автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Разработка модели и исследование многосвязной системы тактовой синхронизации цифровой сети

. . о

На правах рукописи

АНТОНОВА Галина Сергеевна

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСВЯЗНОЙ СИСТЕМЫ ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЦИФРОВОЙ СЕТИ

Специальность 05.12Л4. - Сети, узлы связи и распределение информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч - Бруевича

Научный руководитель - д.т.н., проф. Л.Н. ЩЕЛОВАНОВ

Официальные оппоненты: д.т.н., проф., Л.С. ЛЕВИН

засл. рационализатор РСФСР, к.т.н., доцент, В.П. ПАНКРАТОВ

Ведущее предприятие - ЛОНИИС

Защита диссертации состоится " 1997г. в час. на заседании

диссертационного совета К 118.01.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича по адресу: 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.Х.ХАРИТОНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время во всех развитых странах мира принята концепция развития средств связи на базе цифровой сети интегрального обслуживания (Integrated Service Digital Network ISDN). При переходе от аналоговых сетей связи к цифровым и далее к ISDN возникает целый ряд проблем, одной из которых является создание системы тактовой синхронизации единой для систем передачи и систем коммутации цифровой сети. Функциями тактовой синхронизации сети являются поддержание соответствующих частотных и фазовых соотношений между комбинациями тактовых генераторов узлов и устранение различных дестабилизирующих факторов, таких как фазовые дрожания (jitter), дрейф фазы (wander), проскальзывания (slips), отклонения частоты (drifts) и др. Перечисленные выше функции выполняются сетью синхронизации (СС), состоящей из генераторов узлов коммутации и каналов связи. Качество функционирования цифровой сети в большой степени определяется качеством ее сети синхронизации.

Согласно основным рекомендациям ITU-T (International Telecommunication Union -Telecommunication Standardization Sector) G.810-824, для синхронизации используют первичные цифровые сигналы (2048/1544 Кб/с) или сигналы с несущими 2048/1544 кГц. Рекомендована иерархическая организация сети синхронизации по методу ведущий-ведомый (master-slave) с первичным эталонным генератором на самом верхнем уровне и ведомыми генераторами (ведомыми часами) на более низких уровнях. К качеству синхронизации предъявляются жесткие требования, выраженные в стандартных масках по специальным интегральным критериям.

Исследованию отдельных устройств синхронизации, в качестве которых используются фазовые автоподстройки частоты (ФАПЧ), посвящено множество работ отечественных и зарубежных авторов (В.И.Тихонов, Г.И.Тузов, В.А.Левин, М.Р.Капланов, В.В.Шахгильдян, А.И.Каяцкас, Л.С.Левин, Л.Н.Щелованов, В.П.Панкратов, W.C.Lindsay, F.M.Gardner, C.M.Chie, M.K.Simon). По сетям синхронизации опубликовано значительно меньшее число работ (Л.Н.Щелованов, Н.Н.Ляготин, Н.М.Колтунов, W.C.Lindsay, A.V.Kantak., W.R.Braun) и рассмотрению ряда вопросов уделено недостаточное внимание. Обоснованный выбор решений по построению сети синхронизации требует эффективных методов их исследования.

Цели работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики исследования многосвязной системы тактовой синхронизации цифровой сети на основе ее моделирования.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории многосвязных систем автоматического управления, цифрового моделирования, теории вероятностей, математической статистики и теории случайных процессов.

Научная новизна работы заключаются в следующем:

разработана методика проведения исследований сети синхронизации на основе ее цифровой модели;

получена цифровая модель сети синхронизации, как многосвязной системы автоматического управления (МСАУ), учитывающая шумы опорных генераторов, фазовые нестабильности сети, задержки в каналах и методы их компенсации, обоснован выбор модели устройства синхронизации из возможных разновидностей цифровых моделей ФАПЧ;

предложена методика для оценки качества сети синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ) и вариации времени (ВВ);

проведено исследование устойчивости сети синхронизации методом Д- разбиений, включая анализ влияния количества узлов и связности сети синхронизации на ее устойчивость;

исследованы статические и динамические характеристики сети синхронизации в соответствии с теорией МСАУ;

исследованы полоса удержания и полоса захвата сети синхронизации и проведен анализ влияния параметров устройств синхронизации (ФАПЧ), шумов опорных генераторов, количества узлов и связности сети синхронизации на полосы удержания и захвата;

исследовано влияния задержек в каналах синхронизации на характеристики сети синхронизации;

решена задача параметрической оптимизации отдельных устройств сети синхронизации (ФАПЧ) по критерию повышения помехоустойчивости.

