The aim of the work is to summarize the main features of normalizing the of digital channel and path error parameters for modern telecommunications network equipment. The research methods are comparative analysis combined with the analysis of domestic standards and foreign recommendations regarding the standardization of digital channel and path error parameters. The main calculated relationship for the digital channel and path error characteristics are presented, namely long-term standards for the coefficient of seconds with errors, the coefficient of seconds with significant errors and the coefficient of blocks with background errors. Examples show the procedure for their calcu-lation and analysis. The paper specifies that the number of units to be monitored per second should be increased with the transmission rate to keep a unit size constant. The error rates of synchronous digital paths are emphasized to re-main zero for long periods of time even at Gbit/s rates, and a significant factor of error seconds corresponds to poor quality paths, so monitoring the error seconds must be performed for maintenance purposes. The findings are that long-term standards for error parameters of digital channels and paths don’t only take into account the type of digi-tal hierarchy and rate modes, but also the composition of the hypothetical reference path and its length.
error parameters, digital channels, digital paths, long-term norms, telecommunication network
Введение
Рекомендация ITU-T G.826 [1] определяет сквозные параметры ошибок и нормы для международных цифровых трактов, а также для международных цифровых каналов. Нормы на параметры ошибок не зависят от физической сети, формирующей канал или сетевой тракт.
Нормы качества распределяются по уровням параметров ошибок, наблюдаемым на национальных и международных частях эталонных каналов и трактов (рис. 1). В рекомендации ITU-T G.826 [1] граница между национальной и международной частями определяется как граница между международным шлюзом, который обычно соответствует кросс-коммутатору, мультиплексору более высокого уровня или коммутатору (N-ISDN (narrowband integrated services digital network – узкополосная цифровая сеть с интегрированным обслуживанием) или B-ISDN (broadband ISDN – широкополосная ISDN)). Международный шлюз всегда являются наземным оборудованием, физически находящимся в оконечной (или промежуточной) стране. Между международными шлюзами могут использоваться тракты более высокого порядка, соответствующие международной части соединения.
Рис. 1. Эталонное соединение согласно рекомендации ITU-T G.826 [1]
Fig. 1. Reference connection according to ITU-T G.826 recommendation [1]
Нормирование параметров ошибок для эталонных каналов и трактов согласно ITU-T G.826
В табл. 1 приведены нормы на параметры ошибок для эталонных каналов и трактов максимальной протяженностью 27 500 км согласно рекомендации ITU-T G.826 [1]. Каждое направление канала или тракта должно одновременно удовлетворять нормам [2]. Канал или тракт не соответствует нормам, если какой-нибудь параметр превышает требуемое значение за период измерений (рекомендуется использовать интервал в один месяц).
Существует ряд регламентированных размеров блоков, приведенный в табл. 2. Сетевой тракт E1 – первичный тракт европейской иерархии, T1, T2, T3 – первичный, вторичный, третичный тракты североамериканской иерархии [3]. Виртуальные контейнеры VC-11, VC-12, VC-2 соответствуют трактам низких порядков; VC-3, VC-4 – высоких порядков. Виртуальные контейнеры VC-2-nc образуются посредством смежного объединения (конкатенации) n = 1, 2, …, 7 виртуальных контейнеров VC-2, а VC-4-nc – n – 1, 2,…, 64 виртуальных контейнеров VC-4 [4].
