Експлуатаційні вимірювання канального рівня

РЕФЕРАТ ПО ТЕМІ:

ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВИМІРЮВАННЯ Канальні РІВНЯ

Введення

До групи вимірювань канального рівня можна віднести наступні групи вимірів:

- Вимірювання параметрів бітових помилок;

- Вимірювання блокових помилок, в тому числі помилок за CRC, безпосередньо пов'язаний з паспортизацією каналів систем передачі Е1;

- Вимірювання кодових помилок і їх вплив на параметри бітових помилок;

- Аналіз циклової і сверхцікловой структури;

- Вимірювання параметрів якості аналогових сигналів, які передаються в системі Е1.

Основні стандарти норм на параметри помилок в цифрових системах передачі

Параметр помилки, зазвичай званий BER (Bit Error Rate), являє собою основний параметр виміру цифрових систем передачі і комутації.

Розглянемо основні стандарти, що визначають параметри та методи вимірювань помилок в цифрових системах передачі.

Для вітчизняних фахівців істотними можна вважати три міжнародних стандарту, що знайшли відображення в ITU-T G.821, G.826 і М.2100. Рекомендації ITU-T можна умовно розділити на довготривалі норми якості цифрових каналів (G.821 і G.826) і оперативні норми (М.2100). Довготривалі норми орієнтовані на аналіз якості міжнародних каналів і трактів і вимагають довготривалого моніторингу параметрів якості. Оперативні норми більш орієнтовані на вирішення задач експлуатації систем передачі і передбачають короткочасні вимірювання. Довготривалі норми G.821 і G.826 поділяються за швидкостями передачі: G.821 визначає норми на параметри каналів ОЦК - 64 кбіт / с, норми на параметри якості цифрових систем передачі зі швидкостями вище 64 кбіт / с визначені в G.826.

По-перше, слід зазначити, що існують два методи вимірювань параметрів помилки: вимірювання параметрів бітової помилки (BER) та вимірювання параметрів блокових помилок (BLER). Вимірювання параметрів бітових помилок вимагають завантаження в канал тестової послідовності (фіксованого тестової послідовності або псевдовипадковою - ПСП, PRBS) і порівняння послідовності на вході з послідовністю на виході цифрового каналу (синхронізація по тестової послідовності). У результаті вимірювань виходить значення BER. Таким чином, вимірювання BER завжди робиться з відключенням цифрового каналу від системи передачі. Методи вимірювання блокових помилок пов'язані з використанням блоків даних. Одиничної помилкою тут є одна або декілька помилок у складі блоку, таким чином, значення BER і BLER можуть не збігатися. Вимірювання блокових помилок можливі в режимі без відключення каналу у випадку використання різних механізмів застосування циклового надлишкового коду (CRC) і т.п.

По-друге, при вимірах параметрів помилки поділяються на два типи параметрів: основні параметри помилок і похідні параметри. Основні параметри безпосередньо пов'язані з фіксуванням помилок і кількістю переданої інформації (кількість переданих бітів або блоків, кількість помилкових бітів або блоків, BER, BLER). Інші параметри помилок є похідними, тобто вони виводяться з основних по визначених алгоритмах. До них відносяться параметри секунд з помилками, секунд, уражених помилками, хвилин деградації якості, секунд неготовність каналу і т.д. Похідні параметри не вимірюються безпосередньо, а обчислюються в процесі вимірювань за основними параметрами.

1. Параметри помилок і методи їх вимірювань за G.821

Рекомендація G.821 була сформульована як норми на параметри помилок для міжнародного сполучення ISDN. Таким чином, всі параметри, що регламентуються цією рекомендацією, відносяться до каналу ОЦК, тобто до каналу 64 кбіт / с. У реальній практиці вимірювання за G.821 можуть проводитися на швидкостях понад 64 кбіт / с. У цьому випадку зберігається логіка тестування і набір параметрів. Всі результати нормуються щодо швидкості каналу ОЦК.

Розглянемо логіку тестування згідно G.821. Рекомендація передбачає в якості основного параметру вимір параметра помилки по бітах - BER.