Практическая ценность проведенных исследований заключается в следующем.

Предложенная методика исследований сети синхронизации на базе ее цифровой модели позволяет проводить детальные исследования сетей синхронизации произвольной топологии и структуры.

Оценка качества сетей синхронизации может проводиться по стандартным критериям, требования к которым жестко закреплены международными рекомендациями.

Разработанную модель сети синхронизации в сочетании с методологией проведения исследований целесообразно использовать для принятия обоснованных

решений по построению сетей синхронизации и определению оптимальных параметров ее элементов.

Основные положении, выносимые на защиту:

1. Предложенная методика проведения исследований сети синхронизации на основе ее цифровой модели.

2. Разработанная универсальная модель сети синхронизации, учитывающая шумы опорных генераторов, фазовые нестабильности сети, задержки в каналах и методы их компенсации.

3. Методика оценки качества сетей синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ), вариации времен (ВВ), и др.

4. Результаты исследования устойчивости сети синхронизации с использованием метода Д-разбиений. С ростом числа узлов сети синхронизации область устойчивости увеличивается.

5. Результаты исследований полосы удержания и полосы захвата сети синхронизации.

6. Результаты исследования влияния задержек в каналах на характеристики сети синхронизации.

7. Постановка и решение оптимизационной задачи в смысле повышения помехоустойчивости сети синхронизации.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются СИ

организациями, занимающими^разработкой цифровых сетей связи, и в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций.

Апробация работы ц публикации. Результаты обсуждались и были одобрены на международных, региональных научных конференциях и на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Государственного университета телекоммуникаций. По результатам диссертации опубликовано 18 работ в открытой печати и специальных изданиях.

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в работе, получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы Цели и задачи работы, перечислены основные результаты диссертации, определена практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе обосновывается значение тактовой синхронизации в. ходе эволюции сетей связи, описываются ее основные функции, стандартные характеристики и требования к ним. Приводится описание сети синхронизации, рекомендованной к применению международными организациями стандартизации. Сеть синхронизации строится по иерархическому принципу (рисунок 1) и состоит из ведущих и ведомых генераторов, расположенных на разных уровнях иерархии. В качестве сигнала синхронизации используются сигналы со скоростью 2048/1544 Кб/с или сигналы с несущими равными 2048/1544 кГц.

Первичный задающий генератор должен подстраиваться по всемирному координированному времени (Universal Time Coordinated) и обладать долговременной относительной нестабильностью частоты менее, чем 10"". На транзитных и местных узлах сети располагаются ведомые генераторы, которые чаще всего представлены схемами поддержания тактовой синхронизации, содержащими фазовые автоподстройки частоты (ФАПЧ). Требования к ведомым генераторам уменьшаются от ведомых генераторов транзитных узлов к ведомым генераторам местных узлов и зависят от ответственности участка информационной сети, где они применяются.

Q Ведомые часы

Рис.1. Иерархическая сеть синхронизации В сетях синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy SDH), из-за особенностей их построения, распространение сигналов тактовой синхронизации может осуществляться двумя способами. Первый способ включает передачу синхросигналов, байт - синхронно упакованных в виртуальные контейнеры VC-12/11. При втором способе для синхронизации используется сигнал синхронного транспортного модуля наивысшего уровня (Synchronous Transport Module level M STM-M). Второй способ является более предпочтительным, так как при его использовании фазовые дрожания менее значительны, чем при первом. На ответственных участках сети рекомендуется применять второй способ. Применение первого способа возможно для обеспечения синхронизацией удаленных узлов сети SDH.

Организациями по стандартизации выделен ряд интерфейсов синхронизации, к качеству которых предъявляются жесткие требования. Основными интерфейсами являются первичный эталонный интерфейс, соответствующий точке между первичным эталонным генератором (интерфейс А), и эталонный интерфейс, имеющий место между ведомыми генераторами первого и второго уровня (интерфейс В).

К интерфейсам синхронизации предъявляются жесткие требования, выраженные в ограничительных масках по специальным критериям максимальной ошибки временного интервала МОВИ (Maximum Time Interval Error MTIE), вариации времени BB (Time Variation TVAR), девиации времени ДВ (Time Deviation TDEV) и др.