Таблица 1
Долговременные нормы на показатели ошибок для международного соединения протяженностью 27 500 км согласно рекомендации ITU-T G.826 [1]
Table 1
Long-term standards for error rates for an international connection with a length of 27,500 km according to ITU-T G.826 recommendation [1]
Скорость канала или тракта, Мбит/с Размер блока, кбит ESR, r_e^' SESR, r_s^' BBER, r_m^'
0,064 …1,5 (2) – 0,040 0,002 –
1,5…5 0,8…5 0,040 0,002 2·10-4
5…15 2…8 0,050 0,002 2·10-4
15…55 4…20 0,075 0,002 2·10-4
55…160 6…20 0,160 0,002 2·10-4
260…3500 15…30 – 0,002 10-4
Таблица 2
Размер блоков трактов PDH и SDH согласно рекомендации ITU-T G.826 [1]
Table 2
Size of PDH and SDH path blocks according to ITU-T G.826 recommendation [1]
Скорость, Мбит/с Тип тракта Интенсивность, блок/с Размер блока, кбит EDC
1,544 T1 333 4,632 CRC-6
2,048 E1 1 000 2,048 CRC-4
6,312 T2 2 000 3,156 CRC-5
44,736 T3 9 398 4,760 контроль четности
1,664 VC-11 2 000 0,832 BIP-2
2,240 VC-12 2 000 1,120 BIP-2
6,848 VC-2 2 000 3,424 BIP-2
48,96 VC-3 8 000 6,120 BIP-8
150,336 VC-4 8 000 18,792 BIP-8
6,848n n VC-2 2 000n 3,424 n BIP-2
34,240 VC-2-5c 2 000 17,120 BIP-2
601,344 VC-4-4c 8 000 75,168 BIP-8
Нормирование параметров ошибок для эталонных каналов и трактов согласно ITU-T G.828
В рекомендации ITU-T G.828 [5, 6] даются более жесткие нормируемые значения для показателей ошибок (табл. 3), в том числе для тандемных соединений (TC – tandem connection). Отметим, что при прочих равных условиях предпочтительнее использовать данные более жесткие нормы [7].
Таблица 3
Долговременные нормы на показатели ошибок для международного синхронного цифрового соединения протяженностью 27 500 км согласно рекомендации ITU-T G.828 [6]
Table 3
Long-term standards for error rates for an international synchronous digital connection with a length of 27,500 km according to ITU-T G.828 recommendation [6]
Скорость, Мбит/с Тип тракта Интенсивность, блок/с Размер блока, кбит ESR, r_e^' SESR, r_s^' BBER, r_m^' EDC
1,664 VC-11, TC-11 2 000 0,832 0,01 0,002 5·10-5 BIP-2
2,240 VC-12, TC-12 2 000 1,120 0,01 0,002 5·10-5 BIP-2
6,848 VC-2, TC-2 2 000 3,424 0,01 0,002 5·10-5 BIP-2
48,960 VC-3, TC-3 8 000 6,120 0,02 0,002 5·10-5 BIP-8
150,336 VC-4, TC-4 8 000 18,792 0,04 0,002 10-4 BIP-8
601,344 VC-4-4c, TC-4-4c 8 000 75,168 – 0,002 10-4 BIP-8
2 405,376 VC-4-16c, TC-4-16c 8 000 300,672 – 0,002 10-4 BIP-8
9 621,504 VC-4-64c, TC-4-64c 8 000 1 202,688 – 0,002 10-4 BIP-8
При определении нормируемых значений одну неопределенность создает недостаточно точная информация о величине оцениваемых блоков [7]. Этот недостаток скорректирован в ITU-T G.828 [6], где была определена точная длина блока на всех скоростях передачи (табл. 3): число блоков, контролируемых в секунду, для скоростей передачи от VC-3 до VC-4-64с остается постоянным и равным 8000. Это означает, что размер блока увеличивается с увеличением скорости передачи. В то же время для определения ошибок остается BIP-8. Этот увеличивающийся размер блока приводит к постоянному уменьшению эффективности контроля ошибок, так как скорость увеличивается [8]. Таким способом не могут быть точно определены более высокие значения коэффициента ошибок. В результате более глубокого теоретического рассмотрения было предложено, что число подлежащих контролю блоков в секунду следует увеличивать со скоростью передачи, чтобы обеспечивался постоянный размер блока.
Нормирование параметров ошибок для эталонных каналов и трактов согласно ITU-T G.829
Нормы на коэффициент секунд с ошибками ESR имеют тенденцию терять значимость при увеличении скорости передачи и поэтому не устанавливаются для трактов, работающих на скоростях выше 160 Мбит/с [6, 7]. Тем не менее обнаружено, что показатели ошибок синхронных цифровых трактов остаются нулевыми в течение длительных периодов времени даже для скоростей передачи в Гбит/с и, что значительный коэффициент секунд с ошибками ESR соответствует трактам плохого качества. Поэтому для целей технического обслуживания контроль секунд с ошибками ES должен выполняться.
