DE60034236T2

DE60034236T2 - System und Verfahren zur Synchronisation von Netzelementen

Info

Publication number: DE60034236T2
Application number: DE60034236T
Authority: DE
Inventors: Paul Tetbury Lockley; Julian Chippenham House
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: EP1209850B1; DE60034236D1; EP1209850A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Telekommunikationsnetz, das eine Anzahl physisch verteilter Elemente umfaßt, deren Leistungsfähigkeit überwacht werden muß. Eine solche Situation entsteht in dem Transportnetz, wenn Multiplexer, Regeneratoren, Querverbinder und ähnliche Vorrichtungselemente (kollektiv Netzelemente NE) Meilen auseinander liegen (gewöhnlich mit faseroptischen Verbindungen zwischen ihnen).
Bei derzeitigen Anordnungen wird das Netz mit mindestens einem Elementverwaltungssystem (EMS) ausgestattet, das die Tageszeit in jedem NE setzt. Die Aufgabe besteht darin, die internen Zeitgeber aller NE zu synchronisieren, um die Überwachung und Aufrechterhaltung von Dienstgüte in dem Transportnetz zu ermöglichen.
Leistungsfähigkeitsüberwachung (PM) ist für Kunden besonders wichtig; da eine Verbindung den Durchgang über zwei oder sogar noch mehr Netze umfassen kann, erfordert der Betreiber jedes Netzes PM als Grundlage für ordnungsgemäße Abrechnung; wenn die Verbindung eine qualitativ hochwertige Verbindung ist, wirkt sich eine niedrige Leistungsfähigkeit in einem Netz auf die Wahrnehmung des Endbenutzers aus, obwohl andere die Verbindung weiterleitende Netze die erforderliche Qualität bereitstellen. Dies ist offensichtlich eine sehr unzufriedenstellende Situation.
PM wird gewöhnlich durch Zählen von Fehlern in Signalen betrieben und für jedes Zählmerkmal ist genaue Zeitsteuerung erforderlich, so daß alle NE präzise synchronisiert werden müssen damit die Leistungsfähigkeitsüberwachungsdaten aller NE in einer Verbindung korreliert werden können. Zu diesem Zweck müssen alle NE in einem Netz innerhalb von fünf Sekunden voneinander synchronisiert sein. Ein anderer Faktor ist, daß in bestimmten Netzen in bestimmten Ländern Verbesserung eines aktuellen Grades der Netzsynchronisation eine spezifische Anforderung ist.
1 zeigt ein typisches existierendes Netz. Ein EMS 10, das mit einem Bildschirm 12 und einer Maussteuerung 14 gezeigt ist, ist durch ein lokales Netz (LAN) 16 mit einem NE 20 eines ersten Ringnetzes 18 verbunden, das aus einer Anzahl von NE 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 besteht, die durch optische Faser in dem Ring verbunden werden. Das Netz kann ein Netz der synchronen digitalen Hierarchie (SDH) mit hoher Kapazität sein, das stark gemultiplexte Signale transportiert, z.B. das synchrone Transportmodul (STM-16) der dritten Ordnung.
Das erste Ringnetz 18 ist an dem NE 24 mit einem zweiten Ringnetz 34 verbunden, das aus dem NE 24 plus weiteren NE 38, 40, 42 besteht, die auch durch optische Fasern verbunden sind. Das zweite Ringnetz 34 kann eine niedrigere Kapazität aufweisen, z.B. STM-4.
Mit dem NE 38 des zweiten Ringnetzes 34 ist eine (teilweise gestrichelt gezeigte) Linearverbindung durch NE 44 und 46 mit einem Endbenutzer 48 für Sprache oder Daten verbunden, wobei die letzte Verbindung auf 2 MBits steht, wobei an den NE vor der letzten Strecke zu dem Benutzer 48 Demultiplexen erfolgt. Diese Linearverbindung kann noch kleinere Kapazität aufweisen, z.B. STM-1.
