Целью работы является обобщение основных особенностей нормирования параметров ошибок цифровых каналов и трактов для современной аппаратуры телекоммуникационных сетей. Методами исследования является сравнительный анализ в сочетании с анализом отечественных стандартов и зарубежных рекомендаций, касающихся нормирования параметров ошибок цифровых каналов и трактов. Представлены основные рас-четные соотношения для характеристик ошибок цифровых каналов и трактов: долговременные нормы на коэффициент секунд с ошибками, коэффициент секунд с существенными ошибками и коэффициент блоков с фоновыми ошибками. На примерах показан порядок их расчета и анализа. Указывается, что число подлежащих контролю блоков в секунду следует увеличивать со скоростью передачи, чтобы обеспечивался постоянный размер блока. Подчеркивается, 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 соответствует трактам плохого качества, поэтому для целей технического обслуживания контроль секунд с ошибками должен выполняться. Выводы: долговременные нормы на параметры ошибок цифровых каналов и трактов учитывают не только вид цифровой иерархии и скоростные режимы, но и состав гипотетического эталонного тракта и его длину.
параметры ошибок, цифровые каналы, цифровые тракты, долговременные нормы, телекоммуникационная сеть
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. - 34 p.
2. Батенков К.А. Точные и граничные оценки вероятностей связности сетей связи на основе метода полного перебора типовых состояний // Труды СПИИРАН. - 2019. - Т. 18. - №5. - С. 1093-1118.
3. Винокуров В.М. Цифровые системы передачи: учеб. пособие. - Федеральное агентство по образованию, гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, Ин-т доп. образования, факультет повышения квалификации. - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2012. - 160 с.
4. Rec. G.707/ Y.1321. Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH). - Geneva: ITU-T, 2008. - 196 p.
5. Батенков К.А. Формирование сечений телекоммуникационных сетей для анализа их устойчивости с различными мерами связности // Информатика и автоматизация. - 2021. - Т. 20. - №2. - С. 371-406.
6. Rec. G.828. Error performance parameters and objectives for international, constant bit rate synchronous digital paths. - Geneva: ITU-T, 2001. - 24 p.
7. Мельникова Н.Ф. Эволюция рекомендаций МСЭ-Т по показателям ошибок цифровых каналов и трактов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: analytic.ru/articles/lib217.pdf.
8. Батенков К.А. Вероятность связности телекоммуникационной сети на основе приведения нескольких событий несвязности к объединению независимых событий // Информационно-управляющие системы. - 2021. - №6 (115). - С. 53-63.
9. Rec. G.829. Error performance events for SDH multiplex and regenerator sections. - Geneva: ITU-T, 2003. - 16 p.
10. Rec. G.708. Sub STM-0 network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH). - Geneva: ITU-T, 1999. - 23 p.
11. Rec. G.827. Availability performance parameters and objectives for end-to-end international constant bit-rate digital paths. - Geneva: ITU-T, 2003. - 26 p.
12. Батенков К.А. Необходимые условия оптимальности операторов модуляции и демодуляции // Сборник статей всероссийской научно-практической конференции. - 2013. - С. 58-62.
13. Батенков К.А. Дискретные отображения модели непрерывного канала связи на основе обобщенного ряда Фурье // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2013. - №43. - С. 12-20.
14. Батенков К.А. К вопросу оценки надежности двухполюсных и многополюсных сетей связи // Успехи современной радиоэлектроники. - 2017. - С. 604.
15. Границы вероятности символьной ошибки для канала связи с логнормальными замираниями при использовании предыскажений и помехоустойчивого кодирования / Батенков К.А., Гусев В.В., Илюшин М.В., Катков О.Н., Мельников А.А., Стремоухов М.В. // Телекоммуникации. - 2018. - №2. - С. 45-48.
16. Батенков К.А. Обобщенный пространственно-матричный вид энергетических ограничений систем связи // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - №3. - С. 238-245.