Норма на коэффициент блоков с фоновыми ошибками ВВЕR соответствует эквивалентному коэффициенту ошибочных битов, равному 8,3⋅10-10 или откорректированному коэффициенту, равному 5,3⋅10-9 для скоростей передачи VC-4. Эквивалентный коэффициентом ошибочных битов полезен в качестве независимого от скорости передачи параметра ошибок, так как нормы на коэффициент блоков с фоновыми ошибками ВВЕR не могут оставаться постоянными при увеличении размеров блоков.
Для мультиплексных и регенераторных секций SDH в рекомендации ITU-T G.829 [9] определены только события ошибок, но не нормы [7]. Данная рекомендация тоже основана на принципе контроля ошибок по блокам, причем допускается, чтобы измерения были сделаны без прекращения связи. Поэтому в рекомендации определяется величина блока, число блоков в цикле SDH, число передаваемых в секунду блоков и код обнаружения ошибок (EDC), подлежащий использованию на различных скоростях передачи SDH вплоть до STM-64 (STM – synchronous transport module – синхронный транспортный модуль) (табл. 4).
Таблица 4
Размер блоков мультиплексных и регенераторных секций SDH согласно рекомендации ITU-T G.829 [9]
Table 4
The size of the blocks of multiplex and regenerator sections SDH according to the recommendation ITU-T G.829 [9]
Модуль STM Размер блока, бит Число блоков в кадре Интенсивность, блок/с EDC
Мультиплексная секция
sSTM-1k 36k 8 64 000 8 BIP-1
sSTM-2n 108n 8 64 000 8 BIP-1
STM-0 801 8 64 000 8 BIP-1
STM-1 801 24 192 000 24 BIP-1
STM-4 801 96 768 000 96 BIP-1
STM-16 801 384 3 072 000 384 BIP-1
STM-64 801 1536 12 288 000 1536 BIP-1
Регенераторная секция
sSTM-1k 288k 1 8 000 –
sSTM-2n 864n 1 8 000 –
STM-0 6 480 1 8 000 BIP-8
STM-1 19 440 1 8 000 BIP-8
STM-4 19 440 4 32 000 4 BIP-8
STM-16 19 440 16 128 000 16 BIP-8
Интерфейсы передачи sSTM-2n транспортируют один или несколько трибутарных блоков (TU – tributary unit) TU-2 с заголовком секции (9 байт на кадр) [10]. Число n групп трибутарных блоков (TUG – tributary unit group) TUG-2 в интерфейсах sSTM-2n может быть n=1,2,4.
Интерфейсы передачи sSTM-1k транспортируют один или несколько трибутарных блоков TU-12 с заголовком секции (9 байт на кадр) [10]. Число n трибутарных блоков TU-12 в интерфейсах sSTM-1k может быть k=1,2,4,8,16.
Рекомендация ITU-T G.829 [9] также определяет пороги для регистрации секунд с существенными ошибками SES для мультиплексных и регенераторных секций SDH (табл. 5) [7]. Данный порог в обеих рекомендациях ITU-T G.826 [1] и G.828 [6] соответствует 30 % блоков с ошибками, что не совсем подходит для мультиплексных и регенераторных секций. Вследствие отличия механизмов обнаружения ошибок в тракте и секции эквивалентные пороги приводят у несогласованности между этими двумя уровнями – на уровне секции секунда с существенными ошибками SES фиксируется при определенном числе блоков с ошибками, а на уровне тракта нет, а иногда наоборот.
