DE4446511A1 - Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem mit hierarchischem Synchronisierungsnetz - Google Patents

Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem mit hierarchischem Synchronisierungsnetz

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Description

Die Erfindung betrifft ein synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs und ein Netzelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 für ein synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem.
Ein synchrones digitales Übertragungssystem arbeitet z. B. gemäß einem Standard für synchrone digitale Hierarchie (SDH/SONET-Standard). In einem solchen digitalen Übertragungssystem sind einzelne Netzelemente durch unterschiedliche Übertragungsmedien (z. B. Kupferkabel, Lichtwellenleiter oder Funkstrecken) miteinander verbunden.
Eine Anbindung eines Netzelements an ein Übertragungsmedium erfolgt durch Schnittstelleneinrichtungen (network node interface), die z. B. aus den ITU-T Empfehlungen G.703 und G.957 bekannt sind. In der Empfehlung G.703 sind Festlegungen von elektrischen Eigenschaften solcher Schnittstelleneinrichtungen und in der Empfehlung G.957 sind Festlegungen von optischen Eigenschaften der Schnittstelleneinrichtungen angegeben. In einer Schnittstellereinrichtung, die an einen Lichtwellenleiter angeschlossen ist, werden z. B. ankommende optische Signale durch einen optoelektrischen Wandler in elektrische Signale gewandelt.
Ein Netzelement ist z. B. eine Vermittlungsstelle für ein öffentliches Fernsprechnetz, oder ein Crossconnect oder ein ADD/Dropp Multiplexer. Ein in der Vermittlungsstelle eingesetztes Vermittlungsprinzip macht es erforderlich, daß alle Vermittlungsstellen im System synchron miteinander arbeiten. Einen Überblick, wie eine Synchronisierung der Vermittlungsstellen erfolgen kann, gibt der Artikel von M. Wolf et al., "Synchronisierung und Timing", Elektrisches Nachrichtenwesen (Alcatel), 4. Quartal 1993, Seiten 349 bis 358.
Dort sind zwei Verfahren zur Synchronisierung der Netzelemente genannt: Master/Slave-Synchronisierung und gegenseitige Synchronisierung.
Beim Master/Slave-Verfahren wird ein einziger Primär-Referenztakt zur Synchronisierung einer ersten Hierarchieebene von Knoten verwendet. Diese Knoten übergeben ihre abgeleiteten Takte an die Knoten einer nächsten Ebene und so weiter. Beim Verfahren der gegenseitigen Synchronisation sind alle Knoten gleichwertig über die bestehenden digitalen Verbindungen miteinander verbunden. In jedem Knoten wird aus den eintreffenden Taktsignalen und einem eigenen internen Takt ein mittlerer Phasenwert berechnet.
Beim Master/Slave-Verfahren ist somit ein hierarchisches Synchronisierungssystem gegeben. In einem System gemäß dem Standard für synchrone digitale Hierarchie (SDH) ist ein Rahmen festgelegt, der in einem Multiplexabschnitt einen als SOH bezeichneten Bereich hat. (SOH: Section Overhead). In diesem SOH wird ein Synchronisierungs-Qualitätsindikator übertragen, für den die Bits 5 bis 8 des S1-Bytes festgelegt sind. (Siehe z. B. ITU-T Empfehlung G. 707, G.708 oder G.709.)
Dieser Synchronisierungs-Qualitätsindikator gibt eine Qualitätsklasse eines übertragenen standardisierten Referenztaktes an und bietet eine leistungsfähige, autonome Funktion zur Verbesserung des Qualitätsmanagements der Synchronisierung. Der Synchronisierungs-Qualitätsindikator ist allgemein als "synchronization status message" bekannt und wird im folgenden mit SSM bezeichnet. Durch die Bits 5 bis 8 des S1-Bytes werden u. a. z. B. standardisierte Referenztakte G. 811, G. 812 gemäß ITU-T oder eine Meldung "Don′t use for synchronisation" festgelegt, die im folgenden als DNU bezeichnet wird.
