Способ построения системы единого времени с использованием двунаправленных цифровых каналов электросвязи

Способ построения системы единого времени с использованием двунаправленных цифровых каналов электросвязи

Реферат

Изобретение относится к области связи и может быть использовано на сетях связи, базирующихся на технологии синхронной цифровой иерархии (СЦИ) для получения на любом узле сети связи сигналов времени, с заданной точностью соответствующих шкале времени эталонного источника времени.

В настоящее время известно приемное устройство сигналов времени (СВ) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) GPS «Acutime 2000 Synchronization Kit», сертификат в системе сертификации средств измерений №0000875 от 14.01.2003 г, пр-во Trimble Navigation Ltd, США. Приемник СРНС позволяет реализовать систему единого времени (СЕВ) распределенной структуры при установке приемника СРНС у каждого пользователя СВ. Недостатками указанного способа построения СЕВ являются зависимость системы от электромагнитной обстановки и технического состояния СРНС, необходимость большого количества приемных устройств СРНС (равное числу пользователей СВ) и необходимость хранения шкалы времени (ШВ) при пропадании эталонного сигнала.

Также известен способ построения СЕВ, являющийся наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом (прототипом) к заявляемому способу (Давыдкин П.Н. Система единого и точного времени в телекоммуникационных сетях. Материалы 9-й международной научно-практической конференции «Эволюция транспортных сетей телекоммуникаций. Проблемы построения, развития и управления. Ялта, сентябрь 2006 г.// Вiсник УНДIЗ. - Кiев, 2006 г. - №1. - С.47-55). Прототип использует приемное устройство СРНС ГЛОНАСС в качестве источника СВ, серверы NTP (Network Time Protocol, Сетевой протокол времени по IETF RFC 1305) и вычислительную сеть TCP/IP (асинхронная сеть электросвязи с коммутацией пакетов) как средства формирования, хранения и распространения СВ.

Одним из основных недостатков прототипа является низкая точность получаемых СВ (от 10^-3 до 10^-1 с, в зависимости от архитектуры, пропускной способности и нагрузки вычислительной сети). Это объясняется непредсказуемостью задержек распространения сигнала в вычислительных сетях TCP/IP. Также недостатком является зависимость системы от электромагнитной обстановки и технического состояния СРНС.

Технический результат, который достигается при реализации предлагаемого способа по сравнению с прототипом - построение СЕВ, не зависящей от электромагнитной обстановки и состояния СРНС, обладающей лучшими характеристиками точности.

Сущность изобретения состоит в том, что заявляемый способ построения СЕВ использует непосредственную связь с эталонным источником времени, сеть связи СЦИ (синхронную сеть электросвязи с коммутацией каналов) для распространения СВ, а также сигналы тактовой сетевой синхронизации (ТСС) сети СЦИ для формирования и хранения СВ. В результате чего обеспечивается независимость от электромагнитной обстановки и состояния СРНС и высокие характеристики точности привязки СВ к ШВ эталонного источника времени.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом.

На чертеже приведена структурная схема реализации способа построения СЕВ с использованием двунаправленных цифровых каналов электросвязи.

Система строится следующим способом. На узлах сети электросвязи расположено каналообразующее оборудование 1, соединяемое с мультиплексорами систем передачи СЦИ 2, 3, 4 стандартными цифровыми сигналами электросвязи Е12 (2048 кбит/с по рек. МСЭ-Т G.703), в разрыв которых включается аппаратура распределения сигналов времени (АРСВ) 5, 6, 7.

Мультиплексоры 2, 3, 4 соединяются между собой двунаправленными агрегатными оптическими сигналами.

В зависимости от выполняемых функций приема и передачи СВ, АРСВ в составе СЕВ может быть ведущей, промежуточной и оконечной. На чертеже АРСВ 5 является ведущей (только передает сигналы времени к другой АРСВ), АРСВ 6 является промежуточной (принимает СВ от одной АРСВ и передает СВ к другой АРСВ), АРСВ 7 является оконечной (только принимает СВ от другой АРСВ). Между ведущей и оконечной АРСВ может включаться несколько промежуточных АРСВ посредством мультиплексоров систем передачи СЦИ.

Передача СВ происходит в виртуальном канале передачи, организованном за счет одного из битов национального использования San (n=4, 5, 6, 7, 8) синхронной цикловой структуры сигнала 2048 кбит/с (по рек. МСЭ-Т G.704) без влияния на передачу канальной информационной нагрузки.

Передача СВ происходит синхронно с сигналом цикловой синхронизации ЦС того сигнала Е12, в котором на позиции бита San передаются СВ.

АРСВ 5 состоит из формирователя ШВ 8 и устройства передачи СВ 9. АРСВ 6 состоит из формирователя ШВ 10, устройства приема СВ 11 и устройства передачи СВ 12. АРСВ 7 состоит из формирователя ШВ 13 и устройства приема СВ 14.