Mit dem NE 30 des ersten Ringnetzes 18 ist ein drittes Ringnetz 50 mit NE 30, 52, 54, 56 und 58 verbunden. Eine gestrichelte Linie TZ zeigt die Grenze zweier Zeitzonen auf der Erdoberfläche, wobei das dritte Ringnetz 50 die Grenze überschreitet, wobei die NE 30, 52 und 54 sich in einer ersten Zeitzone und die NE 56 und 58 in einer zweiten Zeitzone befinden. Das NE 56 ist durch Linearverbindungen durch NE 60, 62, 64 mit einem Endbenutzer 68 verbunden, wobei ein Demultiplexen entsprechend arrangiert ist, um eine letzte Strecke auf 2 MBit zu geben.
Das Gesamtnetz ist sehr schematisch dargestellt. Das Netz wird durch das EMS 10 verwaltet, bei dem es sich um einen Subnetzcontroller des integrierten Transportmanagement (ITM-SC) oder ein Subnetzverwaltungssystem von WaveStar (WS-SNMS) handeln kann.
Alle NE in 1 enthalten einen Echtzeitgeber (RTC). Unweigerlich kann ein RTC, nachdem er gesetzt wurde, driften. ITM-SC setzt jeden RTC einmal pro Tag; WS-SNMS setzt den RTC, wenn das WS-SNMS zuerst beginnt, dieses NE zu verwalten. In der Regel verwaltet ein EMS zweihundert bis vierhundert NE. Da sich die NE in verschiedenen Zeitzonen befinden können, wie tatsächlich auch das EMS, wird der RTC jedes NE auf die Zeit des universellen Zeitgebers (UTC) gesetzt. UTC-Zeiten werden nur aus Gründen der Zweckmäßigkeit für den Benutzer zu und von Ortszeit an dem EMS umgesetzt.
Man nehme an, daß das EMS 10 ein Tageszeitsignal sendet; das Signal wird durch das NE 20 zu allen anderen NE weitergeleitet. Die Länge des Signalweges von dem EMS 10 zu dem NE 46 ist offensichtlich entscheidend, und es besteht eine Ausbreitungsverzögerung, die durch den Signaldurchgang durch jedes NE verursacht wird. Abhängig von dem Verkehr in dem ersten Ringnetz 18 kann das Signal ferner im Uhrzeigersinn durch den Ring gesendet werden, was zusätzliche Weglänge einführt. Zur Zeit werden Tageszeitsignale 2.10 Uhr morgens (UTC-Zeit) gesendet, aber selbst wenn das Netz zu dieser Tageszeit unbelastet ist, kann es 20 oder sogar 40 Sprünge von dem EMS 10 zu dem NE 46 geben. Wenn die relevante Zeit des Netzes belegt ist, können die kumulativen Verzögerungen einer Nachricht dazu führen, daß die Nachricht wesentlich mehr als 5 Sekunden braucht, um von dem EMS ein NE, wie zum Beispiel das NE 46, zu erreichen. Dies führt dazu, daß das NE 46 auf die Zeit gesetzt wird, die im EMS vorlag, als die Nachricht gesendet wurde, im Vergleich zu einem NE, das direkt mit dem EMS verbunden ist, wie zum Beispiel dem NE 20, das auf praktisch dieselbe Zeit wie das EMS gesetzt wird.
Eine herkömmliche Lösung wäre, ein Netzzeitsteuerungsprotokoll (NTP) anzuwenden; dies würde einen viel größeren Grad der Synchronisation als zur Zeit erzielen und tatsächlich einen höheren Grad als notwendig, hat aber einen Nachteil insofern, als es nicht nur in dem EMS, sondern in allen NE implementiert werden müßte, was zu zusätzlicher Entwicklungszeit und Kosten für jedes der verschiedenen beteiligten Netzprodukte führt. Dies wäre für Auslauf-NE schwierig zu erzielen, bei denen die Entwicklung vor langer Zeit beendet wurde, und für von anderen Herstellern hergestellte NE, aufgrund der erforderlichen Kooperation und Koordination. Der Netzbetreiber müßte außerdem in jedem NE neue Software installieren, was ein signifikantes logistisches Unterfangen wäre.