В этом разделе показывается, что для выбора экономически обоснованных решений при построении сетей синхронизации необходимы эффективные методы их исследования.

Во втором разделе рассматриваются методы исследования сетей синхронизации. Показано, что сеть синхронизации является многосвязной системой автоматического управления (МСАУ) и для оценки эффективности ее работы должны быть сформулированы общие требования к ее характеристикам. Для исследования сети синхронизации могут быть использованы основные положения теории автоматического управления, включающие оценки устойчивости и качества процесса управления.

Показано, что в виду сложности сети синхронизации, как многосвязной системы автоматического управления (МСАУ), при анализе ее устойчивости целесообразно использовать метод Д-разбиений. Метод Д-разбиений заключается в построении областей устойчивости и неустойчивости в плоскости (пространстве) произвольных параметров многосвязной системы.

Для оценки качества процесса управления сети синхронизации используют прямые оценки качества переходных процессов (установившаяся ошибка, время регулирования), косвенные оценки (метод коэффициентов), частотные оценки (по значениям полосы пропускания, частоты среза) и обобщенные интегральные критерии качества (МОВИ, ВВ).

Рассмотренные методы относятся к методам анализа сетей синхронизации. В работе также рассмотрены методы частичного синтеза сетей синхронизации, к которым относится параметрическая оптимизация отдельных устройств синхронизации. Оптимизация может быть проведена с целью повышения помехоустойчивости сети синхронизации.

В этом разделе показано, что из-за сложности системы и разнообразия подлежащих оценке характеристик исследование сетей синхронизации целесообразно проводить на модельном уровне с использованием компьютерной техники.

Третий раздел посвящен сравнительному анализу существующих моделей сетей синхронизации и их оценке. Показано, что модель, приведенная в европейских рекомендациях, абстрактна, отражает конкретную топологию сети синхронизации и не обладает универсальностью. В этой модели учтены собственные шумы генераторов, суточный дрейф фазы и случайные изменения фазы, имеющие место в каналах синхронизации.

Вторая рассматриваемая модель, предложенная Линдсеем, представляет собой ряд аналитических зависимостей, расчет по которым - трудоемкий процесс даже при небольшой размерности сети. При увеличении числа узлов сложность задачи исследования сети синхронизации аналитическим методом еще более возрастает. Обобщенное описание сети синхронизации, полученное на основе модели взаимной синхронизации двух генераторов, имеет вид:

Т(0=П(/>)+Р(р)-[с + С + Х+Я]-Л (•)

гдеТ(/) = [ 7,'(г), 'Гг (г),..., (г)]" - матрица временных процессов на выходах ФАПЧ; £2(*) = [£},(/),Я2(/),...,ОдДО]"- матрица нормированной частоты ФАПЧ; F(p) = diag[F¡(p),F2(p),...,FN(p)]юN - матрица передаточных функций ФАПЧ;

- ти)~ 7;(г - >71;) + Д.,]] ^ матрица процессов ФАПЧ; С = -З./)]] " матрица оценок процессов ФАПЧ;

N=15, Л^.,Д0]У л,- матрица шумов в прямых каналах; N=[5, - матрица шумов в обратных каналах;

Л = [1,1,...,1]" - единичная матрица.

В этой модели учитываются шумы опорных генераторов и тепловые шумы каналов. Возможно моделирование сетей синхронизации с различными методами компенсации задержек.

Третья рассматриваемая модель базируется на математическом описании моделируемой системы на уровне уравнения вход-выход :

где У(р), Х(р) - изображения выходной и входной переменных, 1¥(р) - операторная передаточная функция системы.

А<р,

Ав„

А в,

1П

ми

тт

Щ

А в..

А в.

1У

п

-^пт

Рис. 2. Структурная схема взаимной синхронизации п генераторов За основу этой модели взята сеть взаимной синхронизации, состоящая из и узлов, рассмотренная как многосвязная система автоматического управления (МСАУ). Структурная схема взаимной синхронизации п генераторов приведена на рисунке 2.

Модель получена в матричном виде для изменения фазы на выходе устройств синхронизации:

Др = \У'(м-Д0 +<?•!), (3)

и для фазовой ошибки:

(4)

£ = \У(м-Д0 +4-1), где М - матрица внешних перекрестных связей; Ар - вектор выходных переменных; 4 - матрица возмущений;

матрица передаточных функций замкнутых ФАГГЧ относительно сигналов на

П{р)

их выходах, элементы которой имеют вид

1+и^у

\VF- матрица передаточных функций замкнутых ФАПЧ относительно фазовой

IV (р) - операторная передаточная функция разомкнутого контура отдельной ФАПЧ. Для упрощения в выражениях (3)-(4) оператор "р" опущен.