Для нормування параметрів помилки всі канали були розбиті на три категорії якості відповідно до гіпотетичної моделлю комутованого міжнародного каналу ISDN.

Рисунок 1 - Розподіл роботи каналу за параметрами його готовності

Для організації вимірювань пропонувався наступний підхід. Весь час вимірювань розбивалося на дві частини: секунди готовності каналу (AS, AT) та секунди неготовність каналу (UAS, UT) (рис. 1). Секунди неготовність каналу починають відраховуватися після прийому 10 послідовних секунд з параметром BER гірше, ніж 10 ^-3. Секунди з параметром BER гірше 10 ^-3 вважаються секундами неготовність каналу. Вимірювання похідних параметрів помилки проводяться тільки в плині часу готовності каналу. У разі настання часу неготовність каналу рахунок параметрів помилки припиняється.

У результаті вимірювань аналізується три групи параметрів: основні параметри вимірів, похідні параметри, безпосередньо використовувані в G.821 і додаткові похідні параметри. У табл. 1 вказані параметри, що відповідають кожній групі.

Таблиця 1 - Параметри, вимірювані відповідно до методології G.821

Вимірювання засновані на підрахунку кількості помилок. Першим кроком йде поділ усього часу проведення вимірювань на час готовності і час неготовності каналу, в результаті виділяється параметр UAS. Потім під час готовності каналу виробляється підрахунок секунд з помилками ES, автоматично розраховується параметр EFS. Для секунд з помилками розраховується параметр ВЕР і обчислюється параметр SES. На основі аналізу SES розраховується параметр DM.

Як зазначалося вище, вимірювання відповідно до методології G.821 передбачають відключення каналу і проведення вимірювань з використанням ПСП (для потоку Е1 рекомендовано використання ПСП ^{15 Лютого} -1).

У цьому випадку існує три методи організації вимірювань, представлених нижче.

Найбільш простим способом вимірювань є вимірювання за схемою "точка-точка" (рис. 2). Для вимірювання необхідні два аналізатора потоку Е1, включені по схемі з відключенням каналу, один у якості генератора тестової послідовності, інший - аналізатора параметрів Цифрового каналу. Генератор тестової послідовності посилає в мережу по заданому каналу потік Е1, цей потік проходить через первинну мережу і приходить на аналізатор-приймач. Синхронізація тестової послідовності забезпечує проведення вимірювань фізичного і канального рівнів. Для тестування може використовуватися весь потік Е1.

Рисунок 2 - Схема вимірювань параметрів каналів ЦСП типу "точка-точка"

Крім вимірювань параметрів помилки в процесі тестування цифрових каналів актуальне проведення стресового тестування, параметри якого представлені на екрані справа. При проведенні вимірювань канального рівня істотні наступні варіанти стресового впливу:

- Внесення бітової (EBIT) або кодової (ECOD) помилок;

- Імітація прослизань в цифровій системі передачі;

- Імітація сигналів про несправності (LSS);

- Імітація несправностей в лінійному сигналі - генерація довгих послідовностей нулів (ALLO) або одиниць (ALL1).

У процесі стресового тестування аналізується реакція системи передачі на який чиниться вплив:

- Стабільність і швидкість відновлення циклової і сверхцікловой синхронізації;

- Виникнення у цифровій системі передачі помилок CRC і генерація сигналів про несправності;

- Реакція вбудованих засобів самодіагностики (сенсорів) на імітуючі ситуації в системі передачі, фіксування несправностей системою управління первинної мережі.

Істотним недоліком описаної схеми є необхідність використання у вимірі двох аналізаторів.

Цей недолік усувається при проведенні шлейфових вимірювань за схемою. Для вимірювань встановлюється шлейф через цифрову первинну мережу. Аналізатор при цьому є одночасно генератором потоку Е1. Недоліком схеми є необхідність використання двох цифрових каналів зв'язку для проведення вимірювань замість одного. Крім того, результати вимірювань залежать від параметрів обох вимірюваних каналів, що ускладнює локалізацію ділянок деградації якості.