АРСВ 5, 7 аналогичны АРСВ 6, но АРСВ 5 не содержит устройство приема СВ, а АРСВ 7 не содержит устройство передачи СВ.

В состав устройства передачи СВ 9 АРСВ 5 входят: узел выделения бита San и сигнала ЦС 15; узел вставки бита San и выделения ЦС 16; управляющее устройство 17; регистры хранения текущих значений Ш 18, 19.

В состав устройства приема СВ 11 АРСВ 6 входят: узел выделения бита San и сигнала ЦС 20; узел вставки бита San и выделения ЦС 21, управляющее устройство 22; регистры хранения текущих значений ШВ 23, 24.

Устройство передачи СВ 12 полностью аналогично устройству передачи СВ 9. Устройство приема СВ 14 полностью аналогично устройству приема СВ11.

Формирователи ШВ 8, 10, 13 формируют текущие значения времени и даты (секунды, минуты, часы, день месяца, месяц, год) путем деления частоты опорного сигнала ТСС 2048 кГц (по рек. МСЭ-Т G.703), поступающего с одного из выходов мультиплексоров 2, 3, 4 на один из входов формирователей ШВ 8, 10, 13.

Формирователь ШВ 8 ведущей АРСВ 5 синхронизируется по времени непосредственно от выходного сигнала эталонного источника времени 2 5, поступающего на один из входов формирователя ШВ 8.

В случае потери сигнала от эталонного источника времени 25 формирователь ШВ 8 осуществляет хранение ШВ с точностью, зависящей от точности и стабильности частоты опорного сигнала ТСС.

Устройства пользователей СВ 26 получают сигналы времени от формирователей ШВ 8, 10, 13.

АРСВ 5 соединяется с АРСВ 6 двунаправленным цифровым каналом передачи Е12, организуемым в сети электросвязи:

- в прямом (совпадающим с направлением распространения СВ) направлении от выхода узла вставки бита San и выделения сигнала ЦС 16 к входу мультиплексора 2, далее от мультиплексора 2 к мультиплексору 3, от мультиплексора 3 к входу узла выделения бита San и сигнала ЦС 20;

- в обратном направлении от выхода узла вставки бита San и выделения сигнала ЦС21 к одному из входов мультиплексора 3, далее от мультиплексора 3 к мультиплексору 2, от мультиплексора 2 к входу узла выделения бита San и сигнала ЦС 15.

АРСВ 6 соединяется с АРСВ 7 аналогичным образом посредством устройств 12, 14 и мультиплексоров 3, 4.

Сигналы Е12 с выходов каналообразующего оборудования 1 поступают в АРСВ 5, 6, 7, проходят через узлы вставки бита San и выделения сигнала ЦС устройств передачи СВ 9, 12 и приема СВ 11, 14 и поступают на входы мультиплексоров 2, 3, 4.

Сигналы Е12 с выходов мультиплексоров 2,3,4 поступают в АРСВ 5, 6, 7, проходят через узлы выделения бита San и сигнала ЦС устройств передачи СВ 9, 12 и приема СВ 11, 14 и поступают на входы каналообразующего оборудования 1.

Вся информация между каналообразующим оборудованием 1 и мультиплексорами 2, 3, 4 передается через АРСВ без изменений, кроме одного бита San, который служит для передачи СВ.

Синхронизация ШВ промежуточной АРСВ 6 с ШВ ведущей АРСВ 5 происходит следующим образом.

Устройство приема 11 АРСВ 6 инициирует цикл синхронизации шкал времени: синхронно с сигналом ЦС, поступающим с выхода узла 21 на вход управляющего устройства 22, последнее формирует сигнал, поступающий на один из входов регистра 24. По данному сигналу в регистре 24 сохраняется текущее значение ШВ формирователя 10, поступающее в виде двоичного кода с одного из выходов формирователя 10 на один из входов регистра 24 («метка времени 1» - ТМ 1).

В тот же момент, также синхронно с сигналом ЦС, поступающим с выхода узла 21 на вход управляющего устройства 22, последнее начинает передачу по виртуальному каналу передачи данных контрольного бита.

Контрольный бит поступает с выхода управляющего устройства 22 на вход узла 21, где происходит вставка контрольного бита в бит San с последующей передачей последнего в составе сигнала Е12 с одного из выходов узла 21 на один из входов мультиплексора 3, далее к мультиплексору 2, с выхода которого на АРСВ 5 на вход узла 15 и после выделения бита San на вход управляющего устройства 17.

В момент поступления контрольного бита с выхода узла 15 на вход управляющего устройства 17 синхронно с сигналом ЦС, также поступающим с выхода узла 15 на вход устройства 17, последнее формирует сигнал, поступающий с его выхода на вход регистра 18. По данному сигналу в регистре 18 сохраняется текущее значение ШВ формирователя 8, поступающее в виде двоичного кода с одного из его выходов на один из входов регистра 18 («метка времени 2» - ТМ2).