При использовании этой модели для моделирования сетей синхронизации, имеющих большое число узлов, требуется нахождение оригинала от сложных выражений (переход во временную область), что весьма затруднительно.

В последней из рассматриваемых моделей сети синхронизации использован метод цифрового моделирования. При использовании этого метода уравнение вход - выход записывается во временной области в виде универсального рекурсивного соотношения:

где х[пТ]- входной сигнал произвольной формы в виде решетчатой функции; у[пТ]- выходной сигнал;

АI, - коэффициенты в области дискретного преобразования Лапласа; I - порядок операторной передаточной функции \У(р) звена; пТ - дискретное время (Т - период дискретизации, п=0,1,2,..,). Определение коэффициентов А{ , уравнения (5) производится при помощи специальных матриц коэффициентов

где Б, - матрица перехода от обычного преобразования Лапласа (¿-преобразования) к 1- преобразованию порядка !, переход выполнен по методу Боксера- Таллера;

ап 6,-матрицы-столбцы коэффициентов числителя и знаменателя операторной передаточной функции 1У(р) моделируемого линейного звена.

Обобщенное выражение для описания сети синхронизации, получено в следующем матричном виде:

ошибки, элементы которой имеют вид W"{p) =

\ + Ц{р)'

(5)

A, =Sra,

(6)

где - вектор сигналов ошибок,

Дб[л] - матрица внешних перекрестных связей, £[и] - матрица возмущений.

Д</{п\ - вектор выходных переменных устройств синхронизации, а - весовой коэффициент,

I - единичная матрица,

п - относительное дискретное время.

Эта модель сети синхронизации использует удобный математический аппарат и позволяет получать модели сетей синхронизации любой связности, имеющие большое количество узлов.

В этом разделе показано, что при моделировании сетей синхронизации целесообразно использовать метод цифрового моделирования. Цифровая модель сети синхронизации должна учитывать шумы опорных генераторов, задержки в каналах и дестабилизирующие факторы, имеющие место в цифровых сетях.

Четвертый раздел посвящен разработке модели сети синхронизации с использованием метода цифрового моделирования. Рассмотрен метод цифрового моделирования, этапы составления цифровой модели, расчет коэффициентов и пример использования метода. Подчеркнуты достоинства метода цифрового моделирования, основными из которых являются универсальность, сопрягаемость и контролируемость. Использование этого метода позволяет снять ограничения на вид входного воздействия и сложность моделируемой системы.

Согласно идеологии составления модели сети синхронизации для определения элементов вектора выходных переменных Д<р\п\ в (6) необходимо задаться конкретными схемами устройств синхронизации. Рассмотрена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с пропорционально - интегрирующим фильтром второго порядка.

Показано, что возможны три разновидности цифровой модели ФАПЧ, имеющие в своем составе различное число рекурсивных уравнений. Модели первого и второго вида состоят из уравнения замыкания и уравнения вход-выход, представленного тремя рекурсивными уравнениями в модели первого вида и одним уравнением в модели второго вида. Модель третьего вида получена на основе операторной передаточной функции замкнутой системы и включает одно рекурсивное уравнение, которое может быть написано относительно выходной переменной ФАПЧ или сигнала фазовой ошибки.

На основании сравнения трех цифровых моделей доказаны преимущества цифровой модели первого вида. Обоснование такого выбора основано на следующем. Во-первых, при использовании цифровой модели первого вида можно контролировать процесс на выходе каждого из звеньев ФАПЧ: фазового дискриминатора (ФД), пропорционально-интегрирующего фильтра и подстраиваемого генератора (ПГ). Во-вторых, только при использовании этой цифровой модели становится возможным учет возмущающих воздействий внутри контура управления ФАПЧ, что существенно при моделировании и исследовании многосвязных сетей синхронизации. В-третьих,

программа моделирования ФАПЧ по этой модели обладает более высоким быстродействием по сравнению с программами других моделей.