2. Параметри помилок і методи їх вимірювань за G.826

Основними принципами методології є:

- Застосовність до цифрових систем передачі зі швидкостями вище 64 кбіт / с;

- Облік основних швидкостей передачі, що використовуються в сучасних цифрових системах PDH;

- Можливість вимірів без відключення каналу - орієнтація на експлуатаційні вимірювання працюючих систем.

Основною відмінністю методології вимірювань за G.826 щодо G.821 є перехід від вимірювань помилок по бітах до вимірювань помилок по блоках. В якості блоку може використовуватися або блок ПСП, або цикл. У першому випадку вимірювання повинні проводитися з відключенням каналу з використанням схем, описаних вище. В останньому випадку блоковими помилками є помилки по CRC, і вимірювання можуть проводитися за схемою пасивного моніторингу цифрового каналу.

Таблиця 2 - Параметри, вимірювані відповідно до методології G.825

Згідно G.826 передбачено вимір таких параметрів: ЕВ, ES, SES, ВВЕ, ESR, SESR, BBER. На відміну від методології G.821 в G.826 не вимірюється параметр DM, зате з'являється новий параметр - вимірювання кількості блоків з фоновою помилкою (ВВЕ). Вже відомі параметри ES, SES, ESR та SESR в G.826 мають іншу інтерпретацію, пов'язану з методологією виміру блокових помилок. Важливою особливістю вимірювань за методологією G.826 є неявне визначення часу неготовність каналу. Основні параметри вимірів по G.826 діляться на дві групи: основні і похідні параметри (табл. 2).

Малюнок 3 - Алгоритм вимірювання параметрів по G.826

Алгоритм вимірювання параметрів згідно методології G.826 представлений на рис. 3. Згідно з рекомендаціями G.821 і G.826 визначається час проведення вимірювань - 30 днів. Цей період забезпечує коректну об'єктивацію результатів вимірювання, включаючи специфічні особливості радіочастотних цифрових систем передачі. На практиці, однак, вимірювання протягом такого тривалого періоду проводяться досить рідко. Зазвичай для експлуатаційних вимірювань вважається достатнім для об'єктивації проведення вимірювань на протязі 24 годин, що визначено в М.2100.

Як випливає з методології по G.826, в основі вимірювань лежить аналіз BLER і параметрів блокових помилок. У результаті крім описаних вище схем організації вимірювань набула поширення методика пасивного моніторингу цифрових каналів. У цьому випадку аналізатор підключається до системи передачі по високоомного з'єднанню. На рис. 6 показаний також приклад відображення результатів вимірювань параметрів помилки по G.826/M.2100. Всі параметри вимірюються як на ближньому кінці (Near end), так і на віддаленому (Far end). У число параметрів вимірювань включаються параметри ES, SES і US, єдині для методології G.826 і М.2100, а також параметри ВВЕ і ABE, пов'язані з методології G.826 і не вимірювані в методології М.2100.

3. Особливості методології по М.2100

Методологія М.2100/М.2101 була розроблена з метою розширення методики G.821/G.826 з метою експлуатації. Відмінною особливістю методик М.2100/М.2101 є орієнтація на індикаційні виміру, коли в якості результатів вимірювання робиться висновок про проходження / не проходження тесту, а не виходять кількісні величини параметрів. В якості основних параметрів для вимірювань були обрані параметри SES і ES.

Рекомендація М.2100 була вперше опублікована в 1993 р. і визначила параметри порогових значень для проведення вимірювань для цифрових систем передачі PDH. Розвиток технології цифрової первинної мережі та впровадження технології SDH призвело до необхідності доопрацювання методології та появи рекомендації М.2101, де визначено порогові значення для проведення вимірювань систем передачі SDH.

Другою важливою особливістю методології М.2100/М.2101 є зменшення часу проведення вимірювань до 15 хвилин з наступними вимірами протягом 24 годин, якщо результат короткочасного вимірювання опиниться в "середній зоні" (рис. 4).