Таблица 5
Величина порогов регистрации секунд с существенными ошибками SES для мультиплексных и регенераторных секций SDH согласно рекомендации ITU-T G.829 [9]
Table 5
The value of the thresholds for recording seconds with significant SES errors for multiplex and regenerator SDH sections according to ITU-T G.829 recommendation [9]
Модуль STM Порог регистрации SES для мультиплексной секции, % Порог регистрации SES для регенераторной секции, %
sSTM-11 10 10
sSTM-21 10 10
sSTM-12 15 25
sSTM-22 15 25
sSTM-14 25 45
sSTM-24 25 45
sSTM-18 35 60
sSTM-116 40 60
STM-0 15 10
STM-1 15 30
STM-4 25 30
STM-16 30 30
STM-64 30 –
Учет протяженности цифровых соединений
Категории длины L задаются интервалами, кратными 500 км, максимальной протяженностью 2500 км для национальной части и 25 000 км для международной. Коэффициент длины
k=⌈L/0,5⌉,
где L – длина части, тыс. км.
Длина L национальной и международной частей каналов и трактов соответствует минимальному значению двух величин: действительной протяженности части и расчетного значения [1, 11], аналогично определяемой длине при расчете интервалов готовности. Действительная протяженность L_f части соответствует полной длине кабеля между рассматриваемыми пунктами (для национальной части между оконечным пунктов тракта и шлюзом, а для международной между шлюзами). Зачастую, подобный параметр L_f оценить не представляется возможным. С другой стороны, на основе координат объектов довольно просто определяется длина L_a воздушной трассы (расстояние по прямой), которая позволяет вычислить расчетную длину L_c части, тыс. км
L_c={■(1,5L_a,L_a<1,@1,5,1≤L_a<1,2,@1,25L_a,L_a≥1,2,)┤
где L_a – длина воздушной трассы, тыс. км.
Таким образом, длина L национальной или международной части
L=min(L_f,L_c ).
Каждой национальной части (см. рис. 1) выделяется фиксированная доля нормы в размере 17,5 % от предельных значений. Кроме того, к допуску добавляется доля, определяемая протяженностью маршрута L. Если национальная часть использует спутниковые системы передачи, то на обе национальные части выделяется доля в 42 % от нормы (см. табл. 1) – в этом случае доля в размере 42 % полностью заменяет как фиксированную долю в 17 %, так и долю, определяемую протяженностью [12, 13]. Таким образом, без использования спутниковых систем передачи коэффициент длины двух национальных частей:
k_n=0,35+0,01(k_1+k_2 ),
где k_i – коэффициент длины i-й национальной части.
А с использованием спутниковых систем передачи:
k_n=0,42.
На международную часть выделяется доля нормы в размере 2 % на промежуточную страну и 1 % на каждую оконечную страну [14, 15]. Кроме того, к допуску добавляется доля, определяемая протяженностью маршрута L, вычисляемой аналогично длине национальной части. Длина маршрута L не должна превышать 26 500 км. В случае, если доля нормы на международную часть составляет менее 6 %, то в качестве доли используется значение 6 %. Если международная часть использует спутниковые системы передачи, то на нее выделяется доля в 35 % от нормы (см. табл. 1) – в этом случае доля в размере 35 % полностью заменяет доли на страны и долю, определяемую протяженностью [16]. Таким образом, без использования спутниковых систем передачи коэффициент международной части:
k_u=max[0,06;0,02(1+n)+0,01k],
где n – число промежуточных стран; k – коэффициент длины международной части.
А с использованием спутниковых систем передачи:
k_u=0,35.
В результате долговременные нормы на коэффициент r_e секунд с ошибками ESR, коэффициент r_s секунд с существенными ошибками SESR и коэффициент r_m блоков с фоновыми ошибками BBER определяются исходя из соотношений:
r_e=(k_n+k_u ) r_e^',r_s=(k_n+k_u ) r_s^',r_m=(k_n+k_u ) r_m^',
где r_e^' – предельное значение коэффициента секунд с ошибками ESR для международного соединения протяженностью 27 500 км (см. табл. 1); r_s^' – предельное значение коэффициента секунд с существенными ошибками SESR для международного соединения протяженностью 27 500 км (см. табл. 1); r_m^' – предельное значение коэффициента блоков с фоновыми ошибками BBER для международного соединения протяженностью 27500 км (см. табл. 1).
