數(shù)字交換設(shè)備、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)備、數(shù)字復(fù)用設(shè)備等提供定時(shí)信號(hào)，其精度受基準(zhǔn)時(shí)鐘PRC和區(qū)域基準(zhǔn)鐘LPR控制，內(nèi)置的時(shí)鐘為Rb鐘。也可以采用PRC成與BITS一體的結(jié)構(gòu)。
盡管GPS系統(tǒng)是目前造價(jià)低廉，精度很高的一種定位和定時(shí)系統(tǒng)，但是由于美國政府實(shí)施SA（可選擇性使用）政策，使我國接收到的時(shí)間和頻率精度大大下降。當(dāng)GPS喪失后基站就無法切換，通信網(wǎng)的安全就會(huì)受到嚴(yán)重的損傷。針對(duì)SA政策，人們提出了GNSS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。目前已經(jīng)有GPS+GLONASS方式應(yīng)用于華北電力通信網(wǎng)中，在接收GPS的同時(shí)又在接受俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星。由于有兩種基準(zhǔn)供選擇，當(dāng)一種基準(zhǔn)出現(xiàn)人為干擾現(xiàn)象就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。從而大大提高了接收機(jī)的定位和定時(shí)精度，提高了接收的可靠性，保證了通信網(wǎng)的安全．