Aus US-A-5 790 805 ist bekannt, daß ein Client eine Synchronisationsnachricht zu dem Server sendet, wobei der Client von dem Server eine Rücksynchronisationsnachricht empfängt und eine Umlaufzeit zwischen dem Senden und dem Empfangen durch Abtasten eines lokalen Zeitgebers berechnet.
Die vorliegende Erfindung liefert ein System und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 7.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Synchronisation von Netzelementen, bei dem die oben dargelegten Nachteile nicht auftreten.
In den beigefügten Zeichnungen zeigt 1 ein vorbekanntes Netz. Die Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf 2–5 beschrieben. Es zeigen:
2 Zeitsteuerungsanfrage- und -antwortnachrichten gemäß der Erfindung;
3 das Setzen eines Echtzeitgebers;
4 eine nachfolgende Zeitsteuerungsanfrage; und
5 ein typisches Zeitsynchronisationsschirmbild auf einem EMS.
2 zeigt das EMS 10 und das NE 46. Zum Zeitpunkt T₁ sendet das EMS eine Zeitanfragenachricht, wie durch Pfeil E angezeigt, zu dem NE 46. Das NE empfängt die Nachricht und antwortet durch Angabe der Einstellung seines RTC (Antwortnachricht R), wobei die Zeit T_NE ist und die Antwort durch das EMS 10 zum Zeitpunkt T₂ empfangen wird.
Die Umlaufzeit t = T₂ – T₁ wird durch das EMS 10 berechnet. Das EMS 10 sendet die Anfragenachricht mehrmals, so daß mehrere Antworten empfangen werden und das EMS einen Mittelwert von t berechnet.
Der Genauigkeit halber muß die Umlaufzeit auf der kleinsten Verzögerungszeit beim Senden einer Nachricht zwischen dem EMS und dem NE basieren, d.h. die gemessen wird, wenn der Verkehr auf dem Netz gering ist. Dies wird sichergestellt, indem man überprüft, daß die Umlaufzeit kleiner als die vorbestimmte Schwelle für jedes Netzelement ist.
Wenn die mittlere Umlaufzeit die Schwelle übersteigt, wird die Sequenz von Nachrichten zu einem späteren Zeitpunkt, wenn das Netz weniger belegt ist, wiederholt.
Um sicherzustellen, daß der Weg zwischen dem EMS und dem NE stabil ist, d.h. daß Verkehrsfluktuationen in dem Netz keine Schwankungen der Verzögerungszeiten verursachen, wird die maximale Differenz der gemessenen Umlaufzeit t bestimmt. Wenn die maximale Differenz in einem vorbestimmten Bereich liegt, wird der Weg als stabil angezeigt. Wenn die Schwelle überschritten wird, wird die Sequenz von Nachrichten zu einem späteren Zeitpunkt, wenn das Netz weniger belegt ist und der Weg stabil sein kann, wiederholt.
Wenn sowohl die mittlere als auch die maximale Differenz der Umlaufzeit in erforderlichen Grenzen liegen, wird der RTC des NE 46 mit dem zentralen Zeitgeber in dem EMS 10 verglichen, um aus Gleichung 1 ein etwaiges Driften zu bestimmen: Zeitdrift = T2 – (TNE + t2 ) (1)
Die mittlere Zeitdrift wird aus allen gesendeten und empfangenen Nachrichten berechnet, mit einer vorbestimmten Schwelle einer maximalen Zeitdrift verglichen, und wenn der Mittelwert die Schwelle übersteigt, wird der RTC in dem NE 46 zurückgesetzt.