Анализ долговременных норм на характеристики ошибок цифрового тракта
Тракт виртуального контейнера второго порядка VC-2 образован двумя национальными участками протяженностью 150 км и 530 км и одним международным участком протяженностью 18 500 км с двумя промежуточными странами. Измерения проводились в течении 1 суток. Секунды, в которых зарегистрирована потеря сигнала: 14…16, 1945…2003, 2007, 3976…3978. Номера ошибочных блоков: 18…26, 365…396.
Определить соответствие результатов измерений долговременным нормам на характеристики ошибок этого тракта при измерении асинхронным методом.
Дано: L1 = 150 км, L2 = 530 км, L3 = 18 500 км, T = 1 сут., Sm = 14…16, 1945…2003, 2007, 3976…3978, Nm = 18…26, 365…396.
Найти: r_e, r_s.
Коэффициенты длины:
k_i=⌈L_i/0,5⌉;
k_1=⌈0,15/0,5⌉=1; k_2=⌈0,53/0,5⌉=2; k_3=⌈18,5/0,5⌉=37.
Коэффициент длины двух национальных частей:
k_n=0,35+0,01(k_1+k_2 )=0,35+0,01·(1+2)=0,38.
Коэффициент длины международной части:
k_u=max[0,06;0,02(1+n)+0,01k_3 ]=max[0,06;0,02(1+2)+0,01·37]=0,43.
Долговременные нормы на коэффициент r_e секунд с ошибками ESR (см. табл. 3):
r_e=(k_n+k_u ) r_e^'=(0,38+0,43)·0,05=8,1·10^(-3).
Долговременные нормы на коэффициент r_s секунд с существенными ошибками SESR (см. табл. 3):
r_s=(k_n+k_u ) r_s^'=(0,38+0,43)·0,002=1,62·10^(-3).
Долговременные нормы на коэффициент r_m блоков с фоновыми ошибками BBER (см. табл. 3):
r_m=(k_n+k_u ) r_m^'=(0,38+0,43)·5·10^(-5)=4,05·10^(-5).
Скорость цифрового тракта равна 6,848 Мбит/с. Размер блока (см. табл. 3) – 3,424 кбит. Интенсивность передачи блоков (см. табл. 3) – v=6848/3,424=2000 блоков в секунду.
При асинхронном методе за первую секунду зарегистрировано (от 1 до 2000 блока) b_(m,1)=26-18+1+396-365+1=41 ошибочный блок. Коэффициент ошибочных блоков:
r_(b,1)=b_(m,1)/v=41/(2 000)=0,021.
Значит, эта секунда относится к секундам с ошибками ES.
В секунды с 14 по 16 зафиксирована потеря сигнала. Значит, эти секунды относятся и к секундам с ошибками ES и к секундам с существенными ошибками SES.
В 17-ую секунду ошибочных блоков и дефектов не зафиксировано. Таким образом, зарегистрировано только 3 идущих подряд секунд с существенными ошибками, а следовательно, тракт продолжает находится в состоянии готовности.
Секунды с 1945 по 2007 (63 секунды) относятся к состоянию неготовности канала.
В секунды с 3976 по 3978 (4 секунды) зафиксирована потеря сигнала. Значит, эти секунды относятся и к секундам с ошибками ES и к секундам с существенными ошибками SES.
Таким образом, за интервал измерения зафиксировано 63 секунды состояния неготовности канала, восемь секунд с ошибками s_e=1+3+4=8, семь секунд с существенными ошибками s_s=3+4=7. Блоки с фоновыми ошибками зафиксированы на первой секунде: b_b=41. Интервал измерения T=1 сут., что соответствует передаче 24·60·60·1=86 400 секунд. Из них только s=86 400-63=86 337 секунд относятся к интервалу готовности тракта.
Коэффициент r_e секунд с ошибками ESR:
r_e=s_e/s=8/(86 337)=9,266·10^(-5).
Коэффициент r_s секунд с существенными ошибками SESR:
r_s=s_s/s=7/(86 337)=8,108·10^(-5).