Рисунок 4 - Методика індикаційних вимірювань

Третьою відмінною рисою методології М.2100 / М.2101 є використання не одного, як у G.821/G.826, а двох порогових значень для виділення "середньої зони". Якщо результат вимірювання потрапляє в "середню зону", він потребує додаткового уточнення методами довготривалого аналізу.

4. Вимірювання параметрів кодових помилок. Зв'язок кодових і бітових помилок

Кодовими помилками або помилками кодування називаються будь-які порушення правил лінійного кодування. Для систем передачі Е1 найбільше поширення одержали два типи лінійного кодування: AMI і HDB3. З цих типів лінійного кодування останній являє собою найбільш поширений в сучасній практиці тип лінійного коду. Кодування HDB3 передбачає використання певного алгоритму вставок імпульсів для збереження перешкодозахищеності коду на фізичному рівні. У результаті в системах Е1 можуть виникати помилки лінійного кодування, пов'язані з порушенням цього алгоритму.

Слід зазначити, що кодові помилки представляють собою незалежний по відношенню до двійкового помилок параметр. Дійсно, кодова помилка в різних випадках може призвести до однієї або декількох двійкового помилок, а може і не привести до появи бітової помилки. Так, на рис. 8 показаний приклад виникнення декількох бітових помилок з-за однієї кодової. Як показано на малюнку, при поширенні лінійного сигналу з кодом HDB3 по каналу виникає кодова помилка, яка при декодуванні призводить до двох двійкового помилок.

У реальній практиці кодові помилки вимірюються нарівні з бітовими. У ряді випадків зіставлення результатів вимірювань дає можливість визначити причину виникнення бітових помилок, розділивши статистичні бітові помилки, що з'являються в процесі поширення сигналу на каналі, і помилки, пов'язані з порушеннями правил лінійного кодування. Такий поділ ефективно для пошуку причини погіршення якості в системах передачі.

Основною перевагою аналізу кодових помилок є те, що для таких вимірювань прилад не потрібно налаштовувати на конкретний тип циклової структури і переданих даних. У результаті прилади, щоб забезпечити аналіз кодових помилок, досить прості. Другою перевагою є можливість проведення вимірів кодових помилок без відключення каналу, в режимі пасивного моніторингу.

В якості прикладу на рис. 5 показано екран результатів вимірювань кодових помилок аналізатора VICTOR. На екрані показано кількість кодових помилок ECOD = 0 і загальна кількість переданих бітів BITS = 2,878 x10 ^7. Параметри EPAR (помилка парності при передачі даних) і EFRA (помилка асинхронної передачі даних) в даному випадку є неактивними.

Рисунок 5 - Вимірювання параметрів кодових помилок

5. Аналіз циклової і сверхцікловой структури

Ще однією важливою групою вимірювань канального рівня є вимірювання, пов'язані з аналізом циклової і сверхцікловой структур, куди входить аналіз структур FAS і MFAS, а також аналіз помилок з CRC, що відносяться до вимірювань параметра помилки. Значення циклової і сверхцікловой структур в технології PDH/E1 дуже велике. Будь-які порушення цих структур можуть призвести до збою циклової і сверхцікловой синхронізації. У результаті такого збою не виникають бітові помилки, однак приймач, втративши циклову структуру, втрачає інформацію трафіку. Так, втрата циклової синхронізації приводить в сучасних системах до втрати до трьох циклів інформації трафіку. Втрата сверхцікловой синхронізації може призвести до втрати кількох надцикл інформації трафіку, що являє собою досить великий обсяг. В якості прикладу можна сказати, що при втраті сверхцікловой структури в потоці ІКМ-30, що використовується для міжстанційного обміну в телефонній мережі, всі з'єднання (а їх одночасно може бути до 30) зазвичай руйнуються.