Цифровая модель ФАПЧ первого вида состоит из четырех уравнений, которые после перехода к относительному дискретному времени записываются в виде:

уравнения замыкания

е [и] = Ав [л] - Афг], (7)

уравнения ФФД

Щ 1>-о

уравнения пропорционально- интегрирующего фильтра

1 ( 2 2 И = —г ] X А2-у ' Ам1 [" - ~ X в2-у' д"2 [« - И

"I и=0 и-1

уравнения ПГ

А<р[л] = ~|X 4-у • Ли21п-у]-ВЦ-Аф-1]

Ц и.о

Приведены цифровые модели для фазовых дискриминаторов с линейной (без ограничений слева и справа) характеристикой, а также с нормированной несимметричной треугольной, синусоидальной и косинусоидальной характеристиками. Разработаны модели для фазовых дискриминаторов, использующих принципы амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) и широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В последних двух моделях учтены шумы квантования путем введения в уравнение (8) случайного процесса с равномерным распределением.

Разработана цифровая модель ФАПЧ с непосредственным воздействием на генератор тактовой частоты (ГТЧ). Предполагается, что подстраиваемый по частоте генератор имеет линейную характеристику управления Аа> = кпг ■ Аи2. Показано, что полученная модель (10) при определенных допущениях может быть использована и для моделирования ПГ другого вида. Например она может быть использована в модели ФАПЧ с делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД) при больших значениях опорного коэффициента деления к и малом шаге изменения частоты Дк, так как характеристика управления ПГ в этом случае близка к линейной. Получены цифровые модели ПГ с экспоненциальной характеристикой управления по частоте, а так же модели цифровых ПГ, применяемых в схемах цифровых ФАПЧ.

Так как качество сети синхронизации в большой степени зависит от характеристик генераторов и других дестабилизирующих факторов, разработаны модели случайных процессов, имеющих место в сети синхронизации.

(8)

(9)

(10)

Предложена модель собственного шума генераторов, которая включает точность начальной установки частоты, долговременную и кратковременные относительные нестабильности. В работах Линдсея функцию мгновенной угловой частоты моделируют в виде:

где о)„ - номинальное значение частоты генератора,

ЦО) - случайная величина с нулевым средним значением, выражающая начальную ошибку по частоте,

1^(1) - суммарное действие уходов частоты порядков к> 1,

кратковременные нестабильности генератора.

При работе в нормальных условиях влиянием изменения температуры и других дестабилизирующих факторов, таких как изменением внешнего давления, влажности можно пренебречь.

При моделировании приняты следующие предположения. Процесс ЦО), описывающий погрешность начальной установки, является случайным процессом с нулевым средним и среднеквадратическим отклонением, равным точности начальной установки. Процесс £уМ описывает долговременную нестабильность частоты, которая характеризуется частотно-временной характеристикой генератора. Для моделирования процесса кратковременных изменений частоты использована дисперсия Аллана случайного относительного отклонения частоты, как функция разброса изменения частоты от периода измерения или частоты изменения. Переход от частоты к фазе выполнен включением дополнительного звена, являющегося идеальным интегратором.

В соответствии со спецификой работы цифровых фильтров, в их моделях должны учитываться шумы квантования различной природы. Разработаны модели цифрового фильтра фазового дискриминатора и цифрового пропорционально - интегрирующего фильтра с учетом шумов квантования, вызванных округлением результатов при каждой операции логического умножения и сложения. Предполагается, что случайный процесс округления распределен по равномерному закону.

Процесс суточных фазовых изменений (дрейфа) может быть описан законом синуса:

(П)

ф) - стационарный случайный процесс с нулевым средним, описывающий

где р - амплитуда дрейфа фазы,

Тдрф - период изменений, ТДРФ = 1 сутки.

Случайные переходы описаны как периодические изменения фазы на 1 мкс раз в 25 дней, полярность которых случайна и распределена по равномерному закону:

Д02[и'/] =

( .V 2гг'а т т (13)

И) —«Р» пТ=т-ТП1Г

О, при пТф т- Тшр

где а - величина перехода фазы, а= КГ6сек,

// - случайное целое число с равномерным распределением в диапазоне [0,1], ТПЕР - период изменений, ТПЕР=25 суток, Г-счетный период.

Для моделирования сетей синхронизации с различными методами компенсации задержек, внесены изменения в уравнение замыкания (7). Для сети синхронизации с компенсацией задержки при помощи линии задержки получим:

с[п\ = Ьв[п]-Ь<р{п-п], (14)

где г = л • Г - оценка задержки распространения сигнала в канале.

На основе разработанной цифровой модели, полученной в этом разделе, проводится исследование устойчивости сети синхронизации и качества процесса управления.

В пятом разделе приводятся основные результаты исследования сетей синхронизации на основе разработанной модели. Исследования посвящены анализу устойчивости, оценке качества управления и решению задачи параметрической оптимизации с целью повышения помехоустойчивости сети синхронизации.

Проведено исследование устойчивости сети синхронизации методом Д -разбиений. Построены области устойчивости для сетей синхронизации с различным числом узлов и связностью. При построении границ Д- разбиений фиксировались значения параметров, при которых многосвязная система (сеть синхронизации) переходит в неустойчивое состояние. Переход многосвязной сети синхронизации в неустойчивое состояние определяется по временным диаграммам, приведенным на рисунке 3.

В ходе экспериментов выявлена закономерность, что с ростом числа узлов сети синхронизации область устойчивости увеличивается. Также получены результаты исследования влияния характеристики ФД на устойчивость сети.

Исследовано влияние структуры сети синхронизации (числа узлов и связности) а также вида характеристики ФД на установившуюся ошибку и длительность переходного процесса.

1 пТ

\ Л 11 г !| / »

т 41 1 Л 1 1 1 Л 1 1 _ \ 1 1 / \ 1 1 1 / \ 1 1 / \ [ 1/ \ 1 1 1 / \ 1 1/ 1 \ / I 1 \ у I |\/|

\ 2?00 1 1 ^50012 1 ! / 1 / ! \ 1 \ Г500 I 1 10300

I V V / V 1 V Ц V

Рис. 3. Временные диаграммы сети синхронизации а) устойчивый режим работы, б) неустойчивый режим работы Исследована полоса удержания и захвата сети синхронизации: влияние качества опорных генераторов, количества узлов и связности сети синхронизации на ширину полосы удержания и полосы захвата.

Проведена оценка влияния параметров устройств синхронизации на степень подавления фазовых дрожаний.

Исследовано влияние сосредоточенной помехи на работу сети синхронизации. Подтверждено, что при частоте сосредоточенной помехи близкой к частоте синхросигнала наблюдается срыв синхронизации.

Оценено влияние задержек в каналах связи на качество тактовой синхронизации. Обоснована необходимость компенсации задержек в сетях синхронизации. Проведено сравнение качества синхронизации с компенсацией задержек и без них.

Для различных топологий сети синхронизации получены оценки качества синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ) и вариации времени (ВВ).

0.4 0,3

Целевая

функций '>

0,1

0

Рис.4. Результаты параметрической оптимизации

Решена задача параметрической оптимизации устройств синхронизации (отдельных ФАПЧ) с целью повышения помехоустойчивости сети синхронизации. В качестве целевой функции использовалась дисперсия случайного процесса на выходе ФАПЧ, в случае когда не ее вход подавалось случайное фазовое возмущение с нормальным законом распределения и экспоненциальной автокорреляционной функцией. Ограничения накладывались на выбросы переходной характеристики, замкнутой ФАПЧ. Оптимизация проводилась методом случайного поиска. В результате проведенной оптимизации достигнуто уменьшение целевой функции (дисперсии) более, чем в два раза (рис.4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты

Разработана методика проведения исследований сети синхронизации на основе ее цифровой модели. Методика позволяет проводить детальные исследования сетей синхронизации во временной области, включая анализ устойчивости, качества процесса управления и решение оптимизационных задач.

Получена цифровая модель сети синхронизации, как многосвязной системы автоматического управления (МСАУ), учитывающая шумы опорных генераторов, фазовые нестабильности сети, задержки в каналах и методы их компенсации. Модель обладает свойством универсальности, позволяющим моделировать многосвязные сети синхронизации.

Обоснован выбор модели устройства синхронизации из возможных разновидностей цифровых моделей ФАПЧ. Выбранная модель устройства

5 10 15 20 25 30 35 40 Шаги оптимизации, N

синхронизации позволяет включать различные фазовые возмущения в контур управления ФАПЧ.

Предложена методика для оценки качества сети синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ) и фонации времени (ВВ).Разработанная цифровая модель позволяет рассчитать предложенные в рекомендациях по построению сетей синхронизации критерии на основе решетчатых функций.

Проведено исследование устойчивости сети синхронизации методом Д-разбиений, включая анализ влияния количества узлов и связности сети синхронизации на ее устойчивость.

Исследованы статические и динамические характеристики сети синхронизации в соответствии с теорией МСАУ.

Исследованы полоса удержания и полоса захвата сети синхронизации и проведен анализ влияния параметров устройств синхронизации (ФАПЧ), шумов опорных генераторов, количества узлов и связности сета синхронизации на полосы удержания и захвата.

Исследовано влияние задержек в каналах синхронизации на характеристики сети синхронизации.

Решена задача параметрической оптимизации отдельных устройств сети синхронизации (ФАПЧ) по критерию повышения помехоустойчивости сети синхронизации. Достигнуто уменьшение критерия качества более чем в два раза.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Антонова Г.С., Щелованов JI.H., Доронин Е.М. Моделирование и оптимизация элементов сетевой тактовой синхронизации//47 НТК:Тез.докл../ СПбГУТ,- СПб, 1994.

2. Антонова Г.С., Щелованов JI.H., Доронин Е.М. Обоснование целесообразности применения метода Боксера-Таллера для цифрового моделирования сложных линейных звеньев//5-я ВНТК: Тез.докл./ СПВВИУС. - СПб,1994.

3. Антонова Г.С., Щелованов Л.Н., Доронин Е.М. Оптимизация параметров сепаратных устройств тактовой синхронизации цифровой сети передачи данных//5-я ВНТК: Тез. докл./ СПВВИУС. - СПб, 1994.

4. Antonova G.S, Shchelovanov L.N., Doronin Е.М. Simulation and Optimization of fragment elements of Network Clock Synchronization// ISFOC-94: Proc:/ SUT.-St.- Petersburg, 1994.

5. Антонова Г.С., Щелованов Л.Н. Моделирование ЦФАПЧ, содержащей линейные и нелинейные звенья, для тактовой синхронизации цифровой сети//Сб. науч.тр.завед.связи/ СПбГУТ.-СПб, 1995.

6. Антонова Г.С., Щелованов JI.H., Доронин Е.М Параметрическая оптимизация ФАПЧ с использованием метода имитационного моделирования// 48 НТК:Тез. докл../СПбГУТ,-СПб, 1995.

7. Антонова Г.С. Разработка алгоритма универсальной модели сети синхронизации// 49 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ.- СПб, 1996.

8. Антонова Г.С, Щелованов Л.Н. Моделирование системы тактовой синхронизации цифровой сети связи//! НПК "Региональная ипформатика":Тез.докл./-СПб, 1995.

9. Антонова Г.С., Щелованов Л.Н., Доронин Е.М Моделирование сети синхронизации//

49 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ,- СПб, 1996.

10. Antonova G.S, Shchelovanov L.N., Vuong S.T. A Universal Model for SONET/SDH Synchronization Networks//etaCOM'96 May 1996: Proc./ - Portland, Oregon, USA, 1996

11. Antonova G.S, Shchelovanov L.N., Vuong S.T. Simulation of SONET/SDH Synchronization Networks// BSC-18, June 1996:Proc./-Kingston, Ontario, Canada, 1996

12. Antonova G.S, Shchelovanov L.N., Vuong S.T A Universal Model for SONET/SDH Synchronization Networks// CS - Report /UBC.-Vancouver, B.C., 1996

13. Antonova G.S. MTIE estimation for different SONET/SDH synchronization network topologies//ISCIS-XI, November 1996:Proc./.-Antalya, Turkey, 1996.

14. Антонова Г.С. и др. Обобщенная модель основного блока сети синхронизации// 50 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ,- СПб, 1997.

15. Антонова Г.С. Матрица связности для модели SONET/SDH сети синхронизации// 50 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ.- СПб, 1997.

16. Антонова Г.С. Влияние структуры SONET/SDH сетей синхронизации на их характеристики// 50 НТЮТез. докл../ СПбГУТ,- СПб, ¡997.

17. Антонова Г.С. Моделирование частотных нестабильностеи спорных генераторов системы сетевой тактовой синхронизации// 50 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ,- СПб, 1997.

18. Антонова Г.С. Компенсация задержек в системах сетевой тактовой синхронизации//

50 НТК:Тез. докл../ СПбГУТ,- СПб, 1997.

Подписано к печати 28.04.97 г. ЛР N 0204275 от 10.03.92 Объем 1 печ. Л. Тир. 77 экз. Бесплатно. Зак. 2.(83

Тип. СПБГУТ, Санкт-Петербург, 198320, Свободы, 31