Всего переданных блоков за интервал измерения 2000·24·60·60·1=172 800 000, за интервалы неготовности тракта 63·2000=126 000, а количество блоков за периоды готовности – b=172 800 000-126 000=172 774 000. Коэффициент r_m блоков с фоновыми ошибками BBER:
r_m=b_b/b=41/(172 774 000)=2,373·10^(-7).
Таким образом, виртуальный контейнер удовлетворяет нормам (табл. 6).
Таблица 6
Соответствие нормам параметров ошибок виртуального контейнера
Table 6
Compliance with the norms of virtual container error parameters
Показатель ESR r_e SESR r_s BBER r_m
Норма 8,100·10-3 1,620·10-3 4,052·10-5
Измеренные значения 9,266·10-5 8,108·10-5 2,373·10-7
Заключение
В работе обобщены основные особенности нормирования параметров ошибок цифровых каналов и трактов. На примере рассмотрен порядок расчета и анализа на соответствие нормам этих параметров.
Следует заметить, что анализ рассмотренных долговременных норм требует значительных временных затрат и его проведение в ситуациях экстренного характера весьма проблематично. В результате используются также и оперативные нормы, рассмотрение которых выходит за рамки настоящей работы, которые отличаются менее значительными временными рамками, но в то же время ограничены с точки зрения точности измерений, особенно при наличии ошибок, параметры которых близки к порогам принятия решения о готовности цифровых каналов и трактов.
1. Rec. G.826. End-to-End Error Performance Parameters and Objectives for International, Constant Bit-Rate Digital Paths And Connections. Geneva: ITU-T; 2002.
2. Batenkov K.A. Accurate and Boundary Estimate of Communication Network Connectivity Probability Based on Model State Complete Enumeration Method. SPIIRAS Proceedings. 2019;18(5):1093-1118.
3. Vinokurov V.M. Digital Transmission Systems. Tomsk: Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics; 2012.
4. Rec. G.707/ Y.1321. Network Node Interface for the Synchronous Digital Hierarchy (SDH). Geneva: ITU-T; 2008.
5. Batenkov K.A. Forming Telecommunication Networks’ Cross-Sections to Analyze Their Stability With Various Measures of Connectivity. Informatics and Automation. 2021;20(2):371-406.
6. Rec. G.828. Error Performance Parameters and Objectives for International, Constant Bit-Rate Synchronous Digital Paths. Geneva: ITU-T; 2001.
7. Melnikova N.F. Evolution of ITU-T Recommendations on Error Indicators of Digital Channels and Paths [Internet]. Available from: analytic.ru/articles/lib217.pdf
8. Batenkov K.A. Analysis of the Probability of Connectivity of a Telecommunication Network Based on the Reduction of Several Non-Connectivity Events to a Union of Independent Events. Information and Control Systems. 2021;6(115):53-63.
9. Rec. G.829. Error Performance Events for SDH Multiplex and Regenerator Sections. Geneva: ITU-T; 2003.
10. Rec. G.708. Sub STM-0 Network Node Interface for the Synchronous Digital Hierarchy (SDH). Geneva: ITU-T; 1999.
11. Rec. G.827. Availability Performance Parameters and Objectives for End-to-End International Constant Bit-Rate Digital Paths. Geneva: ITU-T; 2003.
12. Batenkov KA. Necessary Conditions for the Optimality of Modulation and Demodulation Operators. Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference; 2013. p. 58-62.
13. Batenkov K.A. Discrete Mappings of a Continuous Communication Channel Model based on a Generalized Fourier Series. Vestnik of Ryazan State Radio Engineering University. 2013;43:12-20.
14. Batenkov K.A. To the Question of Assessing the Reliability of Bipolar and Multipolar Networks. Achievements of Modern Radioelectronics. 2017:604.
15. Batenkov K.A., Gusev V.V., Ilyushin M.V., Katkov O.N., Melnikov A.A., Stremoukhov M.V. Boundaries of Symbolic Error Probability for Communication Channel With Logonormal Decay in Case of Use of Precorrections and Antinoise Coding. Telecommunications. 2018;2:45-48.
16. Batenkov K.A. Communications System Energy Limitation Generalised Spatially Matrix View. Izvestiya of Tula State University. 2013;3:238-245.