Таким чином, будь-які порушення циклової і сверхцікловой структури істотно позначаються на параметрах якості цифрової системи передачі. Разом з тим необхідно відзначити, що аналіз циклової і сверхцікловой структур має сенс тільки як доповнення до вимірювань параметрів помилки. Дійсно, збої в циклової і сверхцікловой структурах можуть виникати з трьох причин:

- Бітова помилка (наприклад, статистична) потрапляє на TSO або TS16, в результаті йде збій циклової (сверхцікловой) синхронізації;

- Несправність у роботі каналоутворюючого обладнання;

- Некоректна реалізація алгоритмів формування FAS і MFAS.

З перерахованих причин виникнення збою тільки остання вимагає експлуатаційного аналізу FAS і MFAS. Однак, враховуючи рівень розвитку технології PDH, слід зазначити, що ця причина є малоймовірною.

Дві перші причини виникнення збою в FAS і MFAS не вимагають детального аналізу циклової і сверхцікловой структури. У разі виникнення одиничної бітової помилки в TSO або TS16, алгоритми підтримки циклової і сверхцікловой синхронізації, реалізовані в обладнанні, дозволять зберегти синхронізацію і не призведуть до появи секунд неготовність каналу. Поява бітової помилки в TSO або TS16 протягом декількох послідовних циклів (надцикл) малоймовірно за винятком випадків, коли загальний параметр помилок наближається до порога BER = 10 ^-3, що вже означає неготовність каналу.

У разі появи несправності в роботі каналоутворюючого обладнання цю несправність легко виявити без детального аналізу циклової структури. Такий збій повинен привести до збільшення параметра UAS в процесі тесту за параметрами помилки, а також регулярній появі сигналів про несправності типу LOS, LOF і AIS.

Таким чином, аналіз циклової і сверхцікловой структур являє собою групу додаткових до вимірювання параметра помилки вимірювань канального рівня. Додатковий характер цих вимірів відбився в тому, що в більшості приладів аналіз FAS і MFAS робиться тільки на рівні індикації появи помилки циклової і сверхцікловой структур. У цьому випадку при появі такої помилки аналізатор генерує на екрані відповідний сигнал про несправності. Характер порушення циклової і сверхцікловой структур виявляється недоступним для вивчення. До сигналам про несправності FAS і MFAS відносяться кілька сигналів: LOF, CAS-LOM, CRC-LOM, MAIS і MRAI. Всі перераховані сигнали можуть нести корисну інформацію про порушення в циклової і сверхцікловой структурах сигналів. Перераховані сигнали про несправності можуть використовуватися як у системі самодіагностики та управління в системі передачі, так і генеруватися аналізаторами Е1 в разі виникнення помилки.

Слід зазначити, що ряд аналізаторів Е1 забезпечує безпосереднє відображення бітів циклової і сверхцікловой структур.

6. Вимірювання параметрів якості аналогових сигналів, які передаються в системі Е1

Останньою групою вимірювань канального рівня в системах передачі Е1 є аналіз параметрів якості передачі аналогових сигналів. Ця категорія вимірів первинної мережі характерна тільки для систем передачі Е1, оскільки тільки в потоці Е1 здійснюється пряме мультиплексування аналогових сигналів (каналів ТЧ). При експлуатації систем передачі Е1 виникає задача оцінки якості наданих ними аналогових каналів. Мова йде саме про оцінку, оскільки повний аналіз аналогового каналу передбачає тестування з специфікації вимірювань каналів ТЧ і для експлуатації цифрової первинної мережі навряд чи виправданий.

Для проведення вимірювань з оцінки якості аналогових сигналів використовується методологія тонального тестування всередині потоку Е1. Для цього аналізатор Е1 в цифровому вигляді передає одночастотний сигнал в одному з канальних інтервалів. Також для аналізу може використовуватися сторонній генератор одночастотного аналогового сигналу, що підключається безпосередньо до входу мультиплексора ІКМ-30. Другий аналізатор відновлює одночастотний сигнал і аналізує параметри якості передачі аналогового сигналу. До таких параметрів можуть належати:

- Частота переданого одночастотного сигналу;

- Рівень одночастотного сигналу;

- Рівень шумів в переданому сигналі;

- Відношення сигнал / шум на заданій частоті.

Вимірювання останніх двох параметрів реалізовано не в усіх вимірювальних приладах.