Aus einem Arbeitsdokument von B. Neihoff, "More on Synchronization Status Message problems", ETS/TM3/WG6, Working Document 22, Oslo, 25-29 October 1993, ist bekannt, daß bei der Verwendung von SSM Probleme entstehen können. Dazu gehören z. B. Synchronisierungsschleifen (timing loops), die entstehen, wenn wie in der dortigen Fig. 2 ein Netzelement (SDXC) seine ausgewählte Referenztaktquelle (selected source) verliert und mit Hilfe einer Auswahlprozedur (synchronization source selection algorithm, SSSA) eine andere Referenztaktquelle auswählt. Es ist auch erwähnt, daß solche Synchronisierungsschleifen bei jeder Netzwerkanordnung vorkommen können, in der zwei bidirektionale SSM Wege im gleichen Netzelement enden und dort auch erzeugt werden. In dem Arbeitsdokument wird zur Problemlösung vorgeschlagen, "enable/disable" Funktionen zu definieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anderes digitales Nachrichtenübertragungssystem anzugeben, bei dem keine Synchronisierungsschleifen entstehen können. Ein die Aufgabe lösendes digitales Nachrichtenübertragungssystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Netzelement für ein solches digitales Nachrichtenübertragungssystem anzugeben. Ein diese Aufgabe lösendes Netzelement ist Gegenstand des Patentanspruchs 6.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Netzelement, bei dem für Schnittstelleneinrichtungen zwei Prioritätsklassen festgelegt sind, und
Fig. 2 ein digitales Nachrichtenübertragungssystem mit neuen Netzelementen.
In Fig. 1 ist ein Netzelement gezeigt, das z. B. Teil eines nach dem Standard für synchrone digitale Hierarchie (SDH) arbeitendes Nachrichtenübertragungssystem ist.
In einem solchen digitalen Nachrichtenübertragungssystem sind die Netzelemente z. B. durch Kupferkabel und/oder Lichtwellenleiter miteinander verbunden. Das Netzelement, das z. B. ein Crossconnect ist, hat eine Anzahl von Schnittstelleneinrichtungen S₁, . . . , Sx, . . . , Sx+i.
In Fig. 1 sind sechs Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx, Sx+1, Sx+2, Sx+i eingezeichnet; zur Verdeutlichung befinden sich drei Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx auf einer Seite, die im folgenden als obere Seite bezeichnet wird, des Netzelementes und drei Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+i auf einer gegenüberliegenden Seite, die im folgenden als untere Seite bezeichnet wird.
An jeder Schnittstelleneinrichtung S₁, S₂, Sx der oberen Seite kommt eine SSM an, die entsprechend den Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx mit SSM₁, SSM₂ und SSMx bezeichnet sind. Von jeder Schnittstelleneinrichtung S₁, S₂, Sx kann auch eine SSM. z. B. mit der Meldung DNU ausgesendet werden. In Fig. 1 sind die Richtungen der SSM durch Pfeile mit entsprechender Richtung an den Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx eingezeichnet.
Das Netzelement hat außerdem eine Auswahleinrichtung 1, in der ein Taktfilter enthalten ist, einen Taktgenerator 6 und eine Steuereinrichtung 7. Jede Schnittstelleneinrichtung S₁, S₂, Sx ist über eine Verbindung 3, 2, 5 mit der Auswahleinrichtung 1 verbunden. Der Auswahleinrichtung 1 werden dadurch die Takte von an den Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx ankommenden STM-N Signalen zugeführt. Außerdem ist jede Schnittstelleneinrichtung S₁, S₂, Sx über eine Verbindung 8, 9, 10 mit der Steuereinrichtung 7 verbunden. Über diese Verbindungen 8, 9, 10 werden die Steuereinrichtung 7 jeweils die SSM, SSM₂, SSMx zugeführt. Die Steuereinrichtung 7 ist ihrerseits über eine Steuerleitung 12 mit der Auswahleinrichtung 1 verbunden, und über eine Verbindung 2 mit dem Taktgenerator 6. Über eine Verbindung 4 ist die Auswahleinrichtung 1 mit dem Taktgenerator 6 verbunden.