Das Rücksetzen des RTC ist in 3 dargestellt. Das EMS 10 sendet eine Zeitsetznachricht S, die das NE 46 anweist, seinen RTC auf die aktuelle Zeit T₃ des zentralen Zeitgebers in dem EMS 10 plus die Hälfte der mittleren Umlaufzeit zurückzusetzen.
Nachdem das EMS 10 über eine Aufzeichnung der mittleren Umlaufzeit zu dem NE 46 verfügt, kann die nachfolgende Prüfung des RTC in dem NE 46 einfacher sein. Das EMS 10 fordert das NE 46 auf, seine Ortszeit zu senden. Wie in 4 gezeigt, wird die Zeit T_NE gesendet und sie braucht t / 2 (Mittelwert), um sich zu dem EMS 10 auszubreiten, wobei die Zeit dann T₄ ist; eine etwaige Drift des RTC wird aus Gleichung 2 berechnet: Zeitdrift = T4 – (TNE + t2 Mittel)
Ein etwaiges Driften wird mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen, um zu bestätigen, daß der RTC korrekt gesetzt wurde.
5 zeigt ein typisches Schirmbild auf dem EMS 10 zur Zeitsynchronisation, wobei die Variablen in bezug auf Synchronisation eines spezifischen NE dargestellt sind.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Zeitgeber in einem Netzelement nur gesetzt wird, wenn es notwendig ist; wenn kein unannehmbares Driften besteht, wird der RTC nicht zurückgesetzt. Wenn der Zeitgeber eines NE um mehr als 10 Sekunden geändert wird, werden die PM-Daten ungültig und gingen verloren.
Wie bereits erwähnt, erfolgt Zeitsynchronisation gewöhnlich einmal alle vierundzwanzig Stunden und sollte durchgeführt werden, wenn der Netzverkehr gering ist. Ein EMS kann zweihundert oder sogar vierhundert NE verwalten, so daß die NE sequentiell geprüft werden müssen, um die Belastung des Netzes minimal zu halten. Um das Risiko, daß irgendein bestimmtes NE immer synchronisiert wird, wenn die Netzlast durch ein periodisches Auftreten wesentlich von dem Minimum zugenommen hat, ist das EMS 10 dafür ausgelegt, jeden vollständigen Synchronisationszyklus mit einem zufälligen NE zu beginnen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das einzige Netzelement, das modifiziert werden muß, das EMS ist; alle NE bleiben unverändert, einschließlich der zur Zeit im kommerziellem Betrieb befindlichen NE.
Ferner ermöglicht eine Implementierung der Erfindung immer eine Unterstützung der Softwareemulation der Tandem-Verbindungsüberwachung.
Durch Anwendung der Erfindung, wodurch verbesserte Synchronisation von Netzelement-Zeitgebern mit einem zentralen Zeitgeber in einem Elementverwaltungssystem gewährt wird, sind Leistungsfähigkeitsüberwachungsdaten wesentlich weniger wahrscheinlich verfälscht als bei vorbekannten Anordnungen, und die Dienstgüte in einem komplexen Netz und insbesondere in einem Netz mit Teilen unter verschiedenen Betreibern kann leichter als zuvor möglich überwacht und aufrecht erhalten werden.