Устройство передачи 9 АРСВ 5 продолжает цикл синхронизации шкал времени: синхронно с сигналом ЦС, поступающим с выхода узла 16 на вход управляющего устройства 17, последнее формирует сигнал, который с его выхода поступает на один из входов регистра 19. По данному сигналу в регистре 19 сохраняется текущее значение ШВ формирователя 8, поступающее в виде двоичного кода с одного из выходов формирователя 8 на один из входов регистра 19 («метка времени З» - ТМЗ).

В тот же момент, также синхронно с сигналом ЦС, поступающим с выхода узла 16 на вход управляющего устройства 17, последнее по виртуальному каналу начинает передачу данных кодовой последовательности, содержащей значения ШВ, сохраненные в регистрах 18, 19 и считываемые управляющим устройством 17 в виде двоичных кодов, поступающих на его входы с выходов регистров 18, 19.

Кодовая последовательность поступает с выхода управляющего устройства 17 на вход узла 16, где происходит вставка битов кодовой последовательности в бит San с последующей передачей последнего в составе сигнала Е12 с одного из выходов узла 16 на вход мультиплексора 2, далее к мультиплексору 3, с выхода которого на АРСВ 6 на вход узла 20, а после выделения бита San на вход управляющего устройства 22.

В момент поступления кодовой последовательности с выхода узла 20 АРСВ 6 на вход управляющего устройства 22 синхронно с сигналом ЦС, также поступающим с выхода узла 20 на вход устройства 22, последнее формирует сигнал, поступающий с его выхода на вход регистра 23. По данному сигналу в регистре 23 сохраняется текущее значение ШВ формирователя 10, поступающее в виде двоичного кода с одного из выходов формирователя 10 на один из входов регистра 23 («метка времени 4» - ТМ4).

Значения ШВ, поступившие в составе кодовой последовательности, сохраняются в управляющем устройстве 22. Значения ШВ, сохраненные в регистрах 23, 24 считываются управляющим устройством 22 в виде двоичных кодов, поступающих на входы последнего с выходов регистров 23, 24.

В результате, в управляющем устройстве 22 формируются 4 значения шкал времени («метки времени») - ТМ1, ТМ2, ТМ3 и ТМ4.

Пользуясь известным встречным методом дистанционного сличения шкал времени, в управляющем устройстве 22 рассчитывается необходимое для обеспечения временной синхронизации смещение шкалы времени формирователя 10:

Δt=0,5·(TM2+TM3-TM1-TM4)

Шкала времени формирователя 10 корректируется на требуемую величину Δt сигналом, поступающим с одного из выходов управляющего устройства 22 на один из входов формирователя 10.

На этом текущий процесс синхронизации ШВ промежуточной АРСВ 6 с ШВ ведущей АРСВ 5 завершается. Затем устройство приема СВ 11 АРСВ 6 инициирует следующий цикл синхронизации ШВ. Таким образом, цикл синхронизации ШВ повторяется периодически.

Синхронизация ШВ двух промежуточных АРСВ, соединенных каналом передачи, или синхронизация ШВ оконечной АРСВ 7 с ШВ промежуточной АРСВ 6 происходит аналогично выше описанному.

Таким образом, можно осуществить синхронизацию шкал времени всех АРСВ, образующих СЕВ и соединенных двунаправленными цифровыми каналами электросвязи.

Характеристики точности привязки СВ, поступающих на устройства пользователей СВ 26, к шкале времени эталонного источника времени определяются, главным образом, асимметрией задержки распространения сигнала в цифровой сети электросвязи в прямом и обратном направлениях. По результатам испытаний, проведенных авторами, точность СВ, получаемых при построении системы по заявляемому способу, на любом узле сети не хуже ±(1-2)10^-4.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию «новизна», так как подобное решение не известно из уровня техники.

Таким образом, предложенный способ соответствует критериям патентоспособности изобретения.

Предложенный способ является промышленно применимым, так как существующие технические средства и технологии обработки сигналов позволяют технически его реализовать. Предложенный способ соответствует критерию «изобретательский уровень», так как он явным образом не следует из уровня техники. В существующих технических решениях не выявлено каких-либо возможных преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками и влияющих на достижение указанного технического результата.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Способ построения системы единого времени, предусматривающий формирование и хранения шкал времени, а также их синхронизацию с использованием двунаправленной передачи сигналов времени, отличающийся тем, что для формирования и хранения шкал времени используют сигналы тактовой сетевой синхронизации сети связи синхронной цифровой иерархии, и передачу сигналов времени осуществляют в виртуальном канале передачи, организованном за счет одного из битов национального использования синхронной цикловой структуры сигнала электросвязи Е12, причем формирование, хранение и синхронизация шкал времени, а также непосредственная связь с эталонным источником времени осуществляется аппаратурой распределения сигналов времени.