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)先進的數(shù)字微波系統(tǒng)和交換系統(tǒng)，目前正在加緊建設光纖傳輸系統(tǒng)，預計在未來的2～3年內(nèi)將建成一個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)務網(wǎng)種類較少，對同步的要求也并不高，網(wǎng)絡同步實現(xiàn)的方式均是以各業(yè)務內(nèi)碼流提取時鐘并采用主從同步的方式，隨著通信網(wǎng)的不斷發(fā)展擴大，需要同步的業(yè)務網(wǎng)日益增多，尤其是高速數(shù)據(jù)業(yè)務和SDH傳輸系統(tǒng)在網(wǎng)上的大量使用，對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，必須建立一個獨立于業(yè)務網(wǎng)之外的數(shù)字同步網(wǎng)來支撐整個華北電力通信網(wǎng)的通信質(zhì)量。為此，華北電力集團公司的全系統(tǒng)同步網(wǎng)，已經(jīng)2001年下半年建成并投入運行。
一、同步網(wǎng)技術探討
1．同步網(wǎng)的發(fā)展
數(shù)字同步網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段。第一，混合型同步網(wǎng)。此種同步網(wǎng)采用交換機時鐘作為同步網(wǎng)節(jié)點時鐘。早期的數(shù)字同步網(wǎng)目標是使交換網(wǎng)同步，采用混合型組網(wǎng)。其結構非常簡單，一般采用簡單的樹狀結構，在網(wǎng)絡運營維護中心設置了一個基準鐘（一般由自主運行的銫原子鐘組成），基準定時信號經(jīng)傳輸網(wǎng)傳遞到各個交換中心，各級交換機時鐘成為同步網(wǎng)節(jié)點時鐘�？梢哉J為，同步網(wǎng)不是一個獨立的物理網(wǎng)，它的維護管理依賴于交換網(wǎng)。第二，獨立型同步網(wǎng)。隨著通信網(wǎng)由模擬向數(shù)字演進，新業(yè)務不斷涌現(xiàn)，對同步的要求越來越高，對同步網(wǎng)各級節(jié)點時鐘提出了新的要求，對網(wǎng)絡的安全性和可靠性也提出了更高的要求。這樣，同步網(wǎng)逐漸獨立出來，形成了各級時鐘（PRC，PRS，BITS）和傳輸鏈路組成的獨立型同步網(wǎng)，并建立了相應的監(jiān)控管理網(wǎng)，形成一套運行，維護和管理機制。下文將重點論述獨立同步網(wǎng)。
2．同步的必要性
在數(shù)字傳輸系統(tǒng)和數(shù)字交換設備構成的綜合數(shù)字網(wǎng)內(nèi)，所傳遞的是離散脈沖信號，若兩個數(shù)字交換設備之間的時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的影響，就會在數(shù)字交換系統(tǒng)中的緩沖存儲器中產(chǎn)生碼元的丟失和重復，從而導致在交換節(jié)點中出現(xiàn)滑動，而交換節(jié)點出現(xiàn)滑動時的影響取決于一次群碼流所傳送的業(yè)務，舉例如表1。
表1 一次群碼流所傳送的業(yè)務對滑動時的影響
傳送的業(yè)務 滑動產(chǎn)生的影響
話音通信業(yè)務 產(chǎn)生噪聲
C3類傳真業(yè)務 圖文垂直位置信息丟失
數(shù)據(jù)通信業(yè)務 數(shù)據(jù)包的丟失，可靠性降低
壓縮視頻業(yè)務 產(chǎn)生幀"定格"
SDH傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)業(yè)務無法正常工作
隨著各種新業(yè)務的引入，要求數(shù)字網(wǎng)具有一個高穩(wěn)定度、高精度、安全可靠的網(wǎng)絡同步環(huán)境。因此必須建立一個獨立于業(yè)務網(wǎng)之外的同步網(wǎng)來支撐整個通信網(wǎng)的服務質(zhì)量。
3．同步時鐘等級
同步網(wǎng)由各節(jié)點時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，其節(jié)點時鐘等級可分為1級基準時鐘，2級節(jié)點時鐘和3級節(jié)點時鐘。其具體說明見表2。
表2 同步節(jié)點時鐘等級分類和說明
節(jié)點時鐘等級 應用 指標
1級基準時鐘
一般作為全網(wǎng)基準時鐘網(wǎng)絡中心NPRC和區(qū)域基準時鐘LPRC
長期精度應優(yōu)于1X10-11，與UTC比對的時間精度應≤300 ns，符合ITU-T G.811規(guī)定。
2級節(jié)點時鐘 作為同步網(wǎng)中一般匯接點有保持功能的高穩(wěn)時鐘 頻率準確度以基準時鐘為參考標準，在連續(xù)同步工作30天后，在保持一年時間的情況下，2級節(jié)點時鐘的準確度應優(yōu)于±1.6 X10-8,其他指標應符合ITU-T G.812標準。
3級節(jié)點時鐘 作為SDH傳輸系統(tǒng)中的網(wǎng)元時鐘 以基準時鐘為參考標準，在連續(xù)同步工作30天后，在保持一年時間的情況下，3級節(jié)點時鐘的頻率準確度應優(yōu)于±4.6X10-6。其他指標應符合ITU-T G.813規(guī)定的指標。
4．同步網(wǎng)的組網(wǎng)原則
規(guī)劃數(shù)字同步網(wǎng)應該遵守以下原則：（1）同步網(wǎng)應保證安全可靠、高起點和高質(zhì)量，網(wǎng)絡監(jiān)控管理軟件應由國內(nèi)自主開發(fā)，且方便維護；（2）在同步網(wǎng)內(nèi)不應形成環(huán)路，這是因為，一是在同步定時環(huán)路中所有時鐘與基準時鐘應隔離開來，二是由于定時參考的反饋會出現(xiàn)頻率不穩(wěn)定；（3）同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點時鐘應從不同路由獲得主用和備用基準；（4）同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點時鐘可以從其他同一級或高一級設備獲得基準；（5）從基準時鐘到末端局站的基準傳輸之間介入的時鐘數(shù)量應盡可能的少（其中二級時鐘不得多于2～3個，三級時鐘不得多于3～4個）；（6）選擇可用性最高的傳輸系統(tǒng)傳送同步基準，并盡量縮短鏈路長度來提高可靠性。