Claims

Elementverwaltungssystem (10) für ein Telekommunikationsnetz (18, 34, 50) mit mehreren Netzelementen (20–32, 36–42, 52–58, 44, 46 und 60–64), wobei jedes Netzelement einen Echtzeitgeber umfaßt und das Elementverwaltungssystem einen zentralen Zeitgeber umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Elementverwaltungssystem dafür ausgelegt ist, mehrere zeitgesteuerte Anforderungsnachrichten (E) zu einem Netzelement (46) zu senden, die jeweils die von dem Echtzeitgeber des Netzelements (46) angezeigte Zeit (TE) anfordern, wobei die Nachrichten zeitlich gespreizt sind; Empfangen von Antworten (R) von dem Netzelement auf die Nachrichten und Aufzeichnen des Empfangszeitpunkts jeder Nachricht; Bestimmen der Umlaufzeit (t) für jede Anforderungsnachricht und die Antwort auf sie; Bestimmen einer mittleren Umlaufzeit (t mittel); Bestimmen einer etwaigen Unsynchronisiertheit zwischen dem Echtzeitgeber und dem zentralen Zeitgeber aus der mittleren Umlaufzeit und der von dem Echtzeitgeber angezeigten Zeit in den Netzelementantworten, und wenn die Unsynchronisiertheit eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, Rücksetzen des Echtzeitgebers.
Elementverwaltungssystem nach Anspruch 1, das dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, ob die mittlere Umlaufzeit (t mittel) eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, und, wenn die Schwelle überstiegen wird, zu einem nachfolgenden Zeitpunkt mehrere zeitgesteuerte Anforderungsnachrichten zu dem Netzelement zu senden.
Elementverwaltungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner dafür ausgelegt ist, eine maximale Differenz der Umlaufzeiten zu bestimmen, zu bestimmen, ob die maximale Differenz eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, und, wenn die Schwelle überstiegen wird, zu einem nachfolgenden Zeitpunkt mehrere zeitgesteuerte Anforderungsnachrichten zu dem Netzelement zu senden.
Elementverwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner dafür ausgelegt ist, für jede gesendete und empfangene Nachricht eine etwaige Zeitdrift zwischen der von dem Echtzeitgeber angezeigten Zeit T_NE und der Zeit T₂ des zentralen Zeitgebers durch Anwenden der Gleichung Zeitdrift = T₂ – (T_NE + t / 2) zu bestimmen; Bestimmen einer mittleren Zeitdrift; Vergleichen der mittleren Zeitdrift mit einer vorbestimmten Schwelle, und, wenn die Schwelle überstiegen wird, Rücksetzen des Echtzeitgebers.
Elementverwaltungssystem nach Anspruch 4, das ferner dafür ausgelegt ist, den Echtzeitgeber rückzusetzen, indem eine Anweisung zu dem Zeitgeber gesendet wird, auf eine Zeit rückzusetzen, die die aktuelle Zeit des zentralen Zeitgebers (T₃) + die Hälfte der mittleren Umlaufzeit ( t / 2 mittel) umfaßt.
Elementverwaltungssystem nach Anspruch 5, das ferner dafür ausgelegt ist, nachfolgend von dem Echtzeitgeber eine seine Zeit T_NE anzeigende Nachricht zu empfangen, eine Zeit gleich der Hälfte der Umlaufzeit zu der empfangenen Zeit zu addieren und zu prüfen, daß der Echtzeitgeber korrekt gesetzt wurde.
Verfahren in einem Telekommunikationsnetz zum Synchronisieren der Zeit eines Echtzeitgebers in einem Netzelement mit einem zentralen Zeitgeber, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Senden mehrerer zeitgesteuerter Anforderungsnachrichten (E) zu dem Netzelement, die jeweils die von dem Echtzeitgeber angezeigte Zeit (T_NE) anfordern, wobei die Nachrichten zeitlich beabstandet sind; Empfangen von Antworten (R) von dem Netzelement auf die Nachrichten und Aufzeichnen des Empfangszeitpunkts jeder Nachricht; Bestimmen der Umlaufzeit (t) für jede Anforderungsnachricht und die Antwort auf sie; Bestimmen einer mittleren Umlaufzeit (t mittel); Bestimmen einer etwaigen Unsynchronisiertheit zwischen dem Echtzeitgeber und dem zentralen Zeitgeber aus der mittleren Umlaufzeit und der von dem Echtzeitgeber angezeigten Zeit in den Netzelementantworten, und wenn die Unsynchronisiertheit eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, Rücksetzen des Echtzeitgebers.