Mit den Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+i der unteren Seite ist die Steuereinrichtung 7 über eine Verbindung 13 verbunden. An einem Ausgang 14 des Taktgenerators 6 tritt der Takt aus, der an andere Netzelemente weitergegeben wird. Dafür ist der Ausgang 14 mit jeder Schnittstelleneinrichtung S₁, . . . Sx . . . Sx+i verbunden; in Fig. 1 ist dies zur Vereinfachung durch einen am Ausgang 14 eingezeichneten Pfeil angedeutet.
Zur Funktion der einzelnen Bestandteile:
Das in der Auswahleinrichtung 1 vorhandene Taktfilter ist durch die ITU-T-Empfehlung G.812 oder G81s spezifiziert und hat die Aufgabe, Taktstörungen (Jitter und Wander) herauszufiltern. Eine weitere Aufgabe des Taktfilters besteht darin, bei Ausfall seines Eingangssignals die Frequenz seines Ausgangssignals so konstant wie möglich zu halten.
Die Steuereinrichtung 7 wertet die ankommenden SSM, SSM₂, SSMx aus und bestimmt daraus eine Schnittstelleneinrichtung S₁, S₂, Sx als Taktreferenzquelle. Die Auswahleinrichtung 1 wird daraufhin so von der Steuereinrichtung 7 gesteuert, daß der Takt der Taktreferenzquelle zum Taktgenerator 6 weitergeleitet wird. Der Taktgenerator 6 ist z. B. ein Phasenregelkreis (PLL), der nach einer Synchronisierung auf den von der Auswahleinrichtung 6 kommenden Takt, diesen Takt über den Ausgang 14 weitergibt. Ist eine Synchronisierung des Taktgenerators 6 nicht möglich, weil z. B. zu viel Rauschen den Takt begleitet, oder weil der Takt ausgefallen ist, gibt der Taktgenerator 6 der Steuereinrichtung 7 eine entsprechende Nachricht. Eine solche Nachricht veranlaßt z. B., daß das Netzelement in einen Wartezustand (Hold-over) übergeht. Die Steuereinrichtung 7 erzeugt eine SSM, die dem aktuellen Zustand des Netzelements entspricht. Diese SSM kann eine der an den Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx der oberen Seite empfangen SSM₁, SSM₂, SSMx sein. Es kann aber auch eine neue, von der Steuereinrichtung 7 erzeugte SSM sein.
Die Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+1 der unteren Seite geben jeweils die ausgewählte oder erzeugte SSM weiter; ankommende SSM werden dagegen ignoriert. Auch an diesen Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+i sind die Richtungen der SSM durch Pfeile mit entsprechender Richtung eingezeichnet. Bei diesem Netzelement sind für die Schnittstelleneinrichtungen S₁, . . . , Sx, . . . Sx+i zwei Klassen (top, bottom) festgelegt. Die Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx der oberen Seite haben die Klasse "top" und die Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+i der unteren Seite die Klasse "bottom". Die Klassen "top, bottom" (abgekürzt: bot) sind in der Fig. 1 an den Schnittstelleneinrichtungen S₁, . . . , Sx, . . . , Sx+i eingezeichnet.
Die Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx der Klasse "top" stellen mögliche Taktreferenzquellen dar, aus denen eine durch die Steuereinrichtung 7 ausgewählt wird. Das bedeutet, daß mit den Schnittstelleneinrichtungen S₁, S₂, Sx dieser Klasse "top" Schnittstelleneinrichtungen eines oder mehrerer anderer Netzelemente verbunden sind, deren SSM zur Synchronisierung prinzipiell akzeptiert werden. Die Schnittstelleneinrichtungen Sx+1, Sx+2, Sx+i der Klasse "bottom" ignorieren wie bereits erwähnt ankommende SSM, d. h. von anderen Netzelementen ankommende SSM wird nicht zur Synchronisierung verwendet.
Mit solchen im vorhergehenden beschriebenen Netzelementen kann ein Synchronisierungsnetz auch in einem nichthierarchischen Übertragungs- und Vermittlungssystem geschaffen werden. Es kann durch Festlegung der Klassen "top, bottom" einer Schnittstelleneinrichtung bestimmt werden, ob das Netzelement ein anderes Netzelement synchronisieren darf oder nicht.
In Fig. 2 ist ein beispielhaftes hierarchisches Synchronisierungsnetz mit neun Netzelementen NE11 . . . NE33 gezeigt. Diese Netzelemente NE11 . . . NE33 sind in Form eines Gitters (3×3 Matrix) dargestellt, wobei die Gitterpunkte die idealisierten geographischen Orte der Netzelemente NE11 . . . NE33 darstellen und die Gitterlinien die Kabel- bzw. Funkverbindungen zwischen den Netzelementen. An den Netzelementen NE11, NE13, NE32 wird ein Referenztakt in das hierarchische Synchronisierungsnetz eingespeist. Der Referenztakt (der "Mastertakt") wird von einer Referenztaktquelle erzeugt, die z. B. eine Cäsium-Uhr ist, die eine Taktstabilität von 10-11 hat. In Fig. 2 sind die Netzelemente NE11, NE13, NE32 als Vollkreise dargestellt und die restlichen Netzelemente NE12, N21 . . . NE31, NE33, die keine Referenztaktquelle haben, als nicht ausgefüllte Kreise. An den einzelnen Netzelementen NE11 . . . NE33 sind die Klassen "top" und "bottom" angedeutet.
Die Netzelemente NE11, NE13, NE32 haben nur Schnittstelleneinrichtungen mit der Klasse "bottom"; von anderen Netzelementen können sie nicht synchronisiert werden.
Das Netzelement NE21 akzeptiert nur einen vom Netzelement NE11 kommenden Takt (Klasse "top") und ignoriert SSM, die von den Netzelementen NE22, NE31 kommen (Klasse "bottom").
Die übrigen Synchronisierungseinrichtungen für die einzelnen Netzelemente ergeben sich aus Fig. 2, so daß auf deren Erläuterung an dieser Stelle verzichtet wird.

Claims (5)

1. Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem mit einer Anzahl von Netzelementen (NE 11 . . . NE33), die jeweils mehrere Schnittstelleneinrichtungen (S₁, Sx, . . . , Sx+i) haben, und mit mindestens einem Übertragungsmedium, durch das die Netzelemente (NE11 . . . NE33) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtungen (S₁, . . . , Sx, . . . , Sx+i) eines Netzelements (NE11 . . . NE33) in zwei Klassen (top, bottom) eingeteilt sind, wodurch eine Synchronisierungshierarchie festgelegt ist.
2. Netzelement für ein synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem, mit mehreren Schnittstelleneinrichtungen (S₁, . . . Sx . . . Sx+i), dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtungen (S₁ . . . , Sx, . . . , Sx+i) in zwei Klassen (top, bottom) eingeteilt sind, wodurch im synchronen digitalen Nachrichtenübertragungssystem eine Synchronisierungshierarchie festgelegt ist.
3. Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder Netzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtungen (S₁, . . . , Sx) der ersten Klasse (top) mögliche Taktreferenzquellen sind.
4. Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder Netzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtungen (Sx+1, . . . , Sx+i) der zweiten Klasse (bot) ankommende Synchronisierungsignale ignorieren.
5. Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzelemente (NE11, . . . , NE33) eine Auswahleinrichtung (1) und eine an die Auswahleinrichtung (1) angeschlossene Steuereinrichtung (7) haben, die jeweils an die Schnittstelleneinrichtungen (S₁, . . . , Sx) der ersten Klasse (top) angeschlossen sind, daß die Steuereinrichtung (7) an den Schnittstelleneinrichtungen (S1, . . . , Sx) ankommende Synchronisierungs-Qualitätsindikatoren (SSM₁, . . . , SSMx) auswertet und eine Schnittstelleneinrichtung (S₁, . . . , Sx) als Taktreferenzquelle auswählt, deren Takt die Auswahleinrichtung (1) einem Taktgenerator (6) zuführt, daß der Taktgenerator (6) den Takt überprüft und an die Schnittstelleneinrichtungen (S₁, . . . Sx, . . . , Sx+1) weitergibt, und daß die Steuereinrichtung (7) einen der Synchronisierungs-Qualitätsindikatoren (SSM₁, . . . , SSSMx) oder einen von ihr erzeugten Synchronisierungs-Qualitätsindikator an die Schnittstelleneinrichtungen (Sx+1, . . . , Sx+i) der zweiten Klasse (bottom) weitergibt.
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