5．基準定時信號選擇傳輸系統(tǒng)的原則
�。�1）自上而下規(guī)劃主備用基準傳輸系統(tǒng)路由。（2）基準傳輸系統(tǒng)的優(yōu)選順序分別為：有保護倒換的地下光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)；有保護倒換的架空光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)；有保護倒換的數(shù)字微波系統(tǒng)；一次群對稱電纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)。并且，當同時具有PDH和SDH傳輸系統(tǒng)時應優(yōu)先選用PDH系統(tǒng)。（3）當傳輸系統(tǒng)僅有SDH系統(tǒng)時應通過STM-N信號直接提取時鐘同步網(wǎng)元時鐘。（4）基準傳輸系統(tǒng)性能的選擇盡量選擇直達路由，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)絡為局間定時傳輸鏈路組織和規(guī)劃數(shù)字時鐘同步具有相當大的難度，這方面的應用還不是十分成熟。根據(jù)ITU-T對SDH的研究進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)信息實現(xiàn)了對SDH系統(tǒng)的管理控制并能防止出現(xiàn)定時環(huán)路時，才能在SDH系統(tǒng)內(nèi)設置主備用定時鏈路。在不能通過同步狀態(tài)信息對SDH系統(tǒng)實現(xiàn)智能管理之前，為防止出現(xiàn)定時環(huán)路，只能利用線路定時方式并且不設備用定時鏈路。只設主用定時鏈路以后，一旦SDH系統(tǒng)發(fā)生故障，如中斷，將會出現(xiàn)SDH系統(tǒng)時鐘（低級鐘）長時間去同步下游綜合定時供給設備，從而導致綜合定時供給時鐘較長時間降質(zhì)，其結果是上游中斷故障向下游擴散，同步質(zhì)量下降。
由于SDH傳輸系統(tǒng)的特點，不能用2Mbit/s來傳基準定時信號，但可以用STM-N線路信號傳送定時基準信號。由于STM-N線路信號終端接入影響多路業(yè)務，必須采用高阻跨接方式直接從線路信號提取時鐘。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)務的情況下提取時鐘，同步被同步設備（BITS）的方式圖解。
二、 華北電力通信網(wǎng)的同步網(wǎng)絡建設
華北電力通信同步網(wǎng)的設備均采用大唐電信科技公司的GNSS-97同步設備。
1．華北電力數(shù)字同步網(wǎng)建網(wǎng)出發(fā)點
�。�1）建設一個性能優(yōu)良、安全可靠、便于擴容升級、方便維護，并且性價比較高，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，SDH傳輸系統(tǒng)本身會對同步信號的傳遞帶來新的問題，SDH網(wǎng)內(nèi)傳送定時信號有不少困難，必須避免采用2Mbit/s傳送定時信號，應從STM-N線路碼流中提取定時信號，以免產(chǎn)生相位躍變影響下行方向的從時鐘；（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、寬帶業(yè)務等各種新業(yè)務，這些業(yè)務對同步必將提出更高的要求；（4）同步網(wǎng)必須方便升級擴容，能夠適應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)絡結構 （見圖2）
該網(wǎng)絡工程分別在北京、廊坊、唐山、秦皇島、承德、張家口和大同等市級電力公司和天津、河北、山西內(nèi)蒙等省級電力公司設立一級基準時鐘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)同步時鐘網(wǎng)。區(qū)域基準時鐘LPR平時同步于GPS（或GPS、GLONASS雙星系統(tǒng)），在GPS（或GPS、GLONASS雙星系統(tǒng)）不可用時，能使其同步于來自基準時鐘PRC的定時基準信號。
同步供給單元SSU/BITS是受控鐘（即從時鐘），它對輸入的時鐘信號進行跟蹤與過濾整形，并提供多路輸出，為通信樓內(nèi)的數(shù)字交換設備、數(shù)字數(shù)據(jù)設備、數(shù)字復用設備等提供定時信號，其精度受基準時鐘PRC和區(qū)域基準鐘LPR控制，內(nèi)置的時鐘為Rb鐘。也可以采用PRC成與BITS一體的結構。
盡管GPS系統(tǒng)是目前造價低廉，精度很高的一種定位和定時系統(tǒng)，但是由于美國政府實施SA（可選擇性使用）政策，使我國接收到的時間和頻率精度大大下降。當GPS喪失后基站就無法切換，通信網(wǎng)的安全就會受到嚴重的損傷。針對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方式應用于華北電力通信網(wǎng)中，在接收GPS的同時又在接受俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星。由于有兩種基準供選擇，當一種基準出現(xiàn)人為干擾現(xiàn)象就能及時發(fā)現(xiàn)。從而大大提高了接收機的定位和定時精度，提高了接收的可靠性，保證了通信網(wǎng)的